浅谈虚拟化技术在资源整合中的应用

刘莉 江西省邮电规划设计院有限公司 南昌市 330002

浅谈虚拟化技术在资源整合中的应用

刘莉 江西省邮电规划设计院有限公司 南昌市 330002

电信行业一些系统建设时存在资源无法有效共享、设备利用率低等问题。本文基于服务器虚拟化技术，提出了服务器的资源整合应用方案，分析了存储标准化技术实施的可行性。整合结果表明，通过虚拟化技术的应用可充分实现资源的共享与自动配置，有效降低企业投资和运营成本。

虚拟化 资源 整合

0、引言

随着电信行业转型的深入与业务的发展，支撑系统的硬件数量日趋饱和。本文以某企业管理域系统作为分析、研究对象，包括若干小型机、PC服务器及存储等设备；较多设备的利用率仅为其整体性能的30%甚至更少，资源缺乏共享，难以充分利用及灵活调配。以下将对合理利用虚拟化应用技术来整合资源、提高管理水平与资源利用率进行积极、有效地探讨。

1、支撑系统存在问题分析

通过对系统资源进行现场摸排、数据调研分析，发现存在问题如下：

(1) 每个系统都有相对独立的一套硬件平台，原先针对单一系统提出需求、进行资源配置的建设模式和思路不能适应业务发展的需求。

(2) 主机的资源使用情况不均衡，如部分设备长期高负荷运行，且CPU、内存忙时利用率处于不同的时间段。

(3) 机房资源紧张，部分退网设备依然占据机房位置，造成电能与空间的浪费。

2、核心技术研究

2.1、主机虚拟化技术

（1）小型机分区技术

目前主要的虚拟化技术分物理分区、逻辑分区、软件分区及应用分区四个层次。

物理分区，是通过完全的电气化隔离在不同的操作系统之间提供最大程度的保护；每个分区拥有一个或多个处理器与一块指定的内存，多分区共享磁盘和I/ O组件，一个分区的故障不影响其它分区。

逻辑分区，是通过利用硬件微码或固件的方式，使一个处理器运行多个分区；各分区可独立运行不同版本的操作系统并独占资源，相互操作不受影响。

软件分区，是使用虚拟机软件实现与固件逻辑分区一样的效果；虚拟机软件作为宿主,同时运行多个操作系统，以安全受控的方式共享底层的硬件资源。

应用分区，是通过虚拟化操作系统的应用程序执行环境来实现分区功能；可使多个应用程序在单一的操作系统中运行而又互相隔离。

以下分别简要介绍IBM、HP、SUN的虚拟化技术：

IBM从硬件分区技术开始，经历了LPAR、APV至PowerVM。PowerVM作为统一虚拟化解决方案，有Express、Standard 和 Enterprise 3 个版本。包含微分区和共享处理器池、VIO 服务器、动态分区迁移、共享专用容量、多个处理器池、工作负载分区等多种技术。

HP的分区技术也起步于硬件分区，后逐步发展为逻辑分区和软件分区，到2009年提出VSE，实现对虚拟服务器的集成管理，支持nPartition（基于Cell板实现）、vPARs（在同一个nPartition或服务器上运行的单独的操作系统实例）、IntegrityVM（在同一个nPartition上运行的单独的实例，使用不同的操作系统版本）、resource Partition（为单一操作系统中的特定应用程序分配资源）四种分区技术。

SUN的虚拟化主要分为系统域、ZONE、逻辑域三种。系统域是硬件分区，分区粒度是每个系统域至少要有1个CPU/MEM板和一个I/O板，支持动态热插拔系统CPU/内存/IO硬件；Zone是软件分区，支持创建多个逻辑上独立的操作系统实例；逻辑域是逻辑分区，是建立在Firmware之上的。

（2）X86服务器虚拟化技术

在X86服务器上实现虚拟化主要有三种虚拟化软件：vmware、xen、hyper-v。微软的hyper-v不支持异构存储，且安全性不如其它两种，本文仅针对vmware与xen进行比较。

a）系统架构

两种软件均采用裸机或Type-1系统管理程序技术，Type-1系统管理程序直接安装在物理服务器上，无需主机操作系统支持。

b）安装、配置和管理

XenServer通过CD光盘或基于网络的安装过程安装在主机系统上，配置信息保存在控制域内的数据存储装置中，然后复制到管理的服务器上。Vmware ESX的系统管理程序也安装在主机上，采用vCenter服务器完成多服务器管理和配置，并运行在一个单独的管理服务器上。

c）支持访客操作系统

VMware和XenServer均支持目前最流行的Windows和Linux操作系统。根据微软服务器虚拟化认证计划的要求，VMware和XenServer均通过了Windows认证。

d）存储集成

VMware通常利用其专有的虚拟机文件系统进行存储，也可选用原始磁盘进行存储。XenServer不要求在存储系统中使用自己的文件系统，而是直接利用原始存储能力。

e）虚拟机备份和恢复

XenServer和VMware都提供虚拟机快照功能，同时也支持基于代理的备份解决方案。对Windows虚拟机而言，通过一个XenServer专用的VSS提供商，扩展了基于代理的方法来用于Windows VM。VMware提供一种名为“vSphere数据恢复”的功能，用于虚拟机备份。

f）灾难恢复

灾难恢复指在远程站点上复制虚拟服务器基础架构和数据，以便在任何事件导致主站点无法访问时实现恢复。XenServer和VMware都支持多站点部署，主站点和灾难恢复站点上均可。

