王青峰

摘要：虛擬化技術(shù)能夠使多個操作系統(tǒng)或者多個應(yīng)用同時在一臺主機(jī)上運行，虛擬化技術(shù)為云計算提供了主要的技術(shù)支撐，在云計算數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用過程中，發(fā)揮著巨大作用。該文筆者就云計算中心虛擬化技術(shù)的分類與特點進(jìn)行了分析，闡明了云計算中虛擬化技術(shù)的重要性，同時深入探究了虛擬化技術(shù)在云計算應(yīng)用中有待解決的問題，希望為相關(guān)工作者提供一些參考和建議。

關(guān)鍵詞：云計算；數(shù)據(jù)中心；虛擬化技術(shù)；重要性

眾所周知，大量的計算資源都存在于云計算數(shù)據(jù)中心，要想使不同服務(wù)器的資源變得抽象，必須使用虛擬化技術(shù)，構(gòu)建一個計算資源池，根據(jù)粒度分配資源。利用虛擬化技術(shù)在云計算內(nèi)部建造統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的邏輯網(wǎng)絡(luò)接口、內(nèi)存、存儲空間以及CPU，然后屏蔽掉物理服務(wù)器之間的差異，使所有用戶的虛擬化資源在供應(yīng)、度量和調(diào)度上保持一致。本文筆者探究了云計算中虛擬化技術(shù)的應(yīng)用。

1虛擬化技術(shù)的特點

想要在一臺計算機(jī)上運行多個操作系統(tǒng)需要使用虛擬化技術(shù)，該技術(shù)在X86服務(wù)器架構(gòu)中獲得了快速的發(fā)展。在微軟、VMW以及XEN等多家公司進(jìn)行服務(wù)器虛擬化的過程中起到了關(guān)鍵的引導(dǎo)作用.但是虛擬化技術(shù)的運用在最初進(jìn)度緩慢，主要是因為X86處理器自身性能的不足以及X86的架構(gòu)與虛擬化技術(shù)運用要求不是很匹配。后來，Intel和AMD公司對X86處理器的架構(gòu)進(jìn)行了修改，X86處理器的自身性能得以提高，虛擬化技術(shù)的運用問題得到了解決。服務(wù)器虛擬化提高了物理空間內(nèi)數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用密度，增加了邏輯服務(wù)器的數(shù)量.如此，使得服務(wù)器的內(nèi)外數(shù)據(jù)流動增多，服務(wù)器處理效率也得到了提高。如今，虛擬化技術(shù)已經(jīng)成為云計算的核心技術(shù)。

利用虛擬化技術(shù)能夠在云計算數(shù)據(jù)中心構(gòu)建出一個計算池，并擁有超級計算能力，它能夠有效屏蔽不同服務(wù)器之間的差異。一個云計算數(shù)據(jù)中心多則擁有數(shù)萬臺物理服務(wù)器，每個物理服務(wù)器上都運行著多個動態(tài)變化的虛擬機(jī)。通過網(wǎng)卡、橋片、內(nèi)存等硬件虛擬化和不斷增強(qiáng)的CPU性能輔助，在物理服務(wù)器上增加虛擬機(jī)的運行數(shù)量。不難想象，一個大型的云計算數(shù)據(jù)中心的虛擬機(jī)運行數(shù)量。如今，在云計算數(shù)據(jù)中心，虛擬化技術(shù)發(fā)揮著不可替代的作用。

當(dāng)云計算數(shù)據(jù)中心開始大規(guī)模應(yīng)用虛擬化計算和存儲之后，這就對運行網(wǎng)絡(luò)有更高的要求。虛擬化技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用需要更多的寬帶支持，必須構(gòu)建大容量的資源池端口，使虛擬機(jī)在DC間和DC內(nèi)部互通，以此擴(kuò)展資源獲得更多的接口，同時要實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心站點間的相互聯(lián)系，加強(qiáng)業(yè)務(wù)和底層硬件的透明度，實現(xiàn)云計算空間的大規(guī)模構(gòu)建。

2云計算數(shù)據(jù)中心虛擬化技術(shù)的分類

2.1數(shù)據(jù)平面虛擬化

控制平面和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面是數(shù)據(jù)通信的兩個維度，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面又被稱為數(shù)據(jù)平面。為了使數(shù)據(jù)平面的效果得到良好的展現(xiàn)，TRILL和SPB兩個新協(xié)議應(yīng)運產(chǎn)生，這兩個協(xié)議屬于控制協(xié)議，可以實現(xiàn)在N6-設(shè)備上進(jìn)行拓?fù)渎窂接嬎愕哪繕?biāo)，但是TRT（LLL/SPB區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部轉(zhuǎn)發(fā)對于外界來說沒有任何意義，它僅為虛擬交換的進(jìn)行提供了一個場所。雖然，數(shù)據(jù)平面虛擬化使用多合一的方式擴(kuò)展了計算的范圍規(guī)模，但是轉(zhuǎn)發(fā)效率較低，也使網(wǎng)絡(luò)變得更加復(fù)雜。

