服务器虚拟化技术综述

服务器虚拟化技术综述

当前，虚拟化技术的优势已经得到了业界的普遍认可，虚拟化技术所具备的提高资源利用率和节能环保的特性也得到了越来越多高性能计算机用户的青睐，虚拟化技术的普及和推广成为信息化技术发展的必然趋势。

主要是三个方面的因素使虚拟化技术迅速走向成熟。首先，信息化产业的快速发展使得服务器硬件技术有了巨大进步；其次，高端服务器所承载的软件应用环境已经逐步发展成熟；第三，也是最重要的一点，由于服务器技术的快速发展以及信息化产业发展对于数据中心的规模要求越来越高，导致数据中心面临着越来越严重的发展瓶颈，而虚拟化由于具有提高资源利用率以及节能环保、可进行大规模数据整合等特点，而成为信息化技术发展的又一项具有战略意义的新技术。

一、基本概念

当我们尝试着理解虚拟技术时，首先必须要理解“虚拟”的概念。“虚拟”这个词最早来源于光学，用于理解镜子里的物体。现在，“虚拟”这个词已经经过演化，用来描述任何真实物体的模拟了，例如分区、虚拟机、虚拟内存、虚拟磁盘和虚拟现实。在讨论虚拟技术的时候，使用“虚拟”这个词，是因为我们希望虚拟机看起来和工作起来都和真正的机器一模一样。这意味着，虚拟机并不是真正的机器，但是它能像真正的机器一模一样地工作。

将这个概念应用到计算机系统中可以让不同用户看到不同的单个系统（例如，一台计算机可以同时运行Linux 和Microsoft Windows）。这通常称为全虚拟化（full virtualization）。

虚拟化也可以使用更加复杂的格式，其中单个计算机看上去具有多个架构（对于一个用户来说，它是一个标准的x86 平台；对于另外一个用户来说，它是IBM Power PC平台）。这种虚拟化形式通常被称为硬件仿真。

最后，更加简单的一种虚拟化是操作系统虚拟化，其中一台计算机可以运

行相同类型的多个操作系统。这种虚拟化可以将一个操作系统的多个服务器隔离开来（这意味着全都必须使用相同类型和版本的操作系统）。

实际上，从原理上看，所有虚拟技术虚拟的是指令集。所有的IT设备，不管是PC、服务器还是存储，都有一个共同点：它们被设计用来完成一组特定的指令。这些指令组成一个指令集。对于虚拟技术而言，“虚拟”实际上就是指的这些指令集。虚拟机有许多不同的类型，但是它们有一个共同的主题就是模拟一个指令集的概念。每个虚拟机都有一个用户可以访问的指令集。虚拟机把这些虚拟指令“映射”到计算机的实际指令集。

目前所能看到的硬分区、软分区、逻辑分区、Solaris Container、VMware、Xen、微软Virtual Server2005等这些虚拟技术，都是同样的技术原理，只是虚拟指令集所处的位置不同而已。

二、虚拟技术分类

按照虚拟层所处位置的不同，目前所有的虚拟技术大致可以分为硬件虚拟、逻辑虚拟、软件虚拟和应用虚拟四种类型。

逻辑虚拟模式

最早的虚拟模式当然是源自IBM大型主机的逻辑分区技术，这种技术的主要特点是，在IBM的大型主机中，每一个虚拟机都是一台真正机器的完整拷贝，只是内存少了点。根据这一概念，一个功能强大的大型主机可以被分割成许多虚拟机。这些虚拟机仅比原来的主机少一点内存资源而已。这一虚拟模式后来被业界广泛借鉴，包括HP vPAR、VMware ESX Server和Xen在内的虚拟技术都是这样的工作原理。

在逻辑虚拟模型中，虚拟机操作系统是整个IBM虚拟机体系结构的“大脑”，包括操作系统和硬件在内的整个系统被称作虚拟机系统（VM System）。每个虚拟机系统都被一个叫做控制程序的程序控制。控制程序除了管理实际的物理硬件，还要为每个系统用户创建一个虚拟机，这种虚拟机是System /370或System /390系统的全真模拟。IBM虚拟机概念的重点在于：每个用户都可以在他们的

