虛擬主機(jī)服務(wù)應(yīng)用技術(shù)研究1

李永紅 周 娜 房曉亮 吳 晨

1）山東省地震局，濟(jì)南 250014

2）中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045

引言

虛擬化，包括網(wǎng)絡(luò)、安全、服務(wù)器、存儲(chǔ)、應(yīng)用（應(yīng)用程序、虛擬桌面）等，是現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的方向。本文圍繞“十一五”山東區(qū)域數(shù)據(jù)中心虛擬主機(jī)服務(wù)的建設(shè)需求，總結(jié)了服務(wù)器虛擬化的關(guān)鍵技術(shù)、建設(shè)經(jīng)驗(yàn)、存在的缺點(diǎn)與不足，旨在為服務(wù)器虛擬化的建設(shè)提供借鑒與指導(dǎo)。

1 現(xiàn)狀

地震系統(tǒng)“十五”項(xiàng)目建設(shè)完成后，山東地震區(qū)域數(shù)據(jù)中心部署了近 60臺(tái)服務(wù)器，其中在公共信息服務(wù)方面的服務(wù)器近20臺(tái)（表1），主要承載網(wǎng)站、內(nèi)部辦公、郵件、DNS、FTP、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行管理等應(yīng)用支撐。

表1 區(qū)域中心服務(wù)器應(yīng)用情況一覽表Table 1 List of regional application center server

續(xù)表

從表1可以看出，每個(gè)應(yīng)用獨(dú)占1臺(tái)物理服務(wù)器，系統(tǒng)在日常運(yùn)行的過(guò)程中主要存在以下問(wèn)題：

（1）服務(wù)器資源利用率較低。9臺(tái)服務(wù)器CPU利用率低于1%，7臺(tái)服務(wù)器CPU利用率在1%—3%之間，2臺(tái)服務(wù)器CPU利用率在40%以上；14臺(tái)機(jī)器的內(nèi)存利用率在10%以下。

（2）能耗大，日常運(yùn)行成本高。若每臺(tái)服務(wù)器按照500W的耗電量計(jì)算，日耗電量約240度，按照每度電0.6元計(jì)算，年運(yùn)行電費(fèi)約5.256萬(wàn)元，還不包括機(jī)房空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，冷卻服務(wù)器所產(chǎn)生的熱量所需的用電消耗。

（3）占用機(jī)房空間、網(wǎng)絡(luò)資源多。20臺(tái)服務(wù)器占據(jù)了3個(gè)42U的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器機(jī)柜，占用了40個(gè)交換機(jī)端口。

（4）應(yīng)用系統(tǒng)存在單點(diǎn)故障，業(yè)務(wù)連續(xù)性差。目前，各種應(yīng)用單機(jī)部署、單機(jī)運(yùn)行，一旦出現(xiàn)單個(gè)物理服務(wù)器故障，服務(wù)器所承載的業(yè)務(wù)必定造成中斷。

2 需求

隨著山東省防震減災(zāi)各項(xiàng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)信息化建設(shè)的需求不斷增加以及現(xiàn)有服務(wù)器設(shè)備的逐漸老化（一般服務(wù)器等電子元器件設(shè)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(tǒng)籌規(guī)劃”的建設(shè)思路，對(duì)區(qū)域中心服務(wù)器方面的建設(shè)需求進(jìn)行了梳理，設(shè)計(jì)了區(qū)域中心服務(wù)器虛擬化建設(shè)方案，以支撐專(zhuān)業(yè)應(yīng)用和公共信息服務(wù)系統(tǒng)。

3 關(guān)鍵技術(shù)

虛擬化是采用硬件和軟件的分區(qū)、分時(shí)、部分或者全部的設(shè)備模擬、仿真、服務(wù)質(zhì)量保障（QoS）等一種或多種技術(shù)，將計(jì)算機(jī)資源分割成多個(gè)可執(zhí)行環(huán)境的框架或方法（Amit Singh，2004）。虛擬化是一個(gè)抽象層，它將物理硬件與操作系統(tǒng)分開(kāi)，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(kāi)源項(xiàng)目，如VMware、Xen（Citrix/其他基于Xen的產(chǎn)品）、Parallels（Virtuozzo）、Microsoft（Hyper-V）等（表 2），提供服務(wù)器虛擬化產(chǎn)品或技術(shù)服務(wù)（李建軍，2008）。

表2 主要的虛擬化技術(shù)廠商（項(xiàng)目）Table 2 Leading virtualization technology suppliers

3.1 VMware（ESX server）

VMware公司于1999年將虛擬化技術(shù)首次引入x86計(jì)算平臺(tái)，VMware Infrastructure 是將操作系統(tǒng)從運(yùn)行它的底層硬件（包括處理器、內(nèi)存、磁盤(pán)以及網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備，轉(zhuǎn)換到一個(gè)邏輯的運(yùn)算資源池）中抽離出來(lái)，操作系統(tǒng)及其應(yīng)用程序被隔離到安全、可移動(dòng)的虛擬機(jī)中。虛擬機(jī)可以在資源池中的任一物理服務(wù)器上根據(jù)需求和優(yōu)先級(jí)，動(dòng)態(tài)地分配資源，無(wú)需宕機(jī)便可在服務(wù)器之間無(wú)縫地轉(zhuǎn)移。從而實(shí)現(xiàn) IT 資源的優(yōu)化，確保虛擬主機(jī)的高可用性和安全性、提高硬件資源的使用效率，滿(mǎn)足不斷變化的業(yè)務(wù)需求。

