服務(wù)器虛擬化技術(shù)在數(shù)據(jù)機(jī)房節(jié)能方面的應(yīng)用及分析

摘要 服務(wù)器虛擬化的關(guān)鍵是將運(yùn)行在多臺(tái)物理服務(wù)器上的應(yīng)用整合到一臺(tái)物理服務(wù)器上，不僅運(yùn)行起來(lái)相互獨(dú)立，而且提高了設(shè)備的利用效率，降低了設(shè)備能耗。本文首先介紹了虛擬化的核心技術(shù)，然后通過(guò)實(shí)例對(duì)服務(wù)器虛擬化技術(shù)進(jìn)行了分析，最后提出了服務(wù)器虛擬化技術(shù)的研究方向。

關(guān)鍵詞 服務(wù)器虛擬化技術(shù) 節(jié)能 數(shù)據(jù)機(jī)房

引言

從20世紀(jì)50年代虛擬化概念的提出，到20世紀(jì)60年代虛擬化技術(shù)的商用，再到近年來(lái)虛擬化技術(shù)在國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)機(jī)房中的廣泛應(yīng)用，虛擬化技術(shù)一直以來(lái)都因其具備節(jié)能減排、易于管理等諸多特點(diǎn)而備受關(guān)注。

服務(wù)器虛擬化技術(shù)是將虛擬化技術(shù)應(yīng)用于服務(wù)器上，將一個(gè)服務(wù)器虛擬成若干個(gè)服務(wù)器使用。服務(wù)器虛擬化技術(shù)具備降低運(yùn)營(yíng)成本、提高資源利用率、動(dòng)態(tài)調(diào)度資源、提高應(yīng)用兼容性、加速應(yīng)用部署、提高服務(wù)可用性、降低能源消耗等特點(diǎn)。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)主流運(yùn)營(yíng)商的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，以某運(yùn)營(yíng)商通過(guò)服務(wù)器虛擬化技術(shù)對(duì)OSS域內(nèi)系統(tǒng)進(jìn)行硬件平臺(tái)整合方案為例對(duì)服務(wù)器虛擬化技術(shù)的原理和應(yīng)用進(jìn)行分析和介紹。

1 服務(wù)器虛擬化的核心技術(shù)

服務(wù)器虛擬化的核心技術(shù)包括：CPU虛擬化、內(nèi)存虛擬化、設(shè)備與I／O虛擬化和虛擬機(jī)實(shí)時(shí)遷移技術(shù)。

1.1CPU虛擬化

CPU虛擬化技術(shù)把物理CPU抽象成虛擬CPU，任意時(shí)刻一個(gè)物理CPU只能運(yùn)行一個(gè)虛擬CUP指令。每個(gè)客戶操作系統(tǒng)可以使用一個(gè)或多個(gè)虛擬CPU。在這些客戶操作系統(tǒng)之間，虛擬CPU的運(yùn)行相互隔離，互不影響。

1.2內(nèi)存虛擬化

內(nèi)存虛擬化技術(shù)是把物理機(jī)的真實(shí)物理內(nèi)存通過(guò)虛擬機(jī)管理器進(jìn)行統(tǒng)一管理，包裝成多個(gè)虛擬的物理內(nèi)存分別供若干個(gè)虛擬機(jī)使用，使得每個(gè)虛擬機(jī)擁有各自獨(dú)立的內(nèi)存空間。從本質(zhì)上講，物理機(jī)的內(nèi)存是一段連續(xù)的地址空間，上層應(yīng)用對(duì)于內(nèi)存的訪問(wèn)多是隨機(jī)的，因此虛擬機(jī)監(jiān)視器需要維護(hù)物理機(jī)里內(nèi)存地址塊和虛擬機(jī)內(nèi)部看到的連續(xù)內(nèi)存塊的映射關(guān)系，保證虛擬機(jī)的內(nèi)存訪問(wèn)是連續(xù)的、一致的。

1.3設(shè)備與I／O虛擬化

I／O虛擬化技術(shù)與設(shè)備把物理機(jī)的真實(shí)設(shè)備統(tǒng)一管理，包裝成多個(gè)虛擬設(shè)備給若干個(gè)虛擬機(jī)使用，響應(yīng)每個(gè)虛擬機(jī)的設(shè)備訪問(wèn)請(qǐng)求和I／O請(qǐng)求。

虛擬網(wǎng)絡(luò)接口是I／O虛擬化技術(shù)中的重要部分。在服務(wù)器虛擬化中每個(gè)虛擬機(jī)都變成了一個(gè)獨(dú)立的邏輯服務(wù)器，它們之間的通信通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行。每一個(gè)虛擬機(jī)都被分配了一個(gè)虛擬的網(wǎng)絡(luò)接口，從虛擬機(jī)內(nèi)部看來(lái)就是一塊虛擬網(wǎng)卡。服務(wù)器虛擬化要求對(duì)宿主操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動(dòng)進(jìn)行修改。修改后，物理機(jī)的網(wǎng)絡(luò)接口不僅要承擔(dān)原有網(wǎng)卡的功能，還要通過(guò)軟件虛擬出一個(gè)交換機(jī)。虛擬交換機(jī)工作于數(shù)據(jù)鏈路層，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)從物理機(jī)外部網(wǎng)絡(luò)投遞到虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)包，并維護(hù)多個(gè)虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)接口之間的連接。當(dāng)一個(gè)虛擬機(jī)與同一物理機(jī)上的其他虛擬機(jī)通信時(shí)，它的數(shù)據(jù)包會(huì)通過(guò)自己的虛擬網(wǎng)絡(luò)接口出發(fā)，虛擬交換機(jī)收到該數(shù)據(jù)包后將其轉(zhuǎn)發(fā)給目標(biāo)虛擬機(jī)的虛擬網(wǎng)絡(luò)接口。