虚拟机上运行程序、存储数据，甚至虚拟机崩溃也不会影响系统本身和其他的系统用户。所以，IBM虚拟机模型不仅允许资源共享，而且实现了系统资源的保护。在大型主机上，用户可以选择Basic Mode（基本模式）、Logical Partition（逻辑分区方式）和z/VM（Z虚拟机方式）三种模式来配置系统。

在上述模型中，虚拟控制程序以固件形式直接运行在主机硬件层之上，位于操作系统之下，是虚拟机系统中最重要的一部分。控制程序要管理系统硬件，包括启动和关机在内的系统支持任务，以及请求的排队和执行。同时控制程序还要管理每个虚拟机的编程特征和每个虚拟机的建立和维护。

当IBM在2001年把大型主机上的VM System向下迁移到p系列和i系列上时，将虚拟控制程序称之为“Hypervisor”，并先后实现了逻辑分区与动态逻辑分区。

由于IBM p系列的设计思想是共享式的，即所有CPU可以同等地看到所有的内存和I/O的连接方式，即一种为数据／指令流提供足够的高速通路的体系结构。在p系列上，Hypervisor能看到所有的真实资源（CPU、内存和I/O卡），并且通过一个控制台（HMC）来管理逻辑分区。通过HMC将上述提到的资源定义到不同的逻辑分区中去，每个逻辑分区所需的最小资源是1/10个CPU（在2004年8月发布的AIX 5L v5.3上实现了1/10个CPU级别的分区粒度，以及1/100个CPU的微调量）、1GB内存和一个PCI插槽。

而且IBM有意将逻辑分区技术进一步下移。2005年第四季度，IBM发布了虚拟I/O服务器，其目的就是让没有配置HMC的1～2路低端p系列和i系列用户，可以通过虚拟I/O的一个组件IVM（IBM Virtual Machine），实现简化后的HMC控制台功能。

IBM将在2006年内宣布一项突破性的虚拟技术，届时，IBM的虚拟层管理工具将能对本地服务器群的所有计算资源进行虚拟—类似于Grid的概念，但要点在于用户可以从全局角度出发，对计算资源和业务系统进行精确的配置。

硬件虚拟模式

硬件虚拟技术是随着Unix服务器的发展而出现的。实际上，在Unix服务器上，不少厂商和用户习惯于将电气级的虚拟技术称为硬分区（或物理分区），而把通过软件或固件实现的逻辑分区技术则称之为软分区。但无论如何称呼，实际上逻辑虚拟模式和硬件虚拟模式的共同点是与应用所在的操作系统无关，只与系统硬件相关。

那么，它们之间的区别在哪里？先看看硬件虚拟模式。HP和Sun等厂商在Unix服务器上采用的是MBB（Modular Building Block）架构。MBB由多个BB （Building Block）构成，Sun称之为Board，HP称之为Cell。每个BB可包含4路CPU、若干内存和I/O卡。不同BB内的CPU可以有不同的时钟频率。所有的BB通过一种称为Crossbar Switch的交换机制连接在一起。采用MBB技术可以比较容易地设计出拥有更多数量CPU的服务器。在这种服务器上既可以运行一个操作系统，也可以在一个或多个BB上运行多个操作系统。这就是服务器的硬分区。

基于MBB技术的服务器是由多个BB构成的，所以具有物理分区的特性：

即可以热插拔CPU板和内存板。这是因为每一个BB是物理分开的，每个4路CPU板可以单独从系统中隔离出来并将其下电。

再来看逻辑虚拟模式。IBM没有采用MBB的设计结构，所以在p系列服务器上不支持硬分区。由于IBM没用采用Crossbar Switch技术做CPU之间的连接，它不允许不同主频的CPU共存在同一台机器内。而MBB结构的服务器则允许这样做，但要求Crossbar Switch工作在相同的带宽上（MBB之间的连接带宽恒定）。

比较而言，硬件虚拟模式的优点无疑是100％的隔离度和安全性，不占用任何系统资源。缺点是操作相对复杂，最小操作粒度是1颗CPU，而且在进行分区资源变更的时候，移出CPU的分区需要重启操作系统。

逻辑虚拟模式的优点是配置灵活，操作相对简单而且分区粒度可达1/20个CPU，资源变更时无需重启系统，甚至无需重启应用。但相对硬件虚拟模式而言，逻辑虚拟模式会占用一定比例的系统资源。目前大型主机的虚拟效率一般在95%以上，虚拟化损耗大约为2%~3%；AIX和HP-UX上的虚拟效率在90％以上，虚拟化损耗约为5％；而x86架构上的虚拟效率则在80%左右，虚拟化损耗大约为20%。

