服务器虚拟化全面了解

全面了解什么是服务器虚拟化

与过去相比，在服务器虚拟化技术方面，现在最大的不同就是参与者的队伍大大扩充了--从处理器层面的AMD和Intel到操作系统层面的微软的加入，从数量众多的第三方软件厂商的涌现到服务器系统厂商的高调，我们看到一个趋于完整的服务器虚拟化技术生态系统在逐渐形成。

“虚拟化正在从一个小市场向主流市场转变，尤其是在Microsoft进入该市场之后”，当微软宣布了其Virtual Server 2005计划之后，业有这样的评价。

在介绍微软的这个虚拟化项目的时候，几乎所有的媒体都做了这样的描述―与其他服务器虚拟化技术一样，Virtual Server 2005允许用户对服务器进行分区，以使这些服务器能够支持多个操作系统和应用。

在大多数人看来，虚拟化就是分区。实际上，我们认为这是对虚拟化技术的一种误解，所以有必要对这两者的关系进行进一步阐述。

虚拟化等于分区吗？

实际上，虚拟化技术可以通过两个方向来帮助服务器更加合理地分配资源，一种方向就是把一个物理的服务器虚拟成若干个独立的逻辑服务器，这个方向的典型代表就是分区；另一个方向，就是把若干个分散的物理服务器虚拟为一个大的逻辑服务器，这个方向的典型代表就是网格。

关于服务器虚拟化的概念，各个厂商有自己不同的定义，然而其核心思想是一致的，即它是一种方法，能够通过区分资源的优先次序并随时随地能将服务器资源分配给最需要它们的工作负载来简化管理和提高效率，从而减少为单个工作负载峰值而储备的资源。

根据我们目前看到的资料，所谓的这种方法，看上去就是分区。所以，很多人就理所当然地认为虚拟化技术就是分区技术。

实际上，分区与虚拟化技术是互补的，当它们结合使用时能发挥出最高的效率，但是两者之间的确是有区别的。分区能够将物理系统资源划分成多个不同、单独的部分，各部分彼此独立操作。通常，在物理资源与逻辑分区之间存在一一对应关系，以便创建“盒中盒”对等关系。如果没有进行分区，则所有物理部件都精确地各司其职。

最底层的力量

早在2005，英特尔就宣布了其初步完成的Vand erp ool技术外部架构规（EAS），并称该技术可帮助改进未来虚拟化解决方案。英特尔表示，将在2006年把Vanderpool应用于安腾架构平台，同时还计划在台式机处理器和芯片组产品中采用该技术。

相比之下，AMD在虚拟化技术方面下手更早。Pacifi ca技术规是AMD计划用于其64位产品中的虚拟化技术，该技术将用于基于x86架构的服务器、台式机和笔记本电脑等系列产品，“我们将进一步加快虚拟技术的开发步伐，增强虚拟化技术实力”，在去年底宣布Pacifica技术规的时候，AMD副总裁兼计算产品

部微处理器业务总经理Marty Seyer就曾经这样表态。

AMD表示，通过将Pacifica技术预先展示给虚拟化ISV和分析师团队，并通过持续的协作，最终可以在托管基于系统管理程序（hypervisor）的虚拟解决方案方面，向Pacifica用户提供更丰富的功能集和更高性能模型。“这将成为开发高级虚拟解决方案的基石”，Marty Seyer说。

从技术角度看，不论是Vanderpool技术外部架构规还是Pacifica技术规，它们强调的核心功能都是RISC处理器早就实现了分区功能，即基于该技术平台实现在独立分区中高效运行多个操作系统和应用程序，使一个计算机系统象多个“虚拟”系统一样运行。

微软的虚拟手笔

微软于2004年底宣布了其Virtual Server 2005计划。与其他服务器虚拟化技术一样，Virtual Server 2005允许用户对服务器进行分区，以使这些服务器能够支持多个操作系统和应用。计划于2005年面市的Virtual Server建立在去年年初时通过购买Connectix而获得的技术基础之上，该软件可以在Windows、Linux和Mac OS服务器及工作站上运行。

微软Windows部门副总裁Rob Short表示：“微软正与AMD和Intel等合作伙伴密切协作，以确保Windows平台的软件虚拟化解决方案能充分利用硬件技术提供的新功能。处理器虚拟化扩展是未来Windows平台上虚拟机解决方案的重要建筑模块。”

