虛擬化與資源整合

摘 要 本文探討了虛擬化技術(shù)在信息化建設(shè)中的應(yīng)用，提出了虛擬化技術(shù)在信息系統(tǒng)建設(shè)與整合過程中的必要性與可行性，重點闡述了虛擬服務(wù)平臺在信息系統(tǒng)整合中起的重要作用及其發(fā)展前景。隨著互聯(lián)網(wǎng)與云計算技術(shù)的廣泛應(yīng)用，作為云核心的虛擬化技術(shù)，將為我國信息化發(fā)展起到更加重要的作用。

關(guān)鍵詞 信息化 虛擬化技術(shù) 系統(tǒng)整合

中圖分類號：TP368.5 文獻標識碼：A

一、引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)真正進入人們的社會生活，隨之而年來的是“資源的無限需求和有限供給，總體社會資源高效利用和粗放管理等諸多挑戰(zhàn)” 。虛擬技術(shù)、云計算、數(shù)據(jù)中心作為新型資源服務(wù)模式應(yīng)運而生。虛擬技術(shù)作為“云”的基礎(chǔ)和核心，為用戶提供資源的“多種粒度”分配、動態(tài)擴展和回收的手段，廣泛的需求使得虛擬技術(shù)的研究、開發(fā)、應(yīng)用在IT業(yè)蓬勃發(fā)展。

二、虛擬化技術(shù)的發(fā)展

虛擬化（Virtualization）技術(shù)的發(fā)展要追溯到十九世紀六十年代，至今已有四十多年的發(fā)展歷史，作為IT業(yè)的研究領(lǐng)域之一，它與操作系統(tǒng)有著同樣悠久的歷史。

在計算機技術(shù)發(fā)展過程中，虛擬化技術(shù)始終以各種方式存在，最早的程序員為了使程序代碼執(zhí)行的更快，將程序指令和數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存中因而出現(xiàn)了虛擬內(nèi)存。隨著計算機的不斷發(fā)展，人們?yōu)榱顺浞掷冒嘿F的大型服務(wù)器資源，出現(xiàn)了虛擬服務(wù)器，然而虛擬技術(shù)的內(nèi)涵遠遠不止這些。伴隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，虛擬網(wǎng)絡(luò)、虛擬微處理器、虛擬文件、虛擬存儲等新技術(shù)層出不窮，IT業(yè)正在從更廣泛的領(lǐng)域更高級的抽象來思考虛擬技術(shù)的發(fā)展。如今的虛擬技術(shù)已經(jīng)成為一個非常強大的概念，“虛擬化技術(shù)是資源的邏輯表示，它不受物理限制的約束” 。

歷史上第一臺虛擬機是1965年IBM公司開發(fā)的System/360 Model 40 VM[2]。其設(shè)計初衷是將當時先進的虛擬內(nèi)存概念用于計算機的其它子系統(tǒng)，從而搭建共享系統(tǒng)，實現(xiàn)多用戶共享昂貴物理計算機資源的目標。真正將虛擬技術(shù)應(yīng)用于大型機，是以IBM VM/370 為標志，直至今日VM/370的設(shè)計理念，仍然存在于IBM z系列的大型機上。

隨著臺式計算機性能的日益提高，20世紀90年代小型機、微機領(lǐng)域的虛擬化技術(shù)應(yīng)用迅速升溫，帶動了沉寂一時的虛擬化技術(shù)發(fā)展，與此同時虛擬化軟件也呈現(xiàn)出“百花齊放”的繁榮景象。

未來的虛擬化技術(shù)將為云計算提供安全、可靠、自適應(yīng)的基礎(chǔ)架構(gòu)。

三、虛擬化技術(shù)的應(yīng)用背景

我國信息化發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了近30年，各級政府部門和企業(yè)內(nèi)部都運行著十幾個以至于幾十個不同功能的應(yīng)用系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的應(yīng)用從某種程度上，起到了對各單位信息化的促進作用。但隨著各單位信息化的不斷深入，IT主管部門逐漸發(fā)現(xiàn)這些系統(tǒng)之間產(chǎn)生了不可逾越的數(shù)據(jù)鴻溝，寶貴的數(shù)據(jù)資源不能夠得到充分利用，相反為了維護這些系統(tǒng)，需要花費大量的人力對這些應(yīng)用進行管理。IT管理人員通常稱這樣的系統(tǒng)為“信息孤島”。維護“信息孤島”需要耗費大量資源包括：電力、環(huán)境、服務(wù)器等等，它在方方面面影響著信息化發(fā)展，主要表現(xiàn)為：