目前Intel和AMD也开始了对硬件级虚拟技术的关注，例如Intel和AMD 已经推出采用Intel Virtual Machine Monitor和AMD Pacifica虚拟技术的处理器，它们将更好地支持VMware ESX Server和Xen这样的虚拟机软件。

软件虚拟和应用虚拟模式

软件虚拟模式和应用虚拟模式在原理上也比较相似，虚拟层软件都需要运行在一个主操作系统上，而与系统硬件并不相关。二者的不同之处在于，前者在虚拟层上运行客户操作系统（因而被称为虚拟机），而后者则在虚拟层上运行应用软件域。

软件虚拟模式最为普通用户熟悉，例如最近几年颇为火热的VMware GSX Server和微软Virtual Server2005就是最广为人知的虚拟机产品。虚拟机技术是通

过虚拟机软件来创建一个完整的系统环境，在这个软件生成的系统环境下可以运行各种服务器应用软件。由于虚拟机本身也是一个在OS上运行的应用，所以在一台物理服务器上可以运行很多个虚拟机，每个虚拟机内可以独立运行其应用，在虚拟机内运行的应用好像是在自己专有的一套OS环境下，这样应用就通过虚拟机相互隔离。虚拟机可以通过虚拟I/O来共享物理I/O设备，而不必配备专用的I/O设备如网卡等。

而应用虚拟模型出现的时间最晚，如Sun在Solaris 10里提供的Solaris Container（也叫N1 Grid Container），号称可以让每个Solaris 10 创建多达8192 个安全、无故障软件分区。这种模式无疑可以提高单一系统的资源利用率，在一个操作系统上实现系统资源的高利用率，只要用户的硬件足够强大，可以把众多业务系统运行在独立的动态系统域（Zone）里。

需要说明的是，上述四种模式并非割裂的关系，可以混合使用。惠普于2005年初发布的HP-UX 11i v2，在这个版本上惠普提出了HP VSE（Virtual Server Environment）体系，这一体系包括基于硬件的nPAR技术、逻辑虚拟模式下的vPAR、软件虚拟模式下的HP Virtual Machine和应用虚拟模式下的HP Resource Partition 技术。HP VSE体系与其他虚拟技术的不同在于设定阈值时的人性化设计。其他虚拟机管理工具在设定计算资源变更阈值时，通常是对CPU占用率这一指标进行设定，例如某应用令分区内CPU有80％以上的负载，则调用其他分区的闲置CPU资源。但问题在于，如果用户不知道一个应用对CPU的负载有多大的时候怎么办？从惠普提供的HP VSE演示Flash看到，用户的确可以针对应用指标设定阈值，例如在设定Web服务器时，可以设定Http连接数超过1000时调用计算资源，Http连接低于200时主动释放计算资源。

三、虚拟化技术发展现状

当前，随着从处理器层面的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，可以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。

AMD和Intel的积极参与，第一次将虚拟化技术推向了x86架构的处理器层面，这个改变之所以具有历史性的意义，是因为此前处理器层面的虚拟技术似乎是RISC处理器的“专利”，而一旦Intel和AMD的承诺兑现，操作系统层面的虚拟化技术得到处理器的配合和支持后，相信才会使更多用户真正享受到虚拟化技术带来的服务器资源利用率的提升。

另一方面，微软高调推出Virtual Server 2005，意味着这个x86架构服务器操作系统领域的巨人也意识到了虚拟化技术的重要性，这也是市场需求逐渐高涨的一个反射。同时，一大批专注于服务器虚拟化管理技术和应用技术的“小厂商”的崛起，使虚拟化市场在看上去更加繁荣的同时，也带来了更多的选择和工具。

英特尔在安腾架构平台、台式机处理器和芯片组等产品已经或将要采用可帮助改进未来虚拟化解决方案的Vanderpool技术外部架构规范（EAS）。

AMD则将用于其64位产品中的虚拟化技术Pacifica技术规范，逐步用于基于x86架构的服务器、台式机和笔记本电脑等系列产品。

从技术角度看，不论是Vanderpool技术外部架构规范还是Pacifica技术规范，它们强调的核心功能都是RISC处理器早就实现了的分区功能，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。

