摘要 服務器虛擬化的關鍵是將運行在多臺物理服務器上的應用整合到一臺物理服務器上，不僅運行起來相互獨立，而且提高了設備的利用效率，降低了設備能耗。本文首先介紹了虛擬化的核心技術，然后通過實例對服務器虛擬化技術進行了分析，最后提出了服務器虛擬化技術的研究方向。

關鍵詞 服務器虛擬化技術 節(jié)能 數(shù)據(jù)機房

引言

從20世紀50年代虛擬化概念的提出，到20世紀60年代虛擬化技術的商用，再到近年來虛擬化技術在國內(nèi)外數(shù)據(jù)機房中的廣泛應用，虛擬化技術一直以來都因其具備節(jié)能減排、易于管理等諸多特點而備受關注。

服務器虛擬化技術是將虛擬化技術應用于服務器上，將一個服務器虛擬成若干個服務器使用。服務器虛擬化技術具備降低運營成本、提高資源利用率、動態(tài)調(diào)度資源、提高應用兼容性、加速應用部署、提高服務可用性、降低能源消耗等特點。本文結(jié)合國內(nèi)主流運營商的建設經(jīng)驗，以某運營商通過服務器虛擬化技術對OSS域內(nèi)系統(tǒng)進行硬件平臺整合方案為例對服務器虛擬化技術的原理和應用進行分析和介紹。

1 服務器虛擬化的核心技術

服務器虛擬化的核心技術包括：CPU虛擬化、內(nèi)存虛擬化、設備與I／O虛擬化和虛擬機實時遷移技術。

1.1CPU虛擬化

CPU虛擬化技術把物理CPU抽象成虛擬CPU，任意時刻一個物理CPU只能運行一個虛擬CUP指令。每個客戶操作系統(tǒng)可以使用一個或多個虛擬CPU。在這些客戶操作系統(tǒng)之間，虛擬CPU的運行相互隔離，互不影響。

1.2內(nèi)存虛擬化

內(nèi)存虛擬化技術是把物理機的真實物理內(nèi)存通過虛擬機管理器進行統(tǒng)一管理，包裝成多個虛擬的物理內(nèi)存分別供若干個虛擬機使用，使得每個虛擬機擁有各自獨立的內(nèi)存空間。從本質(zhì)上講，物理機的內(nèi)存是一段連續(xù)的地址空間，上層應用對于內(nèi)存的訪問多是隨機的，因此虛擬機監(jiān)視器需要維護物理機里內(nèi)存地址塊和虛擬機內(nèi)部看到的連續(xù)內(nèi)存塊的映射關系，保證虛擬機的內(nèi)存訪問是連續(xù)的、一致的。

1.3設備與I／O虛擬化

I／O虛擬化技術與設備把物理機的真實設備統(tǒng)一管理，包裝成多個虛擬設備給若干個虛擬機使用，響應每個虛擬機的設備訪問請求和I／O請求。

虛擬網(wǎng)絡接口是I／O虛擬化技術中的重要部分。在服務器虛擬化中每個虛擬機都變成了一個獨立的邏輯服務器，它們之間的通信通過網(wǎng)絡接口進行。每一個虛擬機都被分配了一個虛擬的網(wǎng)絡接口，從虛擬機內(nèi)部看來就是一塊虛擬網(wǎng)卡。服務器虛擬化要求對宿主操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡接口驅(qū)動進行修改。修改后，物理機的網(wǎng)絡接口不僅要承擔原有網(wǎng)卡的功能，還要通過軟件虛擬出一個交換機。虛擬交換機工作于數(shù)據(jù)鏈路層，負責轉(zhuǎn)發(fā)從物理機外部網(wǎng)絡投遞到虛擬機網(wǎng)絡接口的數(shù)據(jù)包，并維護多個虛擬機網(wǎng)絡接口之間的連接。當一個虛擬機與同一物理機上的其他虛擬機通信時，它的數(shù)據(jù)包會通過自己的虛擬網(wǎng)絡接口出發(fā)，虛擬交換機收到該數(shù)據(jù)包后將其轉(zhuǎn)發(fā)給目標虛擬機的虛擬網(wǎng)絡接口。