多路徑轉(zhuǎn)發(fā)問題和拓?fù)錈o環(huán)路問題是接人層與核心層設(shè)備在建造數(shù)據(jù)中心二層網(wǎng)絡(luò)模型的過程中必須解決的。Ethernet想要實現(xiàn)無環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)，必須使用STP，但是這樣一來，又會導(dǎo)致寬帶浪費、部分路徑被阻塞的情況出現(xiàn)，大大降低了整個網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)效率。因此，建設(shè)云計算數(shù)據(jù)中心需應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)，以此提高寬帶的利用率。

首先，需要在接人層與核心層的交換機(jī)中引入動態(tài)尋址協(xié)議與外層封裝標(biāo)識，用來滿足L2M（Layer2 MuhiPath）的需求，其實就是仿照IP+OSPF制作了一個外放版的協(xié)議機(jī)制，放置于Ethemet外面。

其次，需要構(gòu)建無環(huán)的樹狀連接模式，在構(gòu)建此模式時需要利用整個網(wǎng)絡(luò)邏輯拓?fù)?，此模式需要保證只有一條邏輯鏈路可以通過核心層與接人層或邏輯節(jié)點設(shè)備連接，順利完成多路徑和無環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)工作。另外，還需要將接人層以下設(shè)備的交換機(jī)全部虛擬成邏輯的框式交換機(jī)”。

例1.SPB與7RILL的不同之處，如表1。

2.2控制平面虛擬化

所謂的控制平面虛擬化，簡單來說就是僅僅使用一個主體統(tǒng)一全部設(shè)備的控制平面，并完成整個虛擬交換機(jī)工作?？刂破矫嫣摂M化可以有兩種方法，一種是橫向虛擬化，另一種是縱向虛擬化。

將不同層次的多個設(shè)備通過虛擬化技術(shù)合而為一就是縱向虛擬化，這種縱向虛擬化方式使上級設(shè)備的接口增加，這樣一來，下級交換機(jī)設(shè)備的功能就大大降低，不能實現(xiàn)對報文和交換機(jī)的控制和轉(zhuǎn)發(fā)，僅僅可以完成一些簡單的同步處理的工作。

橫向虛擬化具有和縱向虛擬化相同的工作原理，同樣將不同層次的多個設(shè)備通過虛擬化技術(shù)合而為一，用一個主體完成控制平面工作。但是有一點需要注意，作為典型的虛擬交換機(jī)，橫向虛擬化使結(jié)構(gòu)變?yōu)榉植际?，左右核子和機(jī)框負(fù)責(zé)處理和轉(zhuǎn)發(fā)流量。換句話說，控制平面虛擬化是一種真正的虛擬交換機(jī)，它可以同時滿足增加接口和管理統(tǒng)一的需求。

2.3控制平面多虛一技術(shù)

目前，國內(nèi)IT界運用最多的控制平面多虛一技術(shù)就是VSS技術(shù)和IRF技術(shù)。IRF技術(shù)和VSS技術(shù)分別是H3C數(shù)據(jù)中心交換機(jī)和Cisco數(shù)據(jù)中心交換機(jī)的私有技術(shù)，以下是兩者技術(shù)點的關(guān)鍵所在：

（1）雙活檢測處理：如果VSL或者Link出現(xiàn)問題，與其相關(guān)的物理設(shè)備就導(dǎo)致IP網(wǎng)關(guān)混亂，這是因為二者完全相同的配置，在上下游網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中出現(xiàn)了雙活節(jié)點.所以VSS和IRF都會運行雙活處理機(jī)制來修復(fù)專用鏈路出現(xiàn)的故障。還有一點要注意：在進(jìn)行初始協(xié)商時，VSS技術(shù)和IRF技術(shù)都必須將備份的機(jī)框設(shè)備重啟，才能完成虛擬化部署。

（2）基于引擎的主備模式：VSS技術(shù)與IRF技術(shù)都是使用一塊主控引擎處理虛擬交換機(jī)的主控制問題的，其他的引擎都是備份過的。這個引擎可以單獨完成協(xié)議學(xué)習(xí)、表項同步等工作。至于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)工作，如果拓?fù)洳惶?、OSPF鄰居不多，交換機(jī)也可以獨自完成。

（3）專用鏈路跑私有協(xié)議：IRF技術(shù)使用VSL和IRF link、Vss技術(shù)來承載控制平面私有交互協(xié)議IRF和SLP。

例2.CiscoVSS的三種故障檢測方式，如下圖：

3虛擬化技術(shù)提高了云計算數(shù)據(jù)中心的資源利用率和服務(wù)水平

3.1虛擬技術(shù)的快速發(fā)展為云計算數(shù)據(jù)中心帶來全新的發(fā)展機(jī)遇

虛擬化技術(shù)可以根據(jù)眾多的資源虛擬出更多的主機(jī)，為使用單位營造富有活力和彈性的網(wǎng)絡(luò)資源環(huán)境，形成強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，使數(shù)據(jù)中心資源的利用率和共享率得到明顯提高，幫助云計算數(shù)據(jù)中心獲得更大的收益：