与其他服务器虚拟化技术一样，微软的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。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。

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。

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。

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，一个系统内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。

在发布p5服务器时，IBM大张旗鼓地扯出了虚拟技术的大旗。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范畴，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内运行多种操作系统、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内实现执行多个OS实例的独特特性。每个vPar 能够拥有规定的内存量、一个或多个物理内存区域、一个规定的CPU池、服务器内一个或多个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, 内存和磁盘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。

四、应用案例

中科院物理所量子模拟科学中心（量子中心）于2002年底定购了两台满配32颗Power4的IBM p690服务器，一台用于后台作业运算，一台作为登录节点和交互作业运算。但到了2003年9月，由于研究所的科研项目和学生迅速增加，交互作业节点作业拥挤，导致整机效率下降。采用逻辑分区的技术，将登录节点

机划分为8/24两个分区，8颗CPU的分区用于节点登录，另24颗CPU用于后台作业。但这样做仍然存在问题，因为8颗CPU又不够交互作业使用，由于科研项目运行的并行程序众多, 其中有学生们自行编写或修改自开放源码，难以避免多数子作业运行完毕，而少数子作业还在运算的情况，这样就会出现计算能力的浪费。如果用逻辑分区把分区细分，又会出现某些项目在细分区上无法计算的情况——分区资源变更又浪费时间。

2003年10月，IBM发布了AIX 5L v5.2，随后以动态逻辑分区的方式配置了5个动态分区，高峰时每个研究组各占20％的资源，但闲暇时则每个分区都能调用所有的计算资源，这样，既做到资源的合理分配，又做到了资源的充分利用，这一问题最终得到了圆满解决。

2005年，国内某用户采购了1台配置32颗安腾2处理器的（其中16颗为待激活状态）HP Integrity Superdome服务器，系统先以硬分区技术划分为两个物理分区，然后每个物理分区用vPAR和HP Virtual Machine技术划分为三类逻辑分区，分别运行社保交易服务器、BEA Weblogic应用服务器、Oracle数据库服务器，分别运行在HP-UX和Linux平台上，统一以HP Workload Management管理。这样，当日常白天医保交易繁忙时，可将数据库服务器分区的计算资源调配

到社保交易分区，晚上进行批处理业务的时候再调配；而在月末各分区的业务都繁忙时，以iCOD（按需扩容）或TiCOD（购买待激活CPU若干小时的点卡）的方式，将待激活CPU临时调配到各个分区。这样，用户既获得了足够的计算资源和安全性，但又只需较低的成本，保证了投资回报率。

中国人民银行清算总中心2002年时购买了两台配置8颗1.1GHz Power4处理器的IBM eServer p690服务器，当时按照4/2/2的方式划分为了三个逻辑分区，但通过压力测试发现第一个分区负载较小，反而是第二个分区经常过载，于是将分区调整为2/4/2的配置，解决了这个问题。

国家气象中心于2004年采购的IBM eServer p655集群，以3200颗1.7GHz 的Power4＋处理器实现了10.31TeraFlops/s的Linpack性能。但并没有采用任何分区和虚拟技术。原因就在于气象行业应用软件的特殊性上。气象预报主要采用的短期和中期预报，大都采用将预测区域划分为近似正方的栅格（边长越小预报越精确），然后用各种计算模型（如MM5或GRAPES等）进行运算。虽然气象中心集群的性能是国内目前最强大的，系统的满载率也接近60％（7×24×365），但如果是24小时的短期预报，目前一般在3～4小时内得出结果；而中期预报（10天，30公里）则大概需要5～6小时，这一速度虽然比以前快很多，但还算不上

完美——也就是说，目前的整个系统跑生产系统没问题，但富余的资源并不多。像气象中心这样对计算资源需求永无止境的行业，恐怕是很难体验到虚拟技术的好处的。

除了气象预报和石油物探这样对计算资源需求永无止境的高端领域，低端应用当然也不需要用到虚拟技术，倒不是没这样的需求，而是因为通常前端应用的硬件平台性能还不够好，即使是一个勇于尝试的IT主管，也不会轻易在一台单路至强服务器上用VMware GSX Server虚拟出若干Linux和Windows操作系统，把公司的邮件、Web和文件服务整合到一台机器上。

