基于虛擬化服務器的部署方案虛擬化簡介虛擬化是硬件與操作系統之間的一個抽象層，它將物理硬件與操作系統分開，打破以往一個操作系統必須配置一套硬件的傳統部署方法，從而提供更高的IT資源利用率和靈活性。虛擬化允許具有不同操作系統的多個虛擬服務器（通常稱為虛擬機）在同一臺物理服務器上同時獨立并行運行，每個虛擬機都有自己的一套虛擬硬件（如RAM、CPU、網卡等）。無論物理服務器采用什么硬件組件，操作系統都將它們視為一組標準化的硬件。虛擬機系統通常是被封裝在文件中的，因此可以快速對其進行保存、復制和部署，可在幾秒鐘內將整個系統（完全配置的應用程序、操作系統、BIOS和虛擬硬件）從一臺服務器移至另一臺服務器中運行，以實現零停機維護和連續的工作負載整合。虛擬化部署技術是服務器部署方式發展的趨勢，可以幫助人們升級和管理異地的IT基礎架構并確保其安全。基于虛擬化服務器的解決方案基于虛擬化服務器的解決方案是將所有硬件設備構成一個統一的抽象的虛擬化平臺，并使得所有的硬件被統一到一個虛擬化層中進行統一的調度分配。這樣，系統將不再以服務器的數量為單位，而是按照需要的計算處理能力為單位進行分配，而分配出來的硬件處理資源就形成一個個獨立的虛擬服務器，也被稱為虛擬機，它擁有與真實服務器一樣的所有硬件設備，如主板芯片、CPU、內存、SCSI和IDE磁盤設備、各種接口、顯示和其他輸入輸出設備等，管理員可以像使用物理服務器一樣使用虛擬服務器，在上面安裝操作系統，部署應用等，并且所有的虛擬機之間是完全獨立的，即使某一個虛擬機崩潰了，也不會影響到其他虛擬機的運行。并且每個虛擬服務器都可以被獨立封裝到一個文件中，實現虛擬機的靈活遷移，如圖1所示。采用虛擬化技術后，所有的服務器就構建成一個統一的硬件處理平臺，即構成一個虛擬化處理資源池，可以在這個資源池上取合適的處理能力及資源構建獨立的虛擬機。市面主流虛擬化軟件在市面上虛擬化解決方案供應商中，最為著名的產品有VMwarevSphere、CritrixXenServer、紅帽的KVM以及微軟的Hyper-V等產品。VMwarevSphere是業界第一個x86“裸機”虛擬機管理程序，是最可靠和最強健的虛擬機管理程序。VMwareESX/ESXi于2001年首次發布，目前為第五代產品，已在全世界數以萬計的客戶部署中經過了生產驗證。其采用全虛擬化技術，在硬件與操作系統之間建立一個虛擬化抽象層，它將物理硬件與操作系統分開，打破以往一個操作系統必須配置一套硬件的傳統部署方法，從而提供更高的IT資源利用率和靈活性。VMware是市面上虛擬化技術的霸主，幾乎占了虛擬化市場80%以上的份額。Xen采用準虛擬化技術（Para-Virtualizion），其特點是修改操作系統的內核，加入一個XenHypervisor層。它允許安裝在同一硬件設備上的多個系統可以同時啟動，由XenHypervisor來進行資源調配。在這種虛擬環境下，依然需要模擬硬件設備，安裝Guest操作系統，并且需要修改操作系統的內核。Xen相對于傳統的VirtualMachineMonitor，性能稍有提高，但并不十分顯著。Hyper-V采用微內核的架構，它是一個瘦Hypervisor。因為它里面沒有驅動程序，驅動程序是跑在每一個分區里面的。Hyper-V底層的Hypervisor運行在最高的特權級別下，微軟將其稱為ring-1,而虛擬機的OS內核和驅動運行在ring0，應用程序運行在ring3下，這種架構就不需要采用復雜的BT（二進制特權指令翻譯）技術，可以進一步提高安全性。