（1）信息孤島之間數(shù)據(jù)封閉，無法實現(xiàn)各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)一致性校驗。（2）軟件功能交叉、重復(fù)，數(shù)據(jù)多頭重復(fù)采集，增大數(shù)據(jù)采集量。（3）無法建設(shè)綜合管理的輔助決策支持系統(tǒng)。（4）各系統(tǒng)之間由于體系架構(gòu)和物理設(shè)計上難于實現(xiàn)數(shù)據(jù)聚合。（5）縱橫交錯的信息源造成數(shù)據(jù)不一致，數(shù)據(jù)維護難度大。

據(jù)2009年的一項研究報告顯示，虛擬化技術(shù)已經(jīng)被大多數(shù)CIO、IT總監(jiān)、IT技術(shù)經(jīng)理等IT管理者及其系統(tǒng)架構(gòu)師、網(wǎng)絡(luò)工程師、數(shù)據(jù)庫工程師所接受，絕大多數(shù)用戶或多或少的對虛擬化技術(shù)有了一定的了解，并廣泛參與測試工作，但在測試中有近三成人表示“未達到預(yù)期目的”，其關(guān)鍵在于虛擬化技術(shù)應(yīng)用難以衡量的投資回報率。

IT資源的利用越來越成為IT主管部門的關(guān)注點，而桌面虛擬系統(tǒng)成為關(guān)注熱點，對于下屬單位較多的企業(yè)，虛擬桌面系統(tǒng)為確實IT管理部門降低了維護成本，增加了系統(tǒng)的安全性。提高可靠性和降低運維成本這兩項具有關(guān)聯(lián)性的工作，已經(jīng)成為各單位數(shù)據(jù)中心的工作重點。以整合為目的的服務(wù)器虛擬化成為公認的解決之道。

四、虛擬技術(shù)應(yīng)用于資源整合

經(jīng)過多年信息化建設(shè)工作，在建設(shè)過程中產(chǎn)生的一系列孤立的資源維護，直接影響IT管理部門的工作效率。通過建立統(tǒng)一的應(yīng)用服務(wù)平臺，有效地進行資源整合，為業(yè)務(wù)部門提供高效、便捷的服務(wù)，已經(jīng)成為各單位IT主管部門的首要任務(wù)。一些軟件廠商適時地出臺了各種針對系統(tǒng)整合、數(shù)據(jù)整合的方案，各路大軍的中間件產(chǎn)品應(yīng)運而生。但從資源整合手段來看，不乏兩個方面的整合，其一是物理環(huán)境整合，即將多臺設(shè)備整合為一臺或較少幾臺高性能設(shè)備，實現(xiàn)統(tǒng)一管理和快速反應(yīng)；其二是邏輯整合，通過系統(tǒng)管理軟件等手段對物理上分散的設(shè)備資源和數(shù)據(jù)資源進行虛擬化的集中管理。

例如某部委機關(guān)信息化建設(shè)啟動較早，但初期缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，經(jīng)過數(shù)年的建設(shè)后，在線運行的系統(tǒng)約有十幾個，但每個系統(tǒng)的使用率比較低，這是一個較為典型的可以利用虛擬化技術(shù)進行資源整合的案例。

資源整合工作首先應(yīng)根據(jù)單位現(xiàn)狀進行資源的重新規(guī)劃，通過建立符合實際需要的虛擬化服務(wù)平臺，對平臺的服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)進行虛擬化管理。

（一）現(xiàn)狀資源的重新規(guī)劃。

首先IT主管部門應(yīng)根據(jù)各系統(tǒng)使用情況，摸清資源占用率，對資源中心進行規(guī)劃，通過引進新型高性能服務(wù)器，將原有系統(tǒng)遷移到服務(wù)器上，利用虛擬技術(shù)支持多系統(tǒng)的特點，將幾個系統(tǒng)遷移到一臺服務(wù)器中，共享服務(wù)器資源及數(shù)據(jù)資源。例如：一臺基于westmere-EX架構(gòu)的Xeon E7-8837最多可以虛擬出64臺虛擬機，這樣IT部門就可以通過VClient或VCenter對虛擬服務(wù)器進行系統(tǒng)部署與管理。也可以通過vmotion高級虛擬化功能實現(xiàn)諸如：在零停機（用戶毫無察覺）的情況下執(zhí)行實時遷移、持續(xù)地自動優(yōu)化資源池中的虛擬機、主動將虛擬機從發(fā)生故障或性能不佳的服務(wù)器中移出等功能。

（二）虛擬化服務(wù)平臺。

服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲設(shè)備的建設(shè)，是各單位信息化建設(shè)的基礎(chǔ)，也是系統(tǒng)運行和維護的保障。建立合理、高效的服務(wù)基礎(chǔ)平臺，對提高系統(tǒng)建設(shè)、運行、管理的質(zhì)量和效率起著“事半功倍”的作用。

1、虛擬服務(wù)器工作原理。

服務(wù)器虛擬化是將硬件、操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序一同裝入一個可遷移的虛擬機檔案文件中，每臺服務(wù)器上有多個負載，軟件相對于硬件獨立。