大家都知道，x86服务器可以通过VMWare软件来将一台服务器划分成若干个虚拟机。那么微软Virtual Server 2005与VMWare的虚拟化技术相比，有什么异同呢？很明确的一点是，Virtual Server 2005是基于Windows操作系统的，而VMWare则是一款准操作系统产品，与操作系统是完全独立的，这样带来的一个直接影响就是用户在使用Virtual Server 2005创建虚拟机时，必然会或多或少地占用CPU资源，可能在性能上与使用VMWare会有一些差异。另外，因为VMWare是独立于操作系统的，所以如果操作系统出现问题虚拟机应该不会受到影响，而使用Virtual Server 2005时，保证操作系统的稳定性则成为了保证虚拟机连续可用的一个重要因素。

先行者的新脚步

在服务器虚拟化技术方面走得比较靠前的应该是IBM和HP等服务器厂商。今年以来，这两家公司在虚拟化领域也非常积极，在最新的RISC架构服务器及最新版的操作系统中，都嵌入了虚拟化技术。

IBM的服务器虚拟套件

早在p690服务器和AIX 5L操作系统首次公布的时候，IBM就宣布在其动态逻辑分区（LPAR）技术的支持下，一个系统可独立的运行多个分区，每个分区运行独立的操作系统。这时候的分区，是以CPU为“颗粒”的。

到去年发布p5服务器时，IBM大旗鼓地扯出了虚拟技术的大旗。不过，与以前相比，在虚拟化技术的帮助下，IBM最新的微分区技术打破了分区上以CPU

为“颗粒”的限制，可以将单个CPU划分为10个微分区，从而创建和运行比物理处理器数量更多的分区。IBM 同时宣布，新版操作系统AIX 5.3可以支持1/10 CPU颗粒的微分区。

今年，IBM进一步拓展了其服务器虚拟技术的畴，推出了由操作系统、系统技术和系统服务三部分组成的服务器虚拟引擎。其中，操作系统涉及AIX、i5/OS、z/OS和Linux，其技术宗旨是单台服务器运行多种操作系统、在异构IT基础架构中以统一的方式实现资源的共享和管理以及管理非IBM操作系统平台；系统技术包括微分区、vLan、虚拟I/O、Hypervisor等；而系统服务则包括一个服务器系统服务套件和一个存储系统服务套间。在服务器系统服务套间中，包括硬件监督模块VE console虚拟引擎控制台，可以利用两个主要的功能模块Launchpad和Health Center，监控资源的健康状态、进行问题诊断和系统管理；另外还包括硬件管理模块IBM Direction Multiplatform（DCM）整合系统管理。

同时，IBM还推出了应用虚拟工具套件，包括应用监督模块Enterprise Workload Management企业负载管理器（EWLM），可以在异构环境下自动管理分布式企业级系统，根据业务优先级将IT服务分类，并设立相应的性能目标，并根据这些性能目标，提供端到端的性能分析和评估，通过分析，EWLM 自动按照应用拓扑调整网络路由。与EWLM相配合的是一个应用管理模块Tivoli Provisioning Manger（TPM），该模块与EWLM配合，可以实现系统部署和配置步骤的自动化，为IT系统的自动部署、资源分配和启用提供解决方案。HP的三层虚拟化

HP提供三个层次的虚拟化解决方案。其中，部件虚拟化可以优化不同类型IT资源的利用，如服务器、存储和网络资源，包括分区、集群、工作负载管理和应用虚拟化；集成虚拟化可以把优化多个部件的虚拟化方法结合在一起，自动调度资源满足服务水平协议（SLO），包括虚拟服务器环境、连续访问存储专用服务器等；而完全虚拟化可以优化所有异构资源、使得资源供应能够实时满足业务需求。HP-UX 下的分区连续技术能够把服务器划分成物理或逻辑独立的分区，为优化资源利用、提高服务器的可用性提供坚实的基础。

硬件分区（nPars）--HP nPars 是单个服务器中的硬件分区。nPars 根据服务器类型最多提供16 个硬件分区、完全的硬件和软件隔离能力以及在一个服务器上运行多个OS实例。

虚拟分区（vPars）--HP vPars 具有在一个系统或硬件分区实现执行多个OS 实例的独特特性。每个vPar 能够拥有规定的存量、一个或多个物理存区域、一个规定的CPU池、服务器一个或多个I/O 卡。vPars 能够使用软件命令动态地创立和修改。因此，每个应用能够在性能最大、OS配置要求得到满足的环境中运行。

资源分区--进程资源管理软件（PRM）能够动态地以多种方式把系统资源（CPU，存和磁盘I/O）分配给客户的应用，分配的方式可以是根据份额、百分比和处理器组（pSets）。pSets 允许在服务器上创立处理器组，而应用或用户可以被分配到在规定的pSet 上运行。

