張巍

摘 要：隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的單位開始逐步淘汰老式的物理服務(wù)架構(gòu)，采用基于vSphere技術(shù)的虛擬化服務(wù)架構(gòu)平臺。文章分別從虛擬化技術(shù)的特性、虛擬化關(guān)鍵技術(shù)來闡述架構(gòu)平臺所需要的技術(shù)支撐，并且表述了一個完整的架構(gòu)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(wù)，虛擬架構(gòu)要比傳統(tǒng)的物理架構(gòu)要求更少的人力、物力，這在一定程度上節(jié)約了資源。

關(guān)鍵詞：虛擬化；vSphere技術(shù)；服務(wù)架構(gòu)；虛擬技術(shù)

中圖分類號：G633.67 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 收稿日期：2018-02-20

課題項目：江蘇省職業(yè)技術(shù)教育學(xué)會2017年度職業(yè)院校教學(xué)工作診斷與改進(jìn)專項課題“職業(yè)院校教學(xué)工作診斷背景下的智慧校園建設(shè)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(wù)器設(shè)置。

據(jù)美國國際數(shù)據(jù)公司（IDC）統(tǒng)計，x86服務(wù)平臺有85%以上的服務(wù)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(jīng)提出服務(wù)器虛擬化的概念，使用服務(wù)器虛擬化技術(shù)可以簡化數(shù)量級服務(wù)器管理、提高服務(wù)器硬件利用率、增加網(wǎng)絡(luò)服務(wù)靈活性。1998年，威瑞公司將虛擬化技術(shù)引入x86平臺之后，服務(wù)器虛擬化技術(shù)已經(jīng)成為近幾年的IT技術(shù)研發(fā)熱點[1]，各種軟硬件廠商針對自己產(chǎn)品的特點也不斷推出了符合自身產(chǎn)品特點的虛擬化技術(shù)。據(jù)信息技術(shù)研究院有關(guān)人士預(yù)測，未來虛擬化技術(shù)將成為互聯(lián)網(wǎng)研究的首要熱點。

一、虛擬化技術(shù)特性

廣義的虛擬化技術(shù)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(dá)到簡潔、方便、高效、安全的目的。虛擬化技術(shù)發(fā)展至今其包含的家族成員已經(jīng)非常強大，細(xì)分之下有應(yīng)用程序虛擬化、服務(wù)器操作系統(tǒng)虛擬化、底層硬件虛擬化[2]。

虛擬化技術(shù)打破了單個物理機的軟、硬件相互依賴關(guān)系，通過自有封裝技術(shù)將服務(wù)器操作系統(tǒng)和應(yīng)用服務(wù)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(shù)特性有以下幾點：

（1）硬件平臺無關(guān)性。虛擬機完全獨立于底層的硬件系統(tǒng)，同一個虛擬文件可以運行于不同的物理組件上，包括網(wǎng)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(shè)備進(jìn)行更改[3]。

（2）軟件平臺模擬性。虛擬服務(wù)器通過一定的軟件技術(shù)，實現(xiàn)統(tǒng)一的虛擬硬件資源池，為每一個虛擬服務(wù)器創(chuàng)建一個獨立運行環(huán)境，通過設(shè)定使得資源池內(nèi)的資源邏輯切分，互不干擾。

（3）數(shù)據(jù)封裝隔離運行。運行在同一臺的物理服務(wù)器上的虛擬機相互隔離，虛擬服務(wù)器與虛擬服務(wù)器之間互不影響，其各自產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、使用的網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)行的訪問都會被隔離出來，上層的應(yīng)用服務(wù)只會通過配置的網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行相互通信[4]。

（4）接口標(biāo)準(zhǔn)平臺兼容。虛擬硬件服務(wù)器使用標(biāo)準(zhǔn)化的虛擬接口，其與物理機上的所有操作系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動和應(yīng)用程序相互兼容。

二、虛擬化關(guān)鍵技術(shù)

虛擬化服務(wù)提供商有很多，比較大的有VMware提供基于虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心操作系統(tǒng)，有Citrix將數(shù)據(jù)中心變?yōu)榻桓吨行牟⑾蛴脩籼峁┮粋€全面的交付方案，有Microsoft提供給用戶一個產(chǎn)品集，由服務(wù)器的虛擬化到應(yīng)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(shù)。