Hyper-V采用基于VMbus的高速內存總線架構，來自虛機的硬件請求（顯卡、鼠標、磁盤、網絡），可以直接經過VSC，通過VMbus總線發送到根分區的VSP，VSP調用對應的設備驅動，直接訪問硬件，中間不需要Hypervisor的幫助。但是鑒于Hyper-V采用WindowsServer2008內核，決定其穩定性具有一定局限性，WindowsServer2008Hyper-V需要每30天重啟一次。KVM是紅帽5.4發行版中推出的最新虛擬化技術，嚴格上說它是完全虛擬化的產品，VMware和VPC、VirtualBox等也都是完全虛擬化的產品，而Xen則是半虛擬化的產品，半虛擬化從性能上說要比完全虛擬化快很多，但Xen有個缺點，它是重量級的虛擬機，修改了大量的內核源代碼，它的guest機器必須理解xen化的硬件，也就是說Xen上面只能運行紅帽5以后的系統。后來紅帽修改了發行版4中的一個版本，使其也能支持Xen。而且Xen的完全虛擬化需要借助硬件CPU的VT技術，這個在InterCPU上叫VMX，在AMDCPU中叫SVM。Xen的完全虛擬化可以說是個失敗品，運行效率甚至趕不上VMware，而且操作界面相當不友好，但這不能否認Xen在半虛擬化世界的霸主地位。KVM是kernelvirtualmodule的簡寫，其實KVM借鑒YXen在半虛擬化上的很多成就，雖然KVM是完全虛擬化的產品，但在關鍵的硬盤和網卡上支持半虛擬化Virtio,在很大程度上提高了性能。KVM是輕量級虛擬化的代表，也需要硬件VT技術的支持。另外從操作界面上看，Xen和KVM都是用Virt-manager工具，差別不是很大，但不可以在同一臺機器上同時安裝且運行Xen和KVM。另外，KVM只能運行在紅帽企業版5.4,64位系統上，同時需要關閉SELinux。基于虛擬化的技術優勢虛擬化解決方案包含服務器系統、存儲系統以及虛擬化軟件。在進行部署時,通常只需要在物理服務器上部署虛擬化系統的服務器端即可,然后通過虛擬化軟件自帶的管理端對整個虛擬化集群系統進行管理、操作、生成虛擬機等。而生成的虛擬機文件通常是存放在后臺的共享存儲中的,而在物理服務器上通常是不存放任何數據的。通過部署虛擬化系統將獲得很多好處。快速服務器部署,提高信息化建設效率部署虛擬化服務器平臺之后,如果教委機關某個科室或某個學校需要使用服務器,只需要向區教委申請,管理人員在10分鐘之內就可以從虛擬化服務器平臺中按照需求劃分出滿足要求的虛擬服務器以供使用。資源重復利用,避免浪費當某個服務器不再使用時,管理員可以隨時將虛擬機撤銷,計算資源立即被釋放,然后這部分被釋放的計算資源可再次劃分為另一臺虛擬服務器,供另一個機構使用。提高服務器利用率,合理分配服務器資源根據過去的統計,每臺服務器的資源利用的情況,95%以上的服務器在絕大多數時間內，其CPU的利用率不超過10%。這是由于在選型的時候，服務器必須滿足應用的峰值處理需要,因此造成大量處理資源被閑置起來形成極大的浪費。但是采用虛擬化技術之后,就可以突破這個障礙,將多臺服務器部署整合到一臺服務器上去。例如,有5臺四路服務器在運行時,其大部分時間處理資源占用率都在10%以下,那么就可以把這5臺服務器整合到一臺服務器上去,在大部分時間內,這臺整合后的服務器處理資源使用率就可以提高到50%。