3.2 Xen（Citrix/其他基于Xen的產(chǎn)品）

Xen是一個(gè)Open Source的項(xiàng)目，提供了一個(gè)強(qiáng)大的hypervisor。支持x86、x86_64、IA64、PowerPC和其他的CPU架構(gòu)，支持Windows、Linux、Solaris和其他多種版本的BSD多種操作系統(tǒng)。近幾年來(lái)，作為最優(yōu)秀的開(kāi)源虛擬化軟件，Xen收到了廣泛的關(guān)注，先后受到Red Hat、SUSE等Linux領(lǐng)袖乃至IBM和微軟等業(yè)界巨頭的青睞。

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

3.3 Parallels（Virtuozzo）

Virtuozzo是一款成熟、唯一主要用于生產(chǎn)型服務(wù)器的虛擬化軟件產(chǎn)品，旨在采用先進(jìn)的虛擬化技術(shù)最大化利用服務(wù)器資源，在單個(gè)物理服務(wù)器上創(chuàng)建多臺(tái)完全隔離的虛擬環(huán)境（VE運(yùn)轉(zhuǎn)與獨(dú)立服務(wù)器完全一樣），實(shí)現(xiàn)了硬件、許可證的共享，支持分布式計(jì)算平臺(tái)資源的彈性、有效管理。Virtuozzo虛擬化技術(shù)在提高資源利用率的同時(shí)，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(wù)器虛擬化解決方案，微軟具有全面的從數(shù)據(jù)中心到桌面虛擬化的產(chǎn)品，桌面有Virtual PC，服務(wù)器有Virtual Server。Hyper-V和Virtual Server雖同為服務(wù)器虛擬化產(chǎn)品，但Hyper-V采用了類(lèi)似VMware、Xen那樣的具有hypervisor的架構(gòu)，相比Virtual Server有了突破性的進(jìn)展。

4 應(yīng)用實(shí)踐

本文的服務(wù)器虛擬化實(shí)施主要是采用VMware公司的完全虛擬化技術(shù)（表3），并開(kāi)展了Citrix虛擬化測(cè)試器虛擬化技術(shù)應(yīng)用測(cè)試（表4）。

表3 基于vmware服務(wù)器虛擬化技術(shù)設(shè)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(tái)浪潮NF5280M2服務(wù)器構(gòu)建硬件平臺(tái)，使用高性能的Emc AX4-5i0磁盤(pán)陣列作為iSCSI架構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，分配8T的存儲(chǔ)空間為服務(wù)器虛擬化提數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，虛擬化軟件采用vSphere 4.1。

4.2 Citrix虛擬化測(cè)試

采用2臺(tái)IBM服務(wù)器以及“XenServer6.0、XenApp6.0、XenDesktop5”等Ctrix虛擬化產(chǎn)品，進(jìn)行了物理服務(wù)器虛擬化、虛擬主機(jī)HA、桌面虛擬化等方面的測(cè)試。

5 結(jié)論

通過(guò)應(yīng)用虛擬化技術(shù)，較好地解決了物理服務(wù)器資源利用率低、維護(hù)困難、部署較慢等問(wèn)題，降低了運(yùn)行維護(hù)成本。

（1）節(jié)約資源

4臺(tái)物理服務(wù)器虛擬化后，替代了區(qū)域中心原有20臺(tái)服務(wù)器支撐的業(yè)務(wù)，節(jié)約了機(jī)房空間資源（72U減少為8U）、網(wǎng)絡(luò)資源（原40個(gè)網(wǎng)路接口，現(xiàn)12個(gè)），降低了能耗（服務(wù)器耗電量從8.3KVA降低到2.3KVA）。

（2）提升安全

通過(guò)虛擬主機(jī)的HA等功能，保證虛擬服務(wù)器連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行；虛擬主機(jī)服務(wù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在EMC存儲(chǔ)系統(tǒng)上，增加虛擬主機(jī)文件和數(shù)據(jù)的安全。陣列的硬盤(pán)可靠性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通服務(wù)器硬盤(pán)，同時(shí)其良好的硬盤(pán)檢測(cè)與故障處理功能，可大大降低因硬盤(pán)原因?qū)е碌臄?shù)據(jù)丟失。

（3）提高效率

通過(guò)虛擬主機(jī)的導(dǎo)入、導(dǎo)出等功能，簡(jiǎn)化操作系統(tǒng)的部署與恢復(fù)，提高了系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間。通過(guò)桌面虛擬化和應(yīng)用虛擬化，簡(jiǎn)化了客戶(hù)端應(yīng)用部署，增加了用戶(hù)數(shù)據(jù)的安全性。

（4）存在的不足

一方面，虛擬化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)物理服務(wù)器資源整合，而虛擬化技術(shù)不能將一個(gè)應(yīng)用分布運(yùn)行在多臺(tái)物理硬件上。另一方面，對(duì)于某些特殊要求的應(yīng)用系統(tǒng)，虛擬主機(jī)服務(wù)不能滿(mǎn)足業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理的要求，如測(cè)震數(shù)據(jù)流存儲(chǔ)Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。

李建軍，2008. 服務(wù)器虛擬化技術(shù). 百度文庫(kù)，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