X86刀片机及其虚拟化技术在电信企业IT系统中的应用研究

摘要　文章提出了一种在电信企业IT系统中引入X86刀片机及其虚拟化技术的策略及步骤。首先通过X86主机与传统机架式服务器、小型机的对比分析，总结了X86刀片机的优势及适宜引入的领域。然后对主流X86虚拟化技术进行了分析，给出了在电信企业IT系统中引入X86刀片机虚拟化的策略，并进行了试点部署，测试验证X86刀片机虚拟化的实际效果。最后从经济效益方面分析采用X86刀片机及其虚拟化技术对电信IT系统的影响。

关键词　云计算　X86刀片机　主机虚拟化　引入策略　效益

1　引言

随着国内电信运营商各种业务的快速发展，IT系统基础设施面临的压力持续增长，烟囱式的系统建设方式导致系统资源无法共享，系统上线周期长，业务需求响应慢；在生产中，系统负载严重不均衡，整体资源利用率低，运维成本居高不下；同时，异构设备环境下存在软硬件绑定、设备非标准化、兼容性差等问题。

云计算技术基于标准化的软硬件架构和接口可实现大规模集群，同时通过主机、存储等虚拟化技术建立跨系统的共享资源池，提供资源的动态分配，具有高可靠性的处理能力，可有效提升系统资源利用率，大大降低系统的管理难度，成为低成本、高效率IT系统的必然选择。X86刀片机以其高密度、可分布式的计算能力，单位空间更低的功耗和成本，逐渐成为云计算架构的基础平台。

X8623片机优点众多，但也存在可靠性较低的问题，如何扬长避短在电信运营商各类IT系统中进行有效应用?虚拟化软件可以有效提升X86刀片机的可靠性和可维护性，但软件的价格昂贵，如果平衡软件投资和收益?这些问题成为国内电信运营商当前关注的焦点。本文从以上问题出发，重点对将X86刀片机及其虚拟化引入电信IT系统的策略进行阐述。

2　X86刀片机及其虚拟化概述

2.1X86刀片机介绍

刀片机是一种高可用的服务器平台，可由多块“刀片”组成，其中每一块“刀片”就是一个独立的服务器，可使用系统软件将这些“刀片”集合成服务器集群。在集群模式下，所有的“刀片”可以连接起来提供高速的网络环境，支持热插拔，可共享资源，为共同的用户群服务。刀片机具有高密度计算、低功耗、低成本的优势，能有效地节约机房空间。同时，刀片机采用集中管理的方式，适合构造集群服务器，减少维护费用。

2.2X86主机虚拟化概念

主机虚拟化指在物理服务器基础上构建一个虚拟化层，模拟多个相互独立的虚拟服务器，从而将CPU、内存、I／O等服务器物理资源转化为一组统一管理、可灵活调度、动态分配的逻辑资源。

X86主机采用底层硬件模拟技术实现虚拟化，利用虚拟机为上层操作系统提供虚拟的运行环境，所有应用在虚拟机上运行。X86主机虚拟化的实现方式分为以下四个类型：

(1)寄居型虚拟化架构：虚拟层运行在原主机操作系统之上，依靠纯软件实现主机的虚拟化，对主机操作系统有依赖性；

(2)裸金属虚拟化架构；虚拟层直接运行在底层硬件系统上，可在虚拟化的主机上直接安装多个操作系统，实现主机虚拟化；

(3)操作系统虚拟化架构：虚拟层运行在原主机操作系统之上，可创建多个独立的该操造作系统虚拟化实例，实现集群快速部署；

(4)混合虚拟化架构：主机操作系统与虚拟层平行地运行在底层硬件系统上，这样的架构使软硬件操作更平衡，既能操作硬件资源，又能操作虚拟机。

2.3X86主机虚拟化主流技术对比

本文通过对比X86主机虚拟化技术四种实现方式，总结出各种技术的特性，从而确定可选取的技术方案，

具体如表1：

业界主流产品中，从产品成熟度、系统性能、业务迁移能力、硬件要求、支持的操作系统、开放性等多个方面看，目前应用范围最广、最成熟的是基于裸金属虚拟化架构的三种产品，即WMWare ESX、Citrix Xen和Microsoft Hyper-V。