（1）節(jié)約成本。使用虛擬化技術(shù)可以有效節(jié)省總體成本，減少了硬件投資，提高了每個服務(wù)器的利用率，不用因為舊系統(tǒng)的升級、維護(hù)和兼容性等問題而浪費時間和精力。

（2）提高服務(wù)水平。虛擬化技術(shù)對云計算數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器、存儲等資源實施統(tǒng)一管理，按照需求擴(kuò)充容量，更好地完成動態(tài)資源調(diào)配。根據(jù)用戶的不同需求，云計算數(shù)據(jù)中心可以為用戶提供云服務(wù)器、云存儲、云桌面、云應(yīng)用等服務(wù)。

（3）提高工作效率。可以把部署時間由過去的小時級轉(zhuǎn)化為分鐘級，大大縮短服務(wù)器應(yīng)用和重建的加載時間，由過去的20-40小時轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的15-30分鐘，大大減少了工作時間，工作的效率明顯提高。

3.2虛擬化技術(shù)可以為云計算數(shù)據(jù)中心提供云計算基礎(chǔ)架構(gòu)

虛擬化技術(shù)不僅大大提高了使云計算數(shù)據(jù)中心的服務(wù)水平與資源利用率。還為云計算數(shù)據(jù)中心營造了富有彈性的使用空間，充分激發(fā)了云計算數(shù)據(jù)中心的潛力。云計算數(shù)據(jù)中心具有共享性，它是由儲存設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和服務(wù)器之類的底層硬件共同虛擬化而創(chuàng)造出的一個運作環(huán)境，它根據(jù)用戶的不同要求形成服務(wù)導(dǎo)向的IT架構(gòu)，利用各種相互隔離應(yīng)用的方式建造上層數(shù)據(jù)。虛擬化技術(shù)為數(shù)據(jù)中心創(chuàng)建了一個安全、可行的云計算基礎(chǔ)架構(gòu)，更是在其中引入了自動化技術(shù)和先進(jìn)的管理系統(tǒng)，它不僅僅是一個整合工具。這樣一來，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心和云計算數(shù)據(jù)中心就很容易區(qū)別了。

4云計算數(shù)據(jù)中心虛擬化技術(shù)的應(yīng)用需解決以下問題

4.1虛擬化架構(gòu)的可管理性

云計算數(shù)據(jù)中心虛擬化架構(gòu)急需解決虛擬資源的可擴(kuò)展性管理、可配置性管理等問題，以此實現(xiàn)虛擬資源的自動化管理，具體操作如下”：

（1）狀態(tài)監(jiān)控問題。對設(shè)備硬件工作狀態(tài)和虛擬環(huán)境要進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，如果發(fā)生問題，要第一時間發(fā)出警報。

（2）性能檢測方面。對物理機(jī)器和虛擬機(jī)的性能進(jìn)行監(jiān)控，分析其瓶頸，同時有針對性地提出一些優(yōu)化建議。

（3）補(bǔ)丁管理方面。能夠自動為虛擬化管理軟件和虛擬機(jī)系統(tǒng)提供補(bǔ)丁升級方案。

4.2虛擬化架構(gòu)的安全性

云計算數(shù)據(jù)中心能夠幫助使用單位或者個人節(jié)省大量成本，并在存儲服務(wù)到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的全部過程中為他們提供各種“云服務(wù)”。使用虛擬化技術(shù)可以將個人或者使用單位的計算機(jī)應(yīng)用和已有工作量轉(zhuǎn)移到云計算數(shù)據(jù)中心。面對眾多的用戶、多重技術(shù)、多雜的設(shè)備平臺，在確保安全性和可用性的同時，對資源進(jìn)行整合，這是云計算彈性數(shù)據(jù)中心順利運用的關(guān)鍵。

5結(jié)束語

隨著服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)等硬件資源的全面虛擬化，網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)將在云計算數(shù)據(jù)中心中發(fā)揮著越來越重要的作用，大大提高了計算機(jī)云計算的功能。在云計算數(shù)據(jù)中心利用虛擬化技術(shù)可以改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使各項操作變得更為簡單，工作速度也大大提高，同時也使網(wǎng)絡(luò)維護(hù)變得更加簡單，減輕工作人員的工作負(fù)擔(dān)，因此需要加強(qiáng)研究，促進(jìn)虛擬技術(shù)在云計算中心得到更加廣泛的應(yīng)用，提高虛擬技術(shù)應(yīng)用的水平，為社會的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。