張巍

摘 要：隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的單位開(kāi)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(tái)。文章分別從虛擬化技術(shù)的特性、虛擬化關(guān)鍵技術(shù)來(lái)闡述架構(gòu)平臺(tái)所需要的技術(shù)支撐，并且表述了一個(gè)完整的架構(gòu)平臺(tái)所需要的其他組件。最后通過(guò)舉例來(lái)證明部署一個(gè)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(hào)：G633.67 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 收稿日期：2018-02-20

課題項(xiàng)目：江蘇省職業(yè)技術(shù)教育學(xué)會(huì)2017年度職業(yè)院校教學(xué)工作診斷與改進(jìn)專項(xiàng)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(jiǎn)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(guó)國(guó)際數(shù)據(jù)公司（IDC）統(tǒng)計(jì)，x86服務(wù)平臺(tái)有85%以上的服務(wù)器資源被閑置。為了解決資源浪費(fèi)問(wèn)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(jiǎn)化數(shù)量級(jí)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(tái)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(diǎn)[1]，各種軟硬件廠商針對(duì)自己產(chǎn)品的特點(diǎn)也不斷推出了符合自身產(chǎn)品特點(diǎn)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(cè)，未來(lái)虛擬化技術(shù)將成為互聯(lián)網(wǎng)研究的首要熱點(diǎn)。

一、虛擬化技術(shù)特性

廣義的虛擬化技術(shù)是在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上虛擬出多臺(tái)與實(shí)物計(jì)算機(jī)無(wú)差的虛擬計(jì)算機(jī)，這些虛擬計(jì)算機(jī)共用實(shí)物計(jì)算機(jī)的一些硬件配置，以達(dá)到簡(jiǎn)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(qiáng)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(gè)物理機(jī)的軟、硬件相互依賴關(guān)系，通過(guò)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(gè)個(gè)文件，虛擬機(jī)文件間是相互獨(dú)立的個(gè)體，可以獨(dú)立于計(jì)算機(jī)硬件，具有強(qiáng)大的容錯(cuò)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(jī)的技術(shù)特性有以下幾點(diǎn)：

（1）硬件平臺(tái)無(wú)關(guān)性。虛擬機(jī)完全獨(dú)立于底層的硬件系統(tǒng)，同一個(gè)虛擬文件可以運(yùn)行于不同的物理組件上，包括網(wǎng)卡、硬盤、CPU等，虛擬機(jī)可以在不同類型的x86平臺(tái)上移動(dòng)，不需要對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行更改[3]。

（2）軟件平臺(tái)模擬性。虛擬服務(wù)器通過(guò)一定的軟件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的虛擬硬件資源池，為每一個(gè)虛擬服務(wù)器創(chuàng)建一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行環(huán)境，通過(guò)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(yùn)行。運(yùn)行在同一臺(tái)的物理服務(wù)器上的虛擬機(jī)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(wèn)都會(huì)被隔離出來(lái)，上層的應(yīng)用服務(wù)只會(huì)通過(guò)配置的網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行相互通信[4]。

（4）接口標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)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(jī)上的所有操作系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)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€(gè)全面的交付方案，有Microsoft提供給用戶一個(gè)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(tái)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(jī)及其所有的主機(jī)集中在群集中，群集中的所有主機(jī)均會(huì)受到監(jiān)控，如果個(gè)臺(tái)發(fā)生故障，HA會(huì)提供中斷服務(wù)，并且啟動(dòng)快速恢復(fù)程序來(lái)盡量縮短非計(jì)劃的停機(jī)時(shí)間。但如果有過(guò)多的主機(jī)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)則需要等待到有更多的可用資源時(shí)再啟動(dòng)優(yōu)先級(jí)較低的虛擬機(jī)[7]。

