基于vSphere技術的服務架構淺析

張巍

摘 要：隨著信息技術的快速發展，越來越多的單位開始逐步淘汰老式的物理服務架構，采用基于vSphere技術的虛擬化服務架構平臺。文章分別從虛擬化技術的特性、虛擬化關鍵技術來闡述架構平臺所需要的技術支撐，并且表述了一個完整的架構平臺所需要的其他組件。最后通過舉例來證明部署一個相同服務，虛擬架構要比傳統的物理架構要求更少的人力、物力，這在一定程度上節約了資源。

關鍵詞：虛擬化；vSphere技術；服務架構；虛擬技術

中圖分類號：G633.67 文獻標識碼：A 收稿日期：2018-02-20

課題項目：江蘇省職業技術教育學會2017年度職業院校教學工作診斷與改進專項課題“職業院校教學工作診斷背景下的智慧校園建設研究”（XHZX2017037）。

作者簡介：張 ?。?990—），女，助理講師，碩士研究生，研究方向：服務器設置。

據美國國際數據公司（IDC）統計，x86服務平臺有85%以上的服務器資源被閑置。為了解決資源浪費問題，早在30多年前就已經提出服務器虛擬化的概念，使用服務器虛擬化技術可以簡化數量級服務器管理、提高服務器硬件利用率、增加網絡服務靈活性。1998年，威瑞公司將虛擬化技術引入x86平臺之后，服務器虛擬化技術已經成為近幾年的IT技術研發熱點[1]，各種軟硬件廠商針對自己產品的特點也不斷推出了符合自身產品特點的虛擬化技術。據信息技術研究院有關人士預測，未來虛擬化技術將成為互聯網研究的首要熱點。

一、虛擬化技術特性

廣義的虛擬化技術是在一臺計算機上虛擬出多臺與實物計算機無差的虛擬計算機，這些虛擬計算機共用實物計算機的一些硬件配置，以達到簡潔、方便、高效、安全的目的。虛擬化技術發展至今其包含的家族成員已經非常強大，細分之下有應用程序虛擬化、服務器操作系統虛擬化、底層硬件虛擬化[2]。

虛擬化技術打破了單個物理機的軟、硬件相互依賴關系，通過自有封裝技術將服務器操作系統和應用服務包裹成一個個文件，虛擬機文件間是相互獨立的個體，可以獨立于計算機硬件，具有強大的容錯能力和故障切換能力，并且保證了物理資源的利用率（如圖1所示）。概括虛擬機的技術特性有以下幾點：

（1）硬件平臺無關性。虛擬機完全獨立于底層的硬件系統，同一個虛擬文件可以運行于不同的物理組件上，包括網卡、硬盤、CPU等，虛擬機可以在不同類型的x86平臺上移動，不需要對硬件設備進行更改[3]。

（2）軟件平臺模擬性。虛擬服務器通過一定的軟件技術，實現統一的虛擬硬件資源池，為每一個虛擬服務器創建一個獨立運行環境，通過設定使得資源池內的資源邏輯切分，互不干擾。

（3）數據封裝隔離運行。運行在同一臺的物理服務器上的虛擬機相互隔離，虛擬服務器與虛擬服務器之間互不影響，其各自產生的數據、使用的網絡、進行的訪問都會被隔離出來，上層的應用服務只會通過配置的網絡來進行相互通信[4]。

（4）接口標準平臺兼容。虛擬硬件服務器使用標準化的虛擬接口，其與物理機上的所有操作系統、設備驅動和應用程序相互兼容。

二、虛擬化關鍵技術

虛擬化服務提供商有很多，比較大的有VMware提供基于虛擬化基礎架構的數據中心操作系統，有Citrix將數據中心變為交付中心并向用戶提供一個全面的交付方案，有Microsoft提供給用戶一個產品集，由服務器的虛擬化到應用的虛擬化，再到桌面的虛擬化[5]。目前VMware是在x86平臺使用最為廣泛的技術。

VMware vSphere是首款云操作系統，一系列的組件有VMware EXSi、hypervisor和VMware vCenter Server[6]。VMware vSphere提供的關鍵技術主要有以下幾種：

（1）vSphere HA（High Availability，

高可用）群集，將虛擬機及其所有的主機集中在群集中，群集中的所有主機均會受到監控，如果個臺發生故障，HA會提供中斷服務，并且啟動快速恢復程序來盡量縮短非計劃的停機時間。但如果有過多的主機發生故障時，系統則需要等待到有更多的可用資源時再啟動優先級較低的虛擬機[7]。