3　X86刀片机适用场景分析

3.1服务器应用场景

电信企业IT系统的服务器应用场景模型主要分为以下六大类：数据库服务器、Web服务器、中间件多节点集群、中间件HA集群、接口机集群和文件服务器。

(1)数据库应用场景

该模型适用于所有系统的数据库部署，模型及其特点如图1、表2所示：

(2)Web服务器部署

该模型适用于所有Web服务器部署，模型及其特点如图2、表3所示：

(3)中间件多节点集群部署

该模型适用于大部分J2EE应用，比如CRM和管信系统的应用中间件服务器，模型及其特点如图3、表4所示：

(4)中间件HA集群部署

该模型适用于mail应用、公文处理、BSS计费、BSS帐务应用，模型及其特点如图4、表5所示：

(5)接口机部署

该模型适用于BSS与平台、网厅、客服的ATMI接口等接口系统，模型及其特点如图5、表6所示：

(6)文件服务器

该模型适用于客服语音资源服务器、知识库及静态Web页面类的应用，模型及其特点如图6、表7所示：

3.2X86刀片机适用场景分析

(1)非虚拟化环境下

非虚拟化环境下，服务器可靠性主要依赖物理设备自身。由于刀片机的可靠性不如Unix小型机，为了降低单台物理设备故障的影响程度，通常在多节点环境中使用。建议在同时满足以下几点的情况下，系统可以优先采用刀片机进行承载：

单节点处理能力要求不高于单台刀片的处理能力；

应用可以超过2节点部署；

部署后应用完全一致；

部署后数据完全一致。

综上所述，结合前面六大主流应用场景，将刀片机在各种场景下的适用性进行对比，如表8所示：

根据表8可得非虚拟化环境下适合刀片机的应用场景：

1)系统类型为Web服务器、接口机和中间件多节点集群模式的应用，分区运行模式和数据无差异，可以使用刀片集群承载；

2)文件服务器如要使用刀片，并满足多主机共享一个文件系统而保持数据一致性，需要购买较昂贵的高性能文件系统软件，要根据实际需求建设；

3)数据库处理能力要求高，需要保证高可用；中间件HA集群应用在每个分区处理各自独立的用户和应用，数据互不干涉，如分割成刀片将会导致部署非常复杂、处理性能浪费等，因此建议两者使用小型机的高处理性能分区来承载。

(2)虚拟化环境下

虚拟化环境下，服务器可靠性主要由虚拟化软件来保障，理论上只要单节点处理能力要求不高于单台刀片的处理能力即可使用刀片机。

4　X86刀片机虚拟化适用场景分析

虚拟化软件提供了服务器整合、快速应用部署、动态资源分配、在线应用迁移等功能，可大幅提升刀片机的使用价值，但因其价格较昂贵，需选择性地配置。本文提出在电信IT系统选中引入X86刀片机虚拟化的几条参 考标准：

(1)可靠性要求高：7*24小时运行，且对宕机时间有严格控制；

(2)生命周期短：临时性应用多，需要频繁进行资源分配和收回；

(3)负载波动大：存在明显的波峰波谷，并且不同应用波峰时间不重合；

(4)需求预测难：应用模型不成熟，资源需求估算困难，或者可能随时出现突发性增长。

四条都为可选条件，符合程度越高虚拟化价值越大。结合前面分析的服务器应用场景的特点，总结各应用场景适合X86主机虚拟化的程度如图7所示：

从图7可知，测试环境、接口机、Web服务器场景主机虚拟化适合度高，可优先推广主机虚拟化；中间件HA集群、中间件多节点集群、文件服务器需要参考实际情况选择性部署，数据库服务器不建议部署。

5　试点部署效果评估

(1)试点方案

本文以某移动公司营业厅现场管理系统为例，评估X86刀片机及其虚拟化的效果。在营业厅现场管理系统的4套HP BL685刀片服务器上部署虚拟化软件VMwareVsphere 4 Enterprise Edition，进行系统资源池化；在1套刀片服务器上部署VMware Vsphere vCenter ServerStandard做虚拟化管理服务器；共用一套存储设备HPXP24000。

在试点部署系统中进行了七大项的测试工作，并设计了相应测试案例，主要包括：

1)物理机向虚拟机的迁移；

2)虚拟化服务器、存储及网络；

3)虚拟基础架构的集中管理、自动化和优化；

4)虚拟化服务器的高可用性；

5)虚拟机的动态平衡与资源分配；

6)虚拟机的集中化备份；

7)性能测试：虚拟机性能损耗，虚拟机性能稳定性，在线迁移中断时间，性能线性扩展能力。

(2)试点效果

所有功能测试全部顺利通过。性能测试也能够满足各类场景需求，其中性能损耗在10％以内。试点表明，刀片机及其虚拟化产品已经比较成熟，具备在电信企业IT系统中大规模推广使用的条件。

6　效益分析

X86刀片机虚拟化后相对于传统机架式服务器尤其是小型机，在设备利用、设备采购使用、机房空间占用、能源消耗、应用部署、维护等方面都可节省巨大的成本，具体见表9。

7　总结

云计算在各大电信运营商IT系统的部署及测试的步伐正在加快。如何充分利用性价比更高的X86刀片机及其虚拟化技术作为云计算的基础设施，从而降低建设成本，是当前运营商关注的焦点之一。本文提出的X86刀片机及其虚拟化引入策略，经过技术分