VMware vSphere是首款云操作系統(tǒng)，一系列的組件有VMware EXSi、hypervisor和VMware vCenter Server[6]。VMware vSphere提供的關(guān)鍵技術(shù)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(jiān)控，如果個臺發(fā)生故障，HA會提供中斷服務(wù)，并且啟動快速恢復(fù)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(fā)生故障時，系統(tǒng)則需要等待到有更多的可用資源時再啟動優(yōu)先級較低的虛擬機[7]。

（2）vSphere DRS（Distributed Resource Scheduler，分布式資源調(diào)度）聚合群集中主機資源，通過監(jiān)控利用率，動態(tài)地分配和均衡計算容量，將硬件資源聚集到資源池中，根據(jù)虛擬機資源配置、需要動態(tài)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(jìn)行資源平衡優(yōu)化。同時通過自定義的規(guī)則，允許設(shè)定虛擬機共享資源的方式及爭用資源之間的優(yōu)先權(quán)。

（3）vSphere FT（Fault Tolerance，容錯）提供比HA更高級別的可用性和保護(hù)性，通過在主機平臺創(chuàng)建一個完全一樣的副本，主虛擬機和輔助虛擬機會持續(xù)監(jiān)控彼此的狀態(tài)以確保容錯功能。如果運行的虛擬機發(fā)生故障，F(xiàn)T會執(zhí)行透明故障切換，使得在發(fā)生故障時能隨時切換到類似的虛擬機上，確保系統(tǒng)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(guān)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(fù)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(shù)架構(gòu)

一個完整的虛擬化架構(gòu)除Vsphere這款云操作系統(tǒng)，還有網(wǎng)絡(luò)存儲和陣列、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成及上層的應(yīng)用服務(wù)。

（1）網(wǎng)絡(luò)存儲和陣列主要是基于光纖通道和以太網(wǎng)方式的網(wǎng)絡(luò)共享存儲，一般有網(wǎng)絡(luò)接入存儲（Network-Attached Storage，NAS）和存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（Storage Area Network，SAN）。NAS存儲通過標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)添加到一群計算機上，能迅速增加存儲容量的需求，而現(xiàn)今NAS已經(jīng)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(wù)器主機，并且SAN提供與現(xiàn)有LAN連接的簡易方法，使得資源存儲更具有靈活性。

（2）網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。每一臺主機上至少要有兩塊網(wǎng)卡vmnic0和vmnic1來保障vSphere中高級功能的實現(xiàn)，在虛擬化的環(huán)境中，實體網(wǎng)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(wù)器與外界進(jìn)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(rèn)的vSwitch還可以自己添加，但是同一塊物理網(wǎng)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(wù)器如同連接在同一臺交換機上，虛擬服務(wù)器可以在任意的主機上遷移。

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

四、物理架構(gòu)與虛擬架構(gòu)

以學(xué)校計劃新增一個日志服務(wù)器為例，分別從以下幾個方面來對比傳統(tǒng)物理架構(gòu)和虛擬化架構(gòu)的費用開銷。

1.成本費用（如表1所示）

2.維護(hù)費用（如表2所示）

3.數(shù)據(jù)安全（如表3所示）

4.人力資源（如表4所示）

五、結(jié)語

總之，虛擬化架構(gòu)方案比傳統(tǒng)的物理架構(gòu)具有更大的優(yōu)勢，虛擬化架構(gòu)能降低服務(wù)構(gòu)建成本，包括機架、機柜、網(wǎng)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(wù)器故障宕機時間，增加工作的連續(xù)性，并且保證數(shù)據(jù)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(xiàn)：

[1]馬 璟.基于Vmware技術(shù)的服務(wù)器虛擬化架構(gòu)的研究與應(yīng)用[D].廈門：廈門大學(xué)， 2011.

[2]侯星帥.虛擬化技術(shù)在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器資源整合中的應(yīng)用研究[D].西安：長安大學(xué)，2013.

[3]張 凱.云計算環(huán)境下虛擬化服務(wù)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(gòu)的虛擬機池管理系統(tǒng)[D]. 重慶：重慶大學(xué)， 2012.

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

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

[7]劉震宇.基于VMware vSphere4.0的PC服務(wù)器資源池構(gòu)建[D].大連：大連海事大學(xué)，2010.