虚拟化技术在数据中心的应用

张皓瑜 王莉 林静 王梅

【摘 要】随着服务器技术越来越成熟，服务器的云端化也变得普及。服务器虚拟化技术作为云计算的支撑技术，主要是通过将物理服务器组建成为一个虚拟化的逻辑资源池，能够实现硬件资源与软件资源的动态分配，使数据中心的运维得以简化管理、提高效率。

【关键词】虚拟化;数据中心;VMWare

中图分类号： TP308 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）07-0080-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.07.032

【Abstract】With the server technology becoming more and more mature， the server's cloud is becoming more and more popular. Server virtualization technology， as the support technology of cloud computing， can realize the dynamic allocation of hardware resources and software resources by building physical servers into a virtualized logical resource pool， which can simplify the management and improve the efficiency of data center operation and maintenance.

【Key words】Virtualization;Data Center;VMWare

0 前言

目前，信息化技术高速发展，服务器技术也不断的随之更新换代。传统模式下的数据中心管理已经逐渐不能适应新时代下对服务器的应用需求。越来越多的业务部署对服务器的性能提出了更高的要求，在传统数据中心管理下只能不断随之升级服务器硬件，增加了业务部署的成本。而实际使用中，单台物理服务器的资源利用率很低，使得服务器硬件资源的没有充分利用，运维管理的人力支出性价比极低。本文以四川旅游学院信息管理实验教学中心数据中心虚拟化改造为例，对虚拟化技术在类似服务器环境中的应用进行阐述。

1 虚拟化技术

拟化技术诞生很早，1959年6月hristopher Strachey就在其学术论文《Time Sharing in Large Fast Computers》中提出了该技术的理论。从技术应用普及角度来看，虚拟化技术经历了硬件管理集中化、硬件资源共享化、硬件负载均衡化及资源云端化四个发展历程。而针对于数据中心的虚拟化手段主要是将物理服务器资源转化为逻辑资源，池化后的服务器资源能够实现动态分配与管理。使得服务器硬件资源得到整合，硬件资源利用率得到提高，服务器的运维管理得到简化。图1为虚拟化前后服务器情况对比图。

2 主流企业级虚拟化技术对比

目前服务器虚拟化技术已经非常成熟，市场占有率高的主流有VMware的vSphere、Microsoft的Hyper-V与Citrix的XenServer。

vSphere本质上是以操作系统的形式部署，能够直接运行在裸金属服务器上。由于不需要底层宿主操作系统作支撑，使得服务器的可以将硬件资源尽可能的用于虚拟化，给虚拟服务器提供与物理服务器性能相差无几的性能。Hyper-V是依靠Windows Server操作系统开发而来，其运行环境需要依托Windows操作系统。由于Windows本身就会消耗掉一部分硬件资源，导致虚拟化性能打折。XenServer是源于名为Xen系统管理进程的开源技术，能够直接运行于物理服务器裸机，依靠介于物理服务器与虚拟主机之间的虚拟层以及虚拟机监控器实现虚拟化功能。

Hyper-V需要基于Windows操作系统运行，属于半虚拟化。而vSphere与XenServer都可以直接运行于裸机服务器，是真正意义上的完全虚拟化。但XenServer如果运行的物理服务器上搭载的CPU不支持VT技术，则只能处于半虚拟化模式。三种服务器虚拟化技术对比情况如表1所示：

3 部署与测试

3.1 虚拟化部署实现

在实施虚拟化部署前，可根据数据中心的实际情况，在内网中将需要虚拟化的物理服务器划分在一个独立的VLAN中，并针对各应用系统的使用情况，配置应用系统的内外网访问权限，以保证服务器网络的安全性。在完成网络设置后，可根据物理服务器的磁盘配置情况设置阵列，之后便可通过安装介质（光盘/U盘）进行VMware vSphere系统的安装。系统安装完成之后，界面会与引导安装系统是一样显示ESXI系统的版本信息以及物理服務器配置信息，敲击F2键，输入之前系统安装时设置的ROOT管理员密码即可进入后台对IP地址进行设置。配置完成后即可使用远程客户端对虚拟服务器进行管理，vSphere后台配置界面如图2所示。

虚拟服务器又被称为虚拟机。其在运行方式上与真实的服务器并没有什么不同，都搭载着不同的服务器系统与各类业务应用。每一台虚拟服务器的虚拟硬件都提供着与物理服务器硬件相同的功能，相比物理服务器，虚拟机的可移植性、安全性都更强，IT运维管理人员对虚拟服务器的管理更加便捷。