（2）vSphere DRS（Distributed Resource Scheduler，分布式資源調(diào)度）聚合群集中主機(jī)資源，通過(guò)監(jiān)控利用率，動(dòng)態(tài)地分配和均衡計(jì)算容量，將硬件資源聚集到資源池中，根據(jù)虛擬機(jī)資源配置、需要?jiǎng)討B(tài)資源利用率和資源需求的爭(zhēng)用級(jí)別來(lái)分配，并且跨越主機(jī)進(jìn)行資源平衡優(yōu)化。同時(shí)通過(guò)自定義的規(guī)則，允許設(shè)定虛擬機(jī)共享資源的方式及爭(zhēng)用資源之間的優(yōu)先權(quán)。

（3）vSphere FT（Fault Tolerance，容錯(cuò)）提供比HA更高級(jí)別的可用性和保護(hù)性，通過(guò)在主機(jī)平臺(tái)創(chuàng)建一個(gè)完全一樣的副本，主虛擬機(jī)和輔助虛擬機(jī)會(huì)持續(xù)監(jiān)控彼此的狀態(tài)以確保容錯(cuò)功能。如果運(yùn)行的虛擬機(jī)發(fā)生故障，F(xiàn)T會(huì)執(zhí)行透明故障切換，使得在發(fā)生故障時(shí)能隨時(shí)切換到類似的虛擬機(jī)上，確保系統(tǒng)的正確運(yùn)行。

（4）vSphere vMotion提供虛擬機(jī)漂移，快速遷移最大程度縮短宕機(jī)時(shí)間，vMotion有開(kāi)機(jī)熱遷移和關(guān)機(jī)冷遷移，可以將虛擬機(jī)從一臺(tái)主機(jī)遷移到另一臺(tái)主機(jī)，來(lái)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(gè)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)，一般有網(wǎng)絡(luò)接入存儲(chǔ)（Network-Attached Storage，NAS）和存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（Storage Area Network，SAN）。NAS存儲(chǔ)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)添加到一群計(jì)算機(jī)上，能迅速增加存儲(chǔ)容量的需求，而現(xiàn)今NAS已經(jīng)具有云存儲(chǔ)功能。SAN存儲(chǔ)是通過(guò)光纖通道交換機(jī)連接存儲(chǔ)陣列和服務(wù)器主機(jī)，并且SAN提供與現(xiàn)有LAN連接的簡(jiǎn)易方法，使得資源存儲(chǔ)更具有靈活性。

（2）網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。每一臺(tái)主機(jī)上至少要有兩塊網(wǎng)卡vmnic0和vmnic1來(lái)保障vSphere中高級(jí)功能的實(shí)現(xiàn)，在虛擬化的環(huán)境中，實(shí)體網(wǎng)卡會(huì)被虛擬化成vSwitch虛擬交換機(jī)上的一個(gè)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(gè)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(gè)vSwitch上面。分布式vSwitch跨越多個(gè)主機(jī)，這樣多個(gè)主機(jī)中的虛擬機(jī)服務(wù)器如同連接在同一臺(tái)交換機(jī)上，虛擬服務(wù)器可以在任意的主機(jī)上遷移。

（3）上層應(yīng)用服務(wù)。安裝在每一臺(tái)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(guò)以太網(wǎng)或者光纖通道被放置在共享存儲(chǔ)中，只通過(guò)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(jì)劃新增一個(gè)日志服務(wù)器為例，分別從以下幾個(gè)方面來(lái)對(duì)比傳統(tǒng)物理架構(gòu)和虛擬化架構(gòu)的費(fèi)用開(kāi)銷。

1.成本費(fèi)用（如表1所示）

2.維護(hù)費(fèi)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(yǔ)

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(shì)，虛擬化架構(gòu)能降低服務(wù)構(gòu)建成本，包括機(jī)架、機(jī)柜、網(wǎng)線硬件成本和人力成本，避免資源浪費(fèi)。通過(guò)vSphere HA、FT、DRS、vMotion等功能，能提高運(yùn)營(yíng)效率，減少服務(wù)器故障宕機(jī)時(shí)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(duì)用戶的影響，提升用戶體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

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