基于南京师范大学现有校园信息系统平台面临的挑战，Fujitsu（富士通）通过统一的硬件平台和先进的虚拟化技术，设计了基于高端的FUJITSU PRIMEPOWER UNIX服务器的系统整合平台解决方案。通过其FUJITSU PRIMEPOWER1500 高端服务器的XPAR分区资源虚拟化技术，使一台服务器最多可以作为15台服务器使用，并实现了各分区之间的资源能够动态重新配置系统资源的模式。与此同时，Fujitsu（富士通）解决方案还进一步结合了自身的FUJITSU ETERNUS企业存储系统和PRIMECLUSTER企业集群软件，实现了数据集中和高可靠系统的完善IT基础设施。

在南京师范大学数字化校园的改造方案中，为了解决大量存在的独立应用

所造成的信息孤岛这一首要问题，Fujitsu（富士通）采用了FUJITSU PRIMEPOWER450服务器作为了整个数字化校园的HTTP服务器，并将应用服务器和数据库服务器整合在一台FUJITSU PRIMEPOWER1500服务器上，从而使整个系统架构更加合理。

与此同时，为了确保硬件资源的合理利用，Fujitsu（富士通）解决方案将FUJITSU PRIMEPOWER1500服务器划分为4个物理分区。其中两个分区作为数据库服务器，分机房FUJITSU PRIMEPOWER900上的两个分区做集群，主机房为正式服务器，分机房为备用服务器。另两个分区则作为认证服务器和目录服务器，即FUJITSU PRIMEPOWER900上的两个分区分别做集群，两机房均为备用服务器。通过有效的资源虚拟化策略，使这四个分区分别和主机房的分区做集群，实现了各种应用的流畅传递和共享，彻底实现了对硬件资源的合理配置和利用。

为了实现信息资源更充分的利用和共享，该解决方案将后端数据全部存放在Fujitsu（富士通）企业级磁盘阵列FUJITSU ETERNUS3000 M300上。值得一提的是，为了确保数据的安全，Fujitsu（富士通）提供的解决策略在分机房采用了FUJITSU ETERNUS 4000 M300产品作为数据容灾存储系统，并在分别处于两栋楼的主机房和分机房之间采用了FUJITSU ETERNUS SF ACM来实现远程灾备，确保数据无论处于何种状态都万无一失。

在该项目中，正是以Fujitsu(富士通) 卓越的IT基础架构平台为支撑，并通过Fujitsu（富士通）独特的资源虚拟化技术的有效利用，使得原来动态地共享昂贵资源成为现实，从而有效地降低了成本。帮助南京师范大学数字化校园体系彻底解决了困扰以久的难于管理、硬件资源浪费以及信息无法共享的诸多难题，并为未来系统的升级拓展做好了铺垫。

五、虚拟化需要考虑的因素

随着服务器虚拟化的普及应用，人们可能会产生这种想法：我们应用了它，它就能够带来好处。抱有这种想法是十分危险的，因为绝大多数的虚拟化用户并不确定他们的虚拟化项目是否成功。虚拟化项目与企业目前正在实施的其他大型IT项目不同：虚拟化项目需要谨慎地计划、树立明确的目标以及可靠地执行才能真正发挥虚拟化技术的优势。实施虚拟化需要考虑以下因素：

1、性能

为什么处理损耗如此重要？因为它影响应用程序的性能，并最终影响终端客户的满意程度。如果虚拟化基础架构的处理损耗较高，那只能运行非产品级或不太重要的应用服务。由于产品不同，虚拟化解决方案的处理损耗从1%到最多60%。虚拟化的应用程序的运行效率差异很大，有的能够做到接近原始物理环境下运行的效率，有的则低劣到终端用户所难以接受的程度。同一虚拟化技术路线的不同产品性能也有很大差异，但通常来说，虚拟化硬件会造成较大的性能损耗，但操作系统虚拟化性能损耗极低，几乎可以忽略不计。

2、管理工具

许多组织采用虚拟化项目是因为他们可以降低硬件成本，因为这些数据中心的硬件仅有15%—20%的利用率。虽然硬件和环境的成本本身已经相当可观，但管理成本中更大的部分仍然是来自于服务器的管理成本。管理性任务包括操作系统和应用程序更新、打补丁、备份、安装、开通和应用管理等等。因此对于虚拟化基础设施的管理而言，管理工具就更加重要，只有很好地进行资源的管理和监控才能真正做到有效地利用虚拟服务器的资源。