新势力崛起

在服务器虚拟化技术领域涌现了许多“新手”，我们在这里对其技术特征做一个简要介绍。

Leostream成立于2001年，是VMware的合作伙伴。该公司推出的产品是Virtual Machine Controller （VMC）。该软件旨在管理出自VMware和Microsoft的服务器虚拟化产品，它可以在基于Web的页面上显示每一个虚拟服务器。该公司的最新产品VMC SAN版本主要用于管理与SAN连接的虚拟服务器。

PlateSpin最近推出的软件允许自动地把Windows和Linux服务器在物理服务器与虚拟服务器之间来回切换。

SWsoft在实现服务器虚拟化上采取了不同的方法。它虚拟化操作系统，这样用户从一个安装的操作系统版本中可以创建操作系统的多个实例。有评价说，每一种实现虚拟化服务器的方式都存在自己的优缺点，像SWsoft那样的虚拟化，虽然不能在服务器上运行一个以上的操作系统，不过SWsoft可以利用一个主机操作系统创建很多不同的虚拟服务器，因此节省的费用更多，因为在每台服务器上只需购买一个操作系统的许可证，而不必为每台服务器购买多个操作系统的许可证。

虽然这些企业目前离中国用户还比较遥远，但是从他们的技术特征中，我们可以感受到虚拟化技术正方兴未艾，在我们明天的虚拟化实战演练中，也许就会用到这些技术。

LPAR

一个LPAR（逻辑分区logic partition），一种通过PR/SM （Processor Resource/System Manager，一种最近的大型机都具有的固件fireware特性）来实施的虚拟机。

在每个分区上，可以运行一个单独的镜像系统，并提供完全的软件隔离。这和UNIX操作系统上的domains 原理很相似，但IBM的方法更加细致，它允许所有的CPU和I/O子系统可以在逻辑分区间被共享。

PR/SM允许在单个系统上运行15个LPAR，每个（LPAR）拥有专有真实存储（dedicated real storage RAM）并且拥有专有或共享的CPU和通道。因为对性能影响最为重要的部分都是在CPU里完成的，所以（这样做）没有多少性能的损失。IBM已经宣称它准备在不久的将来把最高可支持的LPAR数目扩展到超过15个。

大型机系统得以长盛不衰的主要原因（特点）是：RAS，I/O处理能力以及ISA。现在, IBM也将LPAR技术应用到小型机中

环境: p-series

产品: AIX

版本: AIX 5L

LPAR是什么

简单说，逻辑分区（LPAR）就是将单台服务器划分成多个逻辑服务器，彼

此运行独立的应用程序。逻辑分区不同于物理分区（Physical Partitioning PPAR），物理分区是将物理的将资源组合形成分区，而逻辑分区则不需要考虑物理资源的界限。相对而言，逻辑分区具有更多的灵活性，可以在物理资源中自由的选择部件，这需要有比较好的保证，即最大化的使用系统资源，但又最小化不必要的资源再分配。在逻辑分区的环境下，如CPU、存和I/O都可以独立的分配给每个分区。逻辑分区的配置和管理是通过硬件管理控制台（Hardware Management Console）实现的。

对具有许多硬件资源的高端服务器而言，逻辑分区能提供许多好处，具体可以体现在以下几个方面：

1）合并服务器

当合并多套服务器成单台服务器时，可以减少系统的管理成本和物理成本，尽而减少总体成本。在此之前，运行于多台服务器的工作量，现在可以运行于单台服务器的不同分区上，可以只有一套硬件系统管理，而且也满足于现在的物理需求，空间、电源要求等等，只用考虑----仅仅一台机器。

2）同时运行生产和测试环境

同一服务器的不同分区可以彼此独立运行，可以在同一服务器的不同分区同时运行生产程序和测试程序。这可以保证让测试版本的应用程序平滑的过渡到生产应用，因为他们是在同一硬件平台上测试的，这就减少了仅仅为了测试的要求而增加额外的机器。生产和测试环境可以同时存在运行于同一台服务器而彼此没有接触。由于逻辑分区的存在，使几种不同的软件或者应用程序版本运行于同一

服务器成为可能。

3）合并统一操作系统的多套版本

从AIX 5L版本5.1开始，不同的AIX版本可以存在于同一硬件系统的不同逻辑分区上。系统提供的这种能力，可以安装不同的操作系统版本，从而满足不同的应用要求。也可以开发、测试和支持不同的版本的AIX，除AIX操作系统外，逻辑分区也支持Linux操作系统。