2.2、存储标准化技术

网络存储设备上包含数据管理信息（元数据）和数据本身。主机通过传输路径访问元数据和数据本身，虚拟化控制器需同时抽象元数据视图和数据的物理位置。

（1）带内虚拟化与带外虚拟化

若虚拟化控制器位于主机和存储设备之间的路径上，则称为带内访问；它不需通过存储网络去发现和连接到多个存储，而只看到由虚拟化设备提供的存储资源。若虚拟化控制器将对元数据的访问路径和对数据的访问路径划分开，则实现带外访问。

图1 带内虚拟化和带外虚拟化图

（2）基于主机的虚拟化

通过在主机上安装逻辑卷管理器实现，向操作系统提供存储资源的逻辑视图。物理存储的抽象发生在主机本地，消除分离的控制和数据路径，避免带内虚拟化带来的瓶颈和性能问题。

（3）基于网络的虚拟化

将虚拟化控制器转移到存储网络的核心部分，因为存储网络已经在所有的主机和存储设备之间建立连接，所以更容易透明地截获和处理存储请求，是一种带内的虚拟化方法。

（4）基于存储设备的虚拟化

可以实现对主机的完全透明化，无需在主机上安装任何代理软件，它位于存储系统的后端而不是中间，避免了增加网络负担，且不会成为新的瓶颈。

3、整合策略与应用方案

3.1、整合思路

本次虚拟化整合遵循以下原则：

（1）对于核心、较为重要的系统的数据库服务器，采用小型机的虚拟化技术实现集中整合，同时结合系统的扩容要求，既达到整合的目的又满足生产的需求。对PC服务器采用X86服务器的虚拟化技术，将多个平台的应用资源通过搭建资源池进行部署，实现资源的动态调配和无故障切换。

通过虚拟化技术的运用，可对各个分区的CPU、内存的利用率和峰值以及IO读写等负载进行实时监控，一旦某个分区的负载突破警戒阀值，自动把其他利用率较低的分区资源划拨到该分区，迅速缓解系统压力；当该分区负载恢复正常，其空闲资源又可以被划拨到其他压力较大的分区，整个过程不会干扰应用系统运行，对用户透明。

（2）存储标准化方面，可设立一定的规则对存储数据进行生命周期的管理。即按优先级将数据分别存放在高端、中/低端存储上，提升系统性能和使用效率；屏蔽存储异构性，实现在线空间扩展、回收和再利用，减少或消除计划停机时间，实现服务器资源的缩放管理。

（3）对于残值较低的老旧设备，不符合未来系统的发展要求，在将其上部署的应用迁移到资源池内后，原设备可退网。

某企业管理域系统进行虚拟化整合后的组网示意图如下：

图2 某企业管理域系统虚拟化整合后示意图

3.2、演进路径

本次整合深入采用小型机和X86服务器的高级虚拟化、存储标准化等多项新技术，为保证系统整合的安全、稳定、有序进行，分三阶段逐步推进。分步实施如下：

（1）前期

第一阶段，技术验证。

利旧测试机搭建X86服务器虚拟化测试环境；新增小型机，部署虚拟化软件与系统管理软件，建设小型机高级虚拟化测试环境；同期安装存储标准化工具，将不同的存储设备统一为共享存储资源池。其后，在虚拟化测试环境上部署测试系统，验证服务器虚拟化技术和存储标准化的稳定性和实用性。

第二阶段，结合应用逐步推广。

在对系统资源的摸底，确定系统未来需求的基础上，依托测试环境，建立服务器和存储的共享资源池种子，根据系统建设的轻重缓急，按重要性从低到高，负载压力从轻至重，逐步割接到种子池，割接完成后，原有系统资源融入种子池，扩大种子池资源。

（2）中期

在前期顺利实现的前提下，建议扩大资源实现共享的范围，进一步提升资源利用率；在此基础上建立统一的资源调度中心，对服务器、存储、备份等资源统一监控管理，尝试引入自动化流程，提供系统的自助服务，加快系统的部署调整时间，更好的响应业务需求。

（3）后期

在完全掌握虚拟化、标准化等共享资源池技术与资源自动化流程后，建议逐步实现所有可纳入系统资源的全局共享，并在云计算技术成熟的条件下，将共享资源池向云计算演进。

4、结束语

通过对某企业管理域系统的资源应用虚拟化技术，可解决原先存在的设备共享较少、利用率不均衡、机房资源紧张等问题，有效提升系统建设和采购过程的响应速度。可见的成效有：减少服务器与存储的采购规模，盘活可用资源，降低维护成本，最大限度的保护投资；网络架构更加清晰、分明，简化维护与操作，管理手段也更加便捷。

［1］梅燕.《浅谈虚拟化技术》.华章，2013(25).

［2］邢利荣、何晓龙.《从虚拟化到云计算》.北京：电子工业出版社，2009.

［3］田永飞.《区域数据中心虚拟化技术必要性和技术要点探讨》.金融科技时代，2009(3).

［4］金海.《计算机系统虚拟化——原理与应用》.北京：清华大学出版社, 2008.

1009-0940(2014)-3-0026-04

2014-7-29