每种虚拟化解决方案能提供的管理工具都很不相同。一些虚拟化解决方案几乎没有什么管理工具，而且使用非常受限制。某些特定的虚拟化解决方案提供很多优秀的工具集，并和产品放在一起以优惠价打包促销。但某些工具却非常的贵，常常是按可选择的产品组件的价格进行销售。

将物理服务器迁移到虚拟服务器是非常复杂的工作，以至于经常令管理人员望而却步，特别涉及到企业的关键业务系统时更是如此。大多数虚拟化软件厂商提供迁移工具，而且某些厂商不仅提供从物理服务器到虚拟服务器的迁移工具，他们还提供虚拟环境间甚至从虚拟服务器迁移到物理服务器的迁移工具。在物理服务器到虚拟服务器的迁移过程中，预估物理服务器的资源使用率趋势并以此为基础配置够用的虚拟服务器是非常重要的，其重要性甚至要高于将数据迁移到可靠的虚拟服务器时的要求。仅有非常有限的P2V(Physical to Virtual的简称)工具具有预估资源使用趋势的能力。

3、平台支持

虚拟化技术将虚拟服务器从其下的硬件中抽象出来，但这并不意味着虚拟基础结构可以支持任何硬件。需要特别注意的是，硬件虚拟化和并行虚拟化必须支持从cpu芯片到显卡等计算机的所有硬件。而操作系统虚拟化技术建立在标准的操作系统之上，因此自然而然的支持操作系统支持的所有硬件，所以操作系统虚拟化产品部署过程更容易。某些虚拟化技术除了支持基本的硬件，还有充分利用所有硬件的能力，包括支持SMP、64位处理器，直到16路CPU和64GB的内存。

4、迁移

虚拟化技术将虚拟服务器从硬件中抽象出来，这样做最大好处是虚拟服务器可以在不同物理服务器中来回迁移。迁移能力允许将虚拟服务器克隆出来，或从一台物理服务器迁移到另外一台。迁移的好处包括：

?消除由于硬件升级或出现问题时造成的宕机时间

?避免软件更新时的宕机时间

?可以按需求将虚拟服务器迁移到更强或更弱的服务器上

许多虚拟化解决方案拥有克隆或迁移能力，但他们在软件功能、限制和成本方面有相当大的差异。高端的零宕机解决方案迁移成本极高且需要SAN集中存储设备的支持，而迁移作为Virtuozzo虚拟化操作系统软件的基本功能，提供了另外一种可以在任何联网的服务器之间进行的低成本零宕机迁移解决方案。在做服务器迁移时，您需要评估迁移的重要性，明确怎样迁移才能更适应您的企业应用环境。

5、资源管理

各种不同的虚拟化技术对服务器资源分配采用不同的处理方式。硬件虚拟化技术和并行虚拟化技术将虚拟出的硬件资源分配给不同的虚拟服务器使用。这两种技术在分配和更换硬件资源方面的灵活性有所不同。某些资源是动态的可以实时更新，而其他资源可能需要重起服务器或至少中断虚拟服务器。实际上这两种技术为虚拟服务器分配的是虚拟资源，虚拟的资源会有很多的限制，比如可以用于分配的CPU和内存资源总是有限的。

操作系统虚拟化对资源的管理是非常灵活的，允许在不中断应用服务或虚拟服务器情况下实时更新资源。特别需要指出的是SWsoft的Virtuozzo允许任何临时需要更多资源的虚拟服务器猝发性使用服务器中未被占用的资源。

6、隔离和安全

对于隔离和安全问题，每种虚拟化技术的处理方式都不同。虚拟化解决方案最基本的组件就是分区。所有虚拟计算机必须完全的隔离，这样进程、动态连接库及应用程序才不会影响同一台服务器的其他虚拟服务器上的应用。

相对于普通服务器，由于虚拟化技术改变了访问节点和不同的组件，所以不太可能对于虚拟服务器的实施常规性攻击。同隔离一样，对于同一台物理服务器上的两个虚拟服务器来说，彼此之间的安全同样重要。