4）合并要求不同时区设置的应用

有许多应用程序依赖于系统时间，系统时间是由系统管理员设置的。支持不同区域操作的应用通常是运行在不同的操作系统实例上。即使应用程序本身可以管理不同的时区，但为计划中的维护和系统升级而不影响到区域操作，安排系统停机时间仍然是困难的。逻辑分区使多种区域的工作量合并到一台单一的服务器。

5）隔离应用程序

因为逻辑分区是完全彼此独立的，所以运行于不同分区的应用程序和工作负载不会彼此互相干扰。每一个分区的资源（CPU、存块和适配卡）仅仅归属于分区本身，如果一个分区的应用程序消耗了所有分配的资源，如CPU，仍然不会影响到运行于其他分区的应用，因为分区的资源是独立的。

6）灵活的工作量策略

对某些特定的工作负载或者应用可能会改变对资源的要求，对逻辑分区，只是简单的再申请需要的硬件资源到需要改变资源的分区而已。同非逻辑分区的服务器相比，显然这是很简单的，因为，这不需要硬件资源的升级来匹配这种资源的改变。

动态逻辑分区（DLPAR）是什么

在单台服务器上管理、协调工作量，逻辑分区给我们提供许多灵活性，因为我们可以将单台服务器划分成多台逻辑服务器，而且每台逻辑服务器都具有自己的资源，然而，逻辑分区也有些限制，如要增加或删除资源，必须停止逻辑分区的运行，然后重新引导分区。

动态逻辑分区，则消除了以上的局限，例如，AIX 5.2具有动态增加、删除资源的能力，可以动态的增加、删除CPU、存和适配卡，而不用重新启动机器。动态逻辑分区，具有逻辑分区的所有优点，又增加了动态改变系统资源使用的能力。

警惕服务器虚拟化的陷阱

谁都知道服务器虚拟化可提高服务器的利用率，带来灾难恢复的灵活性，削减成本，减少碳排放量。但一个公开的秘密是: 服务器虚拟化的采用者面临许多陷阱，虚拟化目标可能会因而化为泡影。比如，你可能会突然惊讶地意识到IT 员工对虚拟化毫无准备、需要培训; 也可能一开始就遇到了障碍，不知道至少要

花一个月才能了解服务器环境; 也可能很难腾出资金来承担隐性成本或者采购新设备。是的，服务器整合原本就有可能需要新服务器，就算你避开了上述陷阱，也可能被虚拟化技术厂商过于夸大性能的说法搞得不知所措。

理性认识虚拟化热潮

服务器虚拟化技术打破了物理系统与操作系统软件之间的紧密关系，允许一台物理服务器支持同时运行不同操作系统的多个虚拟服务器。比如，IBM已开始把3900台服务器的工作负载移到30台运行Linux的System z9大型机上。IBM预计通过这一措施将把能耗减少80%，节省200多万美元。还有，NetApp 公司通过虚拟化技术把343台服务器合并为177台，用10套新的存储系统取代了旧的50套系统。

的确，现在已不乏服务器虚拟化项目成功的案例，同时，这个市场显得越来越热闹。VMware由于产品备受好评，去年夏季通过公开发售股票筹到了近10亿美元。思杰公司在收购了服务器虚拟化厂商XenSource之后，已推出了XenServer 4.1。Gartner称虚拟化是“服务器领域将持续到2012年的最重要饿趋势”。

如今，微软打算凭借Hyper-V这种虚拟机管理程序（hypervisor）搅动虚拟化领域，它把Hyper-V做到了Windows Server 2008中。Hyper-V目前处于测试阶段，定于今年夏季推出，已经引起了测试人员的兴趣。还有，尽管Hyper-V缺乏VMware的企业级产品早就拥有的一些先进特性，但是，Hyper-V 被作为Windows Server 2008操作系统的一部分“免费”提供、微软把虚拟机

管理功能添加到其管理工具中的做法还是受到了欢迎。

抛开营销声势不说，服务器虚拟化实际上从根本上改变了数据中心的格局，但是任何重大转变都绝非易事。

别指望节约很多费用

服务器虚拟化出乎意料的一个地方是，许多人期望这项技术一开始就能节约大笔费用。实际上，虚拟化也可能要花更多的钱。这是因为服务器虚拟化需要两样东西: 共享存储与一些新的服务器，这些服务器要功能强、配置全，并预装AMD和英特尔等厂商提供的支持虚拟化技术的芯片。