（2）vSphere DRS（Distributed Resource Scheduler，分布式資源調度）聚合群集中主機資源，通過監控利用率，動態地分配和均衡計算容量，將硬件資源聚集到資源池中，根據虛擬機資源配置、需要動態資源利用率和資源需求的爭用級別來分配，并且跨越主機進行資源平衡優化。同時通過自定義的規則，允許設定虛擬機共享資源的方式及爭用資源之間的優先權。

（3）vSphere FT（Fault Tolerance，容錯）提供比HA更高級別的可用性和保護性，通過在主機平臺創建一個完全一樣的副本，主虛擬機和輔助虛擬機會持續監控彼此的狀態以確保容錯功能。如果運行的虛擬機發生故障，FT會執行透明故障切換，使得在發生故障時能隨時切換到類似的虛擬機上，確保系統的正確運行。

（4）vSphere vMotion提供虛擬機漂移，快速遷移最大程度縮短宕機時間，vMotion有開機熱遷移和關機冷遷移，可以將虛擬機從一臺主機遷移到另一臺主機，來保持平衡負載、維持通信，最大限度地減少故障域。因此所有的HA、DRS、FT功能都是基于vMotion功能上的。

三、虛擬化技術架構

一個完整的虛擬化架構除Vsphere這款云操作系統，還有網絡存儲和陣列、網絡構成及上層的應用服務。

（1）網絡存儲和陣列主要是基于光纖通道和以太網方式的網絡共享存儲，一般有網絡接入存儲（Network-Attached Storage，NAS）和存儲區域網絡（Storage Area Network，SAN）。NAS存儲通過標準的網絡拓撲結構添加到一群計算機上，能迅速增加存儲容量的需求，而現今NAS已經具有云存儲功能。SAN存儲是通過光纖通道交換機連接存儲陣列和服務器主機，并且SAN提供與現有LAN連接的簡易方法，使得資源存儲更具有靈活性。

（2）網絡構成。每一臺主機上至少要有兩塊網卡vmnic0和vmnic1來保障vSphere中高級功能的實現，在虛擬化的環境中，實體網卡會被虛擬化成vSwitch虛擬交換機上的一個uplink port通道，使得虛擬服務器與外界進行溝通，vSwitch最大可以支持4088個虛擬端口。需要注意的是除了默認的vSwitch還可以自己添加，但是同一塊物理網卡只能配置到一個vSwitch上面。分布式vSwitch跨越多個主機，這樣多個主機中的虛擬機服務器如同連接在同一臺交換機上，虛擬服務器可以在任意的主機上遷移。

（3）上層應用服務。安裝在每一臺虛擬服務器中的應用程序，以及宿主的虛擬服務器都被封裝成一系列文件，通過以太網或者光纖通道被放置在共享存儲中，只通過必要的網絡進行通信。完整的架構如圖2所示。

四、物理架構與虛擬架構

以學校計劃新增一個日志服務器為例，分別從以下幾個方面來對比傳統物理架構和虛擬化架構的費用開銷。

1.成本費用（如表1所示）

2.維護費用（如表2所示）

3.數據安全（如表3所示）

4.人力資源（如表4所示）

五、結語

總之，虛擬化架構方案比傳統的物理架構具有更大的優勢，虛擬化架構能降低服務構建成本，包括機架、機柜、網線硬件成本和人力成本，避免資源浪費。通過vSphere HA、FT、DRS、vMotion等功能，能提高運營效率，減少服務器故障宕機時間，增加工作的連續性，并且保證數據安全不丟失，最大限度上地減小對用戶的影響，提升用戶體驗。

參考文獻：

[1]馬 璟.基于Vmware技術的服務器虛擬化架構的研究與應用[D].廈門：廈門大學， 2011.

[2]侯星帥.虛擬化技術在數據中心服務器資源整合中的應用研究[D].西安：長安大學，2013.

[3]張 凱.云計算環境下虛擬化服務器的安全分析[J].信息與電腦， 2016（13）：88-89.

[4]倪 珍.基于云計算架構的虛擬機池管理系統[D]. 重慶：重慶大學， 2012.

[5]楊 培.虛擬桌面管理的研究及應用[D].南京：南京理工大學，2012.

[6]連鴻鵬. 云計算VMware vSphere虛擬化技術的架構分析[J].軟件導刊， 2012，11（8）：6-7.

[7]劉震宇.基于VMware vSphere4.0的PC服務器資源池構建[D].大連：大連海事大學，2010.