虛擬主機服務應用技術研究1

李永紅 周 娜 房曉亮 吳 晨

1）山東省地震局，濟南 250014

2）中國地震臺網中心，北京 100045

引言

虛擬化，包括網絡、安全、服務器、存儲、應用（應用程序、虛擬桌面）等，是現代信息技術發展的方向。本文圍繞“十一五”山東區域數據中心虛擬主機服務的建設需求，總結了服務器虛擬化的關鍵技術、建設經驗、存在的缺點與不足，旨在為服務器虛擬化的建設提供借鑒與指導。

1 現狀

地震系統“十五”項目建設完成后，山東地震區域數據中心部署了近 60臺服務器，其中在公共信息服務方面的服務器近20臺（表1），主要承載網站、內部辦公、郵件、DNS、FTP、網絡運行管理等應用支撐。

表1 區域中心服務器應用情況一覽表Table 1 List of regional application center server

續表

從表1可以看出，每個應用獨占1臺物理服務器，系統在日常運行的過程中主要存在以下問題：

（1）服務器資源利用率較低。9臺服務器CPU利用率低于1%，7臺服務器CPU利用率在1%—3%之間，2臺服務器CPU利用率在40%以上；14臺機器的內存利用率在10%以下。

（2）能耗大，日常運行成本高。若每臺服務器按照500W的耗電量計算，日耗電量約240度，按照每度電0.6元計算，年運行電費約5.256萬元，還不包括機房空調運轉，冷卻服務器所產生的熱量所需的用電消耗。

（3）占用機房空間、網絡資源多。20臺服務器占據了3個42U的標準服務器機柜，占用了40個交換機端口。

（4）應用系統存在單點故障，業務連續性差。目前，各種應用單機部署、單機運行，一旦出現單個物理服務器故障，服務器所承載的業務必定造成中斷。

2 需求

隨著山東省防震減災各項業務系統信息化建設的需求不斷增加以及現有服務器設備的逐漸老化（一般服務器等電子元器件設備的生命周期為5年），“十一五”期間山東省地震局按照“資源整合、統籌規劃”的建設思路，對區域中心服務器方面的建設需求進行了梳理，設計了區域中心服務器虛擬化建設方案，以支撐專業應用和公共信息服務系統。

3 關鍵技術

虛擬化是采用硬件和軟件的分區、分時、部分或者全部的設備模擬、仿真、服務質量保障（QoS）等一種或多種技術，將計算機資源分割成多個可執行環境的框架或方法（Amit Singh，2004）。虛擬化是一個抽象層，它將物理硬件與操作系統分開，從而提供更高的 IT 資源利用率和靈活性。目前有多家公司或開源項目，如VMware、Xen（Citrix/其他基于Xen的產品）、Parallels（Virtuozzo）、Microsoft（Hyper-V）等（表 2），提供服務器虛擬化產品或技術服務（李建軍，2008）。

表2 主要的虛擬化技術廠商（項目）Table 2 Leading virtualization technology suppliers

3.1 VMware（ESX server）

VMware公司于1999年將虛擬化技術首次引入x86計算平臺，VMware Infrastructure 是將操作系統從運行它的底層硬件（包括處理器、內存、磁盤以及網絡等設備，轉換到一個邏輯的運算資源池）中抽離出來，操作系統及其應用程序被隔離到安全、可移動的虛擬機中。虛擬機可以在資源池中的任一物理服務器上根據需求和優先級，動態地分配資源，無需宕機便可在服務器之間無縫地轉移。從而實現 IT 資源的優化，確保虛擬主機的高可用性和安全性、提高硬件資源的使用效率，滿足不斷變化的業務需求。

3.2 Xen（Citrix/其他基于Xen的產品）

Xen是一個Open Source的項目，提供了一個強大的hypervisor。支持x86、x86_64、IA64、PowerPC和其他的CPU架構，支持Windows、Linux、Solaris和其他多種版本的BSD多種操作系統。近幾年來，作為最優秀的開源虛擬化軟件，Xen收到了廣泛的關注，先后受到Red Hat、SUSE等Linux領袖乃至IBM和微軟等業界巨頭的青睞。