虚拟服务器的基本架构通常为两层，即虚拟化层与管理层。而在整个虚拟化系统框架中，每一台ESXI服务器作为一个平台存在，主要功能是把物理服务器硬件资源通过虚拟化手段整合现有资源，然后根据实际运行中的需求情况对资源进行再分配。而其客户端管理程序作为虚拟化管理层，通过连接至对应的服务器实现对ESXI主机中的虚拟服务器集中管理。

VMware vSphere Client作为平台管理的最主要接口软件，利用vSphere Client登录虚拟化后的地址即可进行管理。该软件拥有非常直观的界面，用户能够直接通过其内置向导新建虚拟服务器，也可通过界面显示的信息了解当前虚拟服务器的运行状态，处于启动还是挂起、关闭。除了C/S架构的客户端应用程序外，vSphere还提供有B/S架构的web管理端，其不需要额外安装应用程序的特点使得虚拟服务器的管理更加的便捷。VMWare vSphere官方也在逐步推进管理端从C/S架构向B/S架构的演进，目前最新版本的服务器虚拟化系统已经全部采用web客户端，不再提供传统C/S架构的应用程序。Web客户端可选择基于ADOBE FLEX框架或基于HTML5架构进行虚拟服务器的管理。Web客户端管理首页如图3所示。

在虚拟服务器日常使用与管理方面通常有两种方式，既可以通过直接连接单个VMware ESXI主机进行管理，也可以使用虚拟机管理客户端连接到VMware vCenter Server主机，通过vCenter平台实现对关联的所有VMware ESXI主机的集中管理。如果采用第一种方式，只能管理该VMware ESXI主机上的虚拟服务器及资源，如果采用第二种方式则能够同时管理分布在多台VMware ESXI主机上的所有虚拟服务器及资源。无疑在部署统一管理中心之后，采用第二种方式管理更加便捷，效率也更高，更加符合构建虚拟化数据中心的要求。

3.2 测试及评估

本文涉及数据中心虚拟化方法已在四川旅游学院上线使用。通过数月的测试，目前服务器运行稳定，提高了物理资源的利用率，降低了运维管理的工作量。性能测试方面，性能测试方面，为了检测虚拟化服务器在高并发访问量的情况下实际使用。以学生选课系统为例，每学期选修公选课时，选课系统服务器的的负载会很快达到峰值，从而造成因服务器无响应导致无法登录选课系统的现象，带来了很大的负面影响。性能测试时，主要采用模拟学生登录的方式，通过压力测试软件“LoadRunner”，加载虚拟并发连接用户进行访问测试，并观测“选课系统”在服务器虚拟化前后的响应时间以及对服务器资源的消耗情况。通过在物理服务器与虚拟服务器集群上分别进行测试，得到了服务器虚拟化前后的服务器响应、CPU使用率等信息，其中服务提供响应时间图4所示。

通过上诉测试结果，证实了该技术在应用性能上带来的改变。不仅是简单的整合物理服务器资源、提高物理服务器资源的利用率，更重要的是让服务器的性能变得更加的稳定，服务器应对并发连接数大的应用系统时，在不增加硬件配置的情况下能够提供更加均衡的服务体验，保证了该类应用的正常运行。

总的来说，通过服务器虚拟化技术起到了四方面的作用。第一，使每一台物理服务器的资源利用率得到了提高，池化后的服务器资源打破了传统物理服务器之间的硬件壁垒，多个业务系统能够共享多台物理服务器的硬件性能，避免了资源浪费的同时也提供了负载均衡的能力。第二，使数据中心管理人员的工作效率得到了提高，传统模式下的业务部署往往花费大量的时间成本，虚拟化后的业务部署可以同时对多台虚拟服务器进行操作，对于业务环境要求相似的服务器，还可以采取克隆的功能减少系统环境搭建的时间。第三，使业务系统的服务更加稳定可靠，虚拟化后的服务器资源能够实现负载均衡，同时在网络环境变化时需要做的迁移服务器操作不影响业務的访问，实现在线迁移。第四，使整个数据中心的运营成本得到了降低，虚拟化后，如需部署新业务，只要资源池有空余资源就不再需要购置新的物理服务器，减少了电力负荷，节省了物理空间的占用。

4 结束语

使用服务器虚拟化技术，构建虚拟化数据中心，能够使计算、存储及网络汇聚至虚拟资源池。实现了硬件资源及业务系统的负载均衡，提高了利用效率，简化了运维管理，保障了业务稳定，对数据中心的新建或改造方案有一定的参考意义。

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