就算你已经有了这些功能增强的服务器，也不一定能摆脱困境。因为服务器兼容问题制约了许多虚拟化项目。比如，在同一个VMware ESX集群中混合使用AMD和英特尔的平台时，就无法在不重新启动的情况下在两个平台之间转移虚拟机。

存储区域网络（SAN）也是如此。不是每个SAN都支持虚拟化环境。另外，现有的网络带宽可能无法满足数量日增的虚拟服务器的要求。这意味着可能最终要花钱购买新的服务器、交换机及其他技术设备。更糟的是，升级费用几乎会使停用服务器节省成本的优点荡然无存。

随着服务器虚拟化热潮日渐高涨，行业观察人士认为服务器市场会遇到大麻烦。毕竟，虚拟化技术可以把许多应用合并到数量较少的服务器上——最好是合并到现有服务器上。这只说对了一方面: Gartner公司认为虚拟化导致2006

年的X86服务器市场缩减了4%。事实上，有人认为，硬件的节省不像想像的那么明显，相反用户还要面临在虚拟服务器集群所需的硬件方面实行标准化的问题。

专家建议不要急于处理硬件标准化和服务器虚拟化这类问题，通常在服务器即将弃用时才着手处理。可先在打印服务器等非关键性领域进行尝试，然后推广到电子应用和企业数据库领域。

有经验的员工不足

IDG研究服务公司在去年底对464名参与者做了一项虚拟化体验方面的调查。44%的调查对象表示，缺乏足够的技能和培训是最大障碍，其次是软件许可问题、性能与扩展性方面的难题以及复杂性。

因此，别指望IT员工一开始就有办法解决虚拟化的所有问题。确定哪些服务器可进行虚拟化处理之前，至少要花一个月才能准确了解当前的服务器工作负载。如果是IT人手有限的小公司，可能还要花高价请顾问来进行容量规划。

小公司也可能没有了解SAN的员工，没有能力让思科交换机与VMware 复杂的虚拟网络堆栈紧密配合。虚拟化技术涉及网络、服务器配置及存储配置的许多方面，需要经验丰富的员工才能成功实施。

大企业要实施虚拟化也不轻松。让服务器、存储、业务连续性和安全等不同团队的许多人步调一致，这本身绝非易事，尤其是他们过去联系不是非常紧密。不过，所有这些人都要接受虚拟化方面的教育。比如，要是某个应用软件出现了

问题，管理员就要知道整个服务器集群中虚拟机的具体位置，免得重新启动服务器时无意中导致该服务器上的所有虚拟机停止运行。

性能提升不尽如人意

许多人满怀期望地采用服务器虚拟化，却发现性能提升并不明显。厂商宣传资料上的虚拟机基准是指在一台物理主机上运行一个虚拟机的性能。典型的生产环境却是每个物理主机上运行8到12个虚拟机，而且这还是保守估计。或有意或无意，厂商常常掩盖了像CPU核过度分配等问题，而这会拖累虚拟机管理程序的CPU调度程序，从而降低性能。

存是影响性能的另一大因素，对多线程应用软件进行虚拟化处理更是如此。一个操作系统上的多个线程不断试图刷新存时，虚拟机管理程序的影子页表（shadow page table）就会备份起来，结果就会出现延迟。对高度依赖存的应用软件而言，延迟会导致应用软件的响应迟缓，用户看到的就可能是连接超时中断。

业人士提醒说: “硬件辅助存是个解决办法，不过这也有风险。有些应用软件在使用硬件辅助存的虚拟化环境下运行效果较好，而有些应用软件在使用影子页表的情况下运行效果较好。”

性能平平会带来巨大影响。公司可能只好花更多的钱去买服务器。公司主管们可能要求: 重新为应用软件分配各自的服务器。

陷阱还不止这些。性能差强人意、员工缺乏准备以及隐性成本，这些只是采

用服务器虚拟化过程中面临的几个陷阱。考虑到虚拟机可从一台物理服务器迁移到另一台服务器，甚至迁移到便携式硬盘上，对虚拟机的行踪进行管理可能让人头疼。另外，还面临重大的安全风险，虚拟化环境下更容易出现因安全区域缺乏完全隔离而导致的审计失败。

此外，还存在虚拟服务器蔓延这种威胁，因为新的应用软件易于在虚拟化环境下安装及运行。

当然，服务器虚拟化面临的众多陷阱阻止不了人们采用这项技术。毕竟，如果实施得当，这项技术是可以给用户带来丰厚的回报的。但若能早些知道如何识别及避免这些陷阱，就能减轻项目难度，回报也会大得多。