而這5個應用的負載高峰不一定都在同一時間,會有一定的時間差,當某個應用處在負載高峰時,可能剩下的幾臺服務器還保持在10%處理利用率以下，這樣多臺服務器就可以輪流使用服務器的處理余量，避免造成資源浪費（圖2）。獲得前所未有的可靠性部署虛擬化服務器平臺之后，所有的服務器就構建成一個統一的硬件處理平臺，任何一臺服務器的故障不會對整個系統造成任何影響，運行在其上的虛擬機以及運行在虛擬機上的業務不會因為一臺物理服務器或虛擬機的故障而停機，從而獲得全面的高可靠性保護。如圖3所示，通過部署虛擬化服務平臺，相當于為所有的服務器都構建了高可用的系統，任何一臺服務器的故障不會對運行在其上的虛擬機造成影響。易于管理監控采用虛擬化之后，整個虛擬化系統使用一個統一的管理界面對所有虛擬機進行統一直觀的管理。一旦部署完成并且運行起來，只需要登錄到整個虛擬化的管理平臺上，就可以管理所有物理以及虛擬機服務器。大大降低服務器數量由采用虛擬化服務器平臺部署，重慶市江津區教育城域網原計劃采購15臺服務器，現整合為6臺高性能服務器用于虛擬化部署。通過減少服務器數量，可帶來許多好處：1）減少服務器占用機房空間；2）降低發熱量，從而降低在制冷設備方面的投入及散熱成本；3）耗電量的減少及維護工作量的減少，大大降低運營成本；4）線纜數量大大減少，不但減少故障點，也減少網管工作量，使得有限的人力資源可以用在更重要的地方。集中數據存儲，集中數據備份虛擬化技術與集中存儲是分不開的，部署虛擬化的一個最重要的前提就是需要采用高性能的集中存儲系統。采用集中存儲之后，才能實現虛擬機的高可用、在線遷移、資源分配等功能，如圖4所示。通過采用集中存儲，數據皆存儲在一個磁盤陣列柜中，一方面便于數據的統一管理及使用；另一方面，由于每個虛擬機實際上就是一個文件，只需要將所有的虛擬機文件拷貝出來即進行了備份。如果發生數據丟失，只需要將備份出來的虛擬機文件直接拷貝回去即可直接使用。而這種所有數據的完整備份方式如果采用傳統的服務器部署方法是無法辦到的。極易部署和遷移采用虛擬化技術部署的虛擬機系統實際上就是一個虛擬機文件，里面包含了操作系統和應用程序等所有內容。只需要一個簡單的拷貝，就可以解決所有問題。在進行遷移的時候，只需要將這個虛擬機文件通過拷貝的方式復制到另外一臺服務器上面，立刻就可以將這臺虛擬機運行起來，而不用像通常的部署方式那樣需要先在服務器上安裝操作系統，搭建運行環境，再安裝應用軟件，再進行應用軟件的配置，等等。如果對虛擬機文件進行復制操作，立刻就可以將一個虛擬機變成兩份完全一樣的虛擬機，極易部署和遷移。擁有極強的擴展性提高虛擬化服務器平臺的處理能力，只需要增加更多的物理服務器即可。在擴展的時候，可以在任何時候按照需要增加物理服務器的數量。例如，重慶市江津區教育城域網已經部署由3臺服務器構建的虛擬化服務器平臺，并遷移一部分應用到這個虛擬化服務器平臺中，如圖5所示。隨著時間的推移，應用逐漸增加，這時需要將更多的應用遷移進虛擬化集群中去。但是目前的3臺服務器所帶來的性能無法支撐這么多虛擬機同時運行，那么要做的就是增加物理服務器的數量來增強整個虛擬化平臺的處理能力。如圖6所示，只需要增加一臺真實服務器，安裝好虛擬化軟件，然后加入這個虛擬化服務器平臺中，之后再增加虛擬機的數量，并將一部分應用遷移到其上運行即可。整個過程不會對正在運行的虛擬機產生任何影響結束語江津區教育城域網已投入使用兩年，運行良好，主要應用有中小學1?12年級共計15個學科的所有教學資源、金華科仿真驗室教學系統、教育網站系統、教委辦公自動化