1.4實(shí)時(shí)遷移技術(shù)

實(shí)時(shí)遷移技術(shù)是在虛擬機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，將整個(gè)虛擬機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)完整、快速地從原來(lái)所在的宿主機(jī)硬件平臺(tái)遷移到新的宿主機(jī)硬件平臺(tái)上，并且整個(gè)遷移過(guò)程是平滑的，用戶幾乎不會(huì)察覺(jué)到任何差異。由于虛擬化抽象了真實(shí)的物理資源，因此可以支持原宿主機(jī)和目標(biāo)主機(jī)硬件平臺(tái)的異構(gòu)性。

實(shí)時(shí)遷移技術(shù)需要虛擬機(jī)監(jiān)視器的協(xié)助，即通過(guò)原主機(jī)和目標(biāo)主機(jī)上虛擬機(jī)監(jiān)視器的相互配合，來(lái)完成客戶操作系統(tǒng)的內(nèi)存和其他狀態(tài)信息的拷貝。實(shí)時(shí)遷移技術(shù)開(kāi)始以后，內(nèi)存頁(yè)面被不斷地從源虛擬機(jī)監(jiān)視器拷貝到目標(biāo)虛擬機(jī)監(jiān)視器。這個(gè)拷貝過(guò)程對(duì)源虛擬機(jī)的運(yùn)行不會(huì)產(chǎn)生影響。最后一部分內(nèi)存頁(yè)面被拷貝到目標(biāo)虛擬機(jī)監(jiān)視器之后，目標(biāo)虛擬機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，虛擬機(jī)監(jiān)視器切換源虛擬機(jī)與目標(biāo)虛擬機(jī)，源虛擬機(jī)的運(yùn)行被終止，實(shí)時(shí)遷移過(guò)程完成。

2 虛擬化技術(shù)應(yīng)用實(shí)例與分析

目前虛擬化技術(shù)可以分為兩種形式：?jiǎn)闻_(tái)服務(wù)器虛擬化和跨服務(wù)器虛擬化。下面分別通國(guó)內(nèi)某主流運(yùn)營(yíng)商對(duì)其OSS域進(jìn)行建設(shè)時(shí)選用的建設(shè)方案作為典型實(shí)例，從而進(jìn)一步分析虛擬化技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用。

2.1實(shí)用案例

本項(xiàng)目采購(gòu)了2臺(tái)高性能的服務(wù)器，將2臺(tái)高性能服務(wù)器劃分為4個(gè)硬件區(qū)域，并對(duì)Solaris操作系統(tǒng)作鏡像處理，從而分為四個(gè)Domain。下面為本項(xiàng)目的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D：

本方案采用服務(wù)器虛擬化技術(shù)，并制定了以服務(wù)器硬件Domain與Solaris Container相結(jié)合的方式為建設(shè)原則。對(duì)操作系統(tǒng)虛擬化技術(shù)進(jìn)行實(shí)施，即采用Container技術(shù)，將Solaris操作系統(tǒng)劃分為多個(gè)Zone，每個(gè)Zone包含單個(gè)具體應(yīng)用，如數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)采集等具體應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)具體應(yīng)用相互隔離、各zone相對(duì)獨(dú)立的特點(diǎn)。Container技術(shù)對(duì)業(yè)務(wù)應(yīng)用透明，無(wú)需改變具體應(yīng)用，并可實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵業(yè)務(wù)雙機(jī)運(yùn)行。下面為本項(xiàng)目中服務(wù)器－Domaino的劃分方案列表：

2.2案例分析

本項(xiàng)目的技術(shù)特點(diǎn)就是采用了服務(wù)器虛擬化技術(shù)，使用此項(xiàng)技術(shù)之前以上四個(gè)應(yīng)用(即：應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)、主動(dòng)監(jiān)控采集機(jī)、CRM系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器)分別運(yùn)行在四個(gè)獨(dú)立的物理服務(wù)器上，然而在采用了虛擬化之后，這三種應(yīng)用運(yùn)行在三個(gè)獨(dú)立的虛擬服務(wù)器上，而這三個(gè)虛擬服務(wù)器可以被一個(gè)物理服務(wù)器托管。簡(jiǎn)而簡(jiǎn)之，服務(wù)器虛擬化使一臺(tái)物理機(jī)可以運(yùn)行多個(gè)虛擬服務(wù)器，而相互隔離互不干擾。

本項(xiàng)目的技術(shù)特點(diǎn)為：

(1)減少設(shè)備占用空間，降低設(shè)備能耗。

(2)提高設(shè)備使用效率，降低維護(hù)成本。

(3)隔離各業(yè)務(wù)應(yīng)用，避免業(yè)務(wù)間相互影響。

(4)管理安全，業(yè)務(wù)管理員帳號(hào)可相互獨(dú)立。

(5)主要業(yè)務(wù)可實(shí)現(xiàn)雙機(jī)運(yùn)行。

結(jié)束語(yǔ)

電信行業(yè)的快速發(fā)展也帶來(lái)了大量的能源消耗問(wèn)題。節(jié)能降耗工作在早在“十一五”期間就曾做出明確的提出，并制定了節(jié)能減排的目標(biāo)。服務(wù)器虛擬化技術(shù)不僅具備節(jié)能減排的特點(diǎn)，同時(shí)還具備提高應(yīng)用兼容性、提高服務(wù)可用性、動(dòng)態(tài)調(diào)度資源、加速應(yīng)用部署等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，因此這些方面的研究也將成為服務(wù)器虛擬化技術(shù)的重要內(nèi)容。