每种技术在处理隔离和安全问题时采用不同的方式，除了XEN和Solaris Container外，已经有大量的客户对现有的虚拟化技术作了广泛的试验确保这些技术隔离和安全的级别是可靠的。

7、服务器利用率

许多客户采用虚拟化项目是因为服务器的使用率经常只有15%—50%。提升服务器的利用率可以显著降低数据中心的资源总拥有成本。在服务器合并项目中主要考虑的成本因素有数据中心的存储、电力和年复一年的硬件维护成本。

在评估不同虚拟化解决方案的资源利用率时，需要考虑在一台物理服务器上能够运行的虚拟服务器的数量限制。尽管所有的虚拟化技术对虚拟服务器的数量都没有限制，但在过去由于过高的额外损耗，根本就不能支持更多的虚拟服务器数量。

操作系统虚拟化技术在处理服务器利用率方面有着得天独厚的优势。操作系统虚拟化技术在一台物理服务器上没有限制虚拟服务器的数量，高效的架构使得在单个服务服务器上在硬件条件允许的情况下可以支持更多的虚拟服务器，这无疑极大的提高了服务器的实际使用率，同时最大化服务器的性价比和投资回报率。

8、开通效率

在2005年，Ideas International公司完成了一项针对服务器虚拟化的研究。这一研究的主要目的是研究回顾选择服务器虚拟化项目的原因是否和实际从该项目中获益的结果是一致的。研究人员惊奇的发现，最意想不到的好处居然是在服务器开通方面节约了大量时间。

每个虚拟化解决方案的服务器开通能力是不同的。某些解决方案提供了模板和预先设置工具或定制配置提前缩短了开通时间。不同处理方法的开通时间从30秒到1小时有很大的差别。与独立服务器来比，虚拟服务器急剧的缩短了服务器的开通时间。

9、预期的虚拟化部署

排名前3位的服务器虚拟化部署情景分别是：测试和研发，服务器合并和灾难恢复。

排名第一位的部署情景是测试和研发项目，因为研发人员需要使用许多不同的操作系统环境，这使得相关成本的很难估计。研发组织需要不同的操作系统，较好的选择是硬件虚拟化。Paravirtualization计划支持多操作系统，但却迟迟没

有发布相关功能。SWsoft的Linux版Virtuozzo同样支持在一台服务器上运行同一版本内核的不同Linux发布版本的虚拟服务器。对于需要快速创建大量服务器来进行压力测试的组织来说大多数虚拟化技术已经够用，但有的虚拟化技术可以更快地开通服务器。

服务器合并(涉及到现有应用或新应用)通常发生在支持在线应用和数据的生产型服务器中。服务器合并需要考虑的两个因素是处理损耗和服务器利用率。对服务器合并来说最好的解决方案是操作系统虚拟化，因为操作系统虚拟化拥有更低的服务器损耗，因此能够显著的提升服务器的利用率。

灾难恢复解决方案是一个非常常见的服务器虚拟化部署方案。许多组织发现允许实时访问和提供冗余系统的灾难恢复方案是极其昂贵的。由于服务器虚拟化可以被激活、重起且可在限定的时间内创建重要服务器，所以服务器虚拟化在短时间内快速成为经济高效且具有更高管理性能的灾难恢复解决方案之一。

10、总拥有成本

最后一个需要考虑的因素是对比每种虚拟化技术的总拥有成本。具有更多的功能和管理工具的解决方案价格也会更高。有的厂商要求为附加的功能和管理工具付费，这就使比较各种虚拟化技术的总拥有成本变得更加困难。其他软件厂商将主要的管理工具和其他附加功能作为基本的管理组件或服务器产品组件。考虑到基本产品所提供的性能和功能，再来进行总体拥有成本的比较，用户会惊奇的发现各种解决方案能提供的价值具有显著的差别。

六、虚拟化环境的保护

虚拟化技术可以给IT用户带来诸多好处：提高服务器整合和利用率、降低资金和操作成本、以及提高操作灵活性以满足业务需要等等。但是虚拟化技术也可能带来许多意想不到的问题，其中之一就是虚拟化技术大大提高了对高可用性的要求。因为服务器整合可能会导致一台单点上运行多应用的服务器发生故障，同时增加了宕机的可能性。

目前虚拟化技术的用途比较广泛，尤其保护应用在计划的当机时间内不发