圖1 資源整合整體架構(gòu)圖

VMware vSphere虛擬化平臺的工作原理是將平臺中的每臺服務(wù)器安裝配置vSphere虛擬架構(gòu)軟件，用來承擔(dān)虛擬化宿主服務(wù)器的作用，此軟件功能是在單個服務(wù)器上，生成多個虛擬服務(wù)器，這些虛擬服務(wù)器從功能、性能和操作方式上，等同于傳統(tǒng)的物理服務(wù)器。這樣以前的物理服務(wù)器就變身為VMware vSphere服務(wù)器上的虛擬機，當物理主機被虛擬化后，計算資源均被池化。當資源池里一個節(jié)點發(fā)生故障時，運行在其上的虛擬機將自動遷移到健康的物理主機上，從而大大提高資源利用率，降低成本及宕機風(fēng)險，增強了系統(tǒng)和應(yīng)用的可用性，提高系統(tǒng)的靈活性和快速響應(yīng)。

2、虛擬存儲。

為了實現(xiàn)存儲服務(wù)，需要在虛擬化層中對存儲資源實現(xiàn)虛擬化的管理，以實現(xiàn)存儲的集中分配使用、集中備份以及充分利用VMware虛擬化技術(shù)中的虛擬機動態(tài)在線從一臺實體服務(wù)器遷移到另一臺實體服務(wù)器上的特性等。采用光纖存儲陣列產(chǎn)品，配置冗余的光纖交換機，組成標準的SAN集中存儲架構(gòu)，虛擬平臺上的所有虛擬機都以封裝文件的形式存放在SAN存儲陣列上。通過共享的SAN存儲架構(gòu)，進行動態(tài)的存儲管理與調(diào)配。

3、虛擬網(wǎng)絡(luò)。

vSphere 虛擬網(wǎng)絡(luò)的運行方式與物理以太網(wǎng)交換機十分相似。它檢測與其虛擬端口進行邏輯連接的虛擬機，并使用該信息向正確的虛擬機轉(zhuǎn)發(fā)流量。但不具備物理交換機所擁有的一些高級功能。

vSphere Distributed Switch 在虛擬服務(wù)平臺上所有關(guān)聯(lián)主機之間充當單一交換機。這使得虛擬機可在跨多個物理服務(wù)器進行遷移時確保其網(wǎng)絡(luò)配置保持一致。分布式端口是連接到主機的 VMkernel 或虛擬機的網(wǎng)絡(luò)適配器的 vSphere Distributed Switch 上的一個端口。端口組為每個端口指定了諸如寬帶限制和 VLAN 標記策略之類的端口配置選項。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)通過端口組連接到標準交換機。端口組定義通過交換機連接網(wǎng)絡(luò)的方式。通常，單個標準交換機與一個或多個端口組關(guān)聯(lián)。分布式端口組是與 vSphere Distributed Switch 相關(guān)聯(lián)的端口組，用于指定各成員端口的端口配置選項。分布式端口組可定義通過 vSphere Distributed Switch 連接到網(wǎng)絡(luò)的方式。

五、結(jié)束語

虛擬化是繼互聯(lián)網(wǎng)之后，又一個對整個信息產(chǎn)業(yè)有突破性潛力的信息技術(shù)。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是從應(yīng)用程序方面，突破信息的格式局限，虛擬化技術(shù)則是從最底層入手，突破空間局限，通過虛擬服務(wù)平臺將分散的計算資源整合到一起，統(tǒng)一調(diào)配，供不同的虛擬機使用。虛擬化作為一種理念已揭開了一個新時代的序幕。虛擬化技術(shù)利用軟件把不同層面的應(yīng)用分開，其帶來的結(jié)果是簡化了管理，使IT資源得到有效利用。

虛擬化技術(shù)不僅降低IT采購成本、能源消耗，實現(xiàn)綠色環(huán)保，還能快速響應(yīng)政府、企業(yè)的業(yè)務(wù)變革，作為“云計算”的核心，虛擬化技術(shù)的已被大多數(shù)CIO及IT主管部門所接受，特別是對于管理業(yè)務(wù)繁雜，但業(yè)務(wù)量不高的應(yīng)用群體，利用虛擬技術(shù)建立服務(wù)平臺將會在各單位的信息化建設(shè)中發(fā)揮更大優(yōu)勢。

（作者單位：國家新聞出版廣電總局信息中心）

注釋：

①廣小明、胡杰、陳龍、郭京.虛擬化技術(shù)原理與實現(xiàn).電子工業(yè)出版社.

②因特爾開源軟件技術(shù)中心、復(fù)旦大學(xué)并行處理研究所 系統(tǒng)虛擬化原理與實現(xiàn)清華大學(xué)出版社 2009.3

③中國虛擬化技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀的調(diào)查報告年.北京無憂創(chuàng)想信息技術(shù)有限公司，2009.