1.4實時遷移技術

實時遷移技術是在虛擬機運行過程中，將整個虛擬機的運行狀態(tài)完整、快速地從原來所在的宿主機硬件平臺遷移到新的宿主機硬件平臺上，并且整個遷移過程是平滑的，用戶幾乎不會察覺到任何差異。由于虛擬化抽象了真實的物理資源，因此可以支持原宿主機和目標主機硬件平臺的異構性。

實時遷移技術需要虛擬機監(jiān)視器的協(xié)助，即通過原主機和目標主機上虛擬機監(jiān)視器的相互配合，來完成客戶操作系統(tǒng)的內(nèi)存和其他狀態(tài)信息的拷貝。實時遷移技術開始以后，內(nèi)存頁面被不斷地從源虛擬機監(jiān)視器拷貝到目標虛擬機監(jiān)視器。這個拷貝過程對源虛擬機的運行不會產(chǎn)生影響。最后一部分內(nèi)存頁面被拷貝到目標虛擬機監(jiān)視器之后，目標虛擬機開始運行，虛擬機監(jiān)視器切換源虛擬機與目標虛擬機，源虛擬機的運行被終止，實時遷移過程完成。

2 虛擬化技術應用實例與分析

目前虛擬化技術可以分為兩種形式：單臺服務器虛擬化和跨服務器虛擬化。下面分別通國內(nèi)某主流運營商對其OSS域進行建設時選用的建設方案作為典型實例，從而進一步分析虛擬化技術在實際中的應用。

2.1實用案例

本項目采購了2臺高性能的服務器，將2臺高性能服務器劃分為4個硬件區(qū)域，并對Solaris操作系統(tǒng)作鏡像處理，從而分為四個Domain。下面為本項目的網(wǎng)絡拓撲圖：

本方案采用服務器虛擬化技術，并制定了以服務器硬件Domain與Solaris Container相結(jié)合的方式為建設原則。對操作系統(tǒng)虛擬化技術進行實施，即采用Container技術，將Solaris操作系統(tǒng)劃分為多個Zone，每個Zone包含單個具體應用，如數(shù)據(jù)庫應用、數(shù)據(jù)采集等具體應用，從而實現(xiàn)具體應用相互隔離、各zone相對獨立的特點。Container技術對業(yè)務應用透明，無需改變具體應用，并可實現(xiàn)關鍵業(yè)務雙機運行。下面為本項目中服務器－Domaino的劃分方案列表：

2.2案例分析

本項目的技術特點就是采用了服務器虛擬化技術，使用此項技術之前以上四個應用(即：應急指揮調(diào)度系統(tǒng)、主動監(jiān)控采集機、CRM系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫服務器)分別運行在四個獨立的物理服務器上，然而在采用了虛擬化之后，這三種應用運行在三個獨立的虛擬服務器上，而這三個虛擬服務器可以被一個物理服務器托管。簡而簡之，服務器虛擬化使一臺物理機可以運行多個虛擬服務器，而相互隔離互不干擾。

本項目的技術特點為：

(1)減少設備占用空間，降低設備能耗。

(2)提高設備使用效率，降低維護成本。

(3)隔離各業(yè)務應用，避免業(yè)務間相互影響。

(4)管理安全，業(yè)務管理員帳號可相互獨立。

(5)主要業(yè)務可實現(xiàn)雙機運行。

結(jié)束語

電信行業(yè)的快速發(fā)展也帶來了大量的能源消耗問題。節(jié)能降耗工作在早在“十一五”期間就曾做出明確的提出，并制定了節(jié)能減排的目標。服務器虛擬化技術不僅具備節(jié)能減排的特點，同時還具備提高應用兼容性、提高服務可用性、動態(tài)調(diào)度資源、加速應用部署等技術優(yōu)勢，因此這些方面的研究也將成為服務器虛擬化技術的重要內(nèi)容。