2007年8月Citrix收購XenSource，推出Xen Server。Novell的SUSE Linux Enterprise Server 10是基于Xen的第一個帶有集成式虛擬化技術的操作系統產品。Red Hat Enterprise Linux 5在2006年底也提供集成的XenSource技術。2007年11月，Oracle也推出了基于Xen的虛擬化產品Oracle VM。

3.3 Parallels（Virtuozzo）

Virtuozzo是一款成熟、唯一主要用于生產型服務器的虛擬化軟件產品，旨在采用先進的虛擬化技術最大化利用服務器資源，在單個物理服務器上創建多臺完全隔離的虛擬環境（VE運轉與獨立服務器完全一樣），實現了硬件、許可證的共享，支持分布式計算平臺資源的彈性、有效管理。Virtuozzo虛擬化技術在提高資源利用率的同時，還大大降低了軟件和管理成本（PConline，2011）。

3.4 Microsoft（Hyper-V）

Hyper-V是微軟最新推出的服務器虛擬化解決方案，微軟具有全面的從數據中心到桌面虛擬化的產品，桌面有Virtual PC，服務器有Virtual Server。Hyper-V和Virtual Server雖同為服務器虛擬化產品，但Hyper-V采用了類似VMware、Xen那樣的具有hypervisor的架構，相比Virtual Server有了突破性的進展。

4 應用實踐

本文的服務器虛擬化實施主要是采用VMware公司的完全虛擬化技術（表3），并開展了Citrix虛擬化測試器虛擬化技術應用測試（表4）。

表3 基于vmware服務器虛擬化技術設備配置一覽表Table 3 List of equipment configuration based on VMware Server virtualization technology

4.1 Vmware虛擬化方案

采用4臺浪潮NF5280M2服務器構建硬件平臺，使用高性能的Emc AX4-5i0磁盤陣列作為iSCSI架構的數據存儲，分配8T的存儲空間為服務器虛擬化提數據存儲，虛擬化軟件采用vSphere 4.1。

4.2 Citrix虛擬化測試

采用2臺IBM服務器以及“XenServer6.0、XenApp6.0、XenDesktop5”等Ctrix虛擬化產品，進行了物理服務器虛擬化、虛擬主機HA、桌面虛擬化等方面的測試。

5 結論

通過應用虛擬化技術，較好地解決了物理服務器資源利用率低、維護困難、部署較慢等問題，降低了運行維護成本。

（1）節約資源

4臺物理服務器虛擬化后，替代了區域中心原有20臺服務器支撐的業務，節約了機房空間資源（72U減少為8U）、網絡資源（原40個網路接口，現12個），降低了能耗（服務器耗電量從8.3KVA降低到2.3KVA）。

（2）提升安全

通過虛擬主機的HA等功能，保證虛擬服務器連續穩定運行；虛擬主機服務的數據存儲在EMC存儲系統上，增加虛擬主機文件和數據的安全。陣列的硬盤可靠性要遠遠高于普通服務器硬盤，同時其良好的硬盤檢測與故障處理功能，可大大降低因硬盤原因導致的數據丟失。

（3）提高效率

通過虛擬主機的導入、導出等功能，簡化操作系統的部署與恢復，提高了系統恢復時間。通過桌面虛擬化和應用虛擬化，簡化了客戶端應用部署，增加了用戶數據的安全性。

（4）存在的不足

一方面，虛擬化技術可以實現多臺物理服務器資源整合，而虛擬化技術不能將一個應用分布運行在多臺物理硬件上。另一方面，對于某些特殊要求的應用系統，虛擬主機服務不能滿足業務數據處理的要求，如測震數據流存儲Mysql數據庫服務器。

李建軍，2008. 服務器虛擬化技術. 百度文庫，http://wenku.baidu.com/view/ 0c7b3cfb0242a8956bece45c.html.

Amit Singh, 2004. An Introduction to Virtualization. http://www.kernelthread.com/ publications/ virtualization/.

PConline，2011. Virtuozzo虛擬化軟件安裝與配置指南. http://servers.pconline.com.cn/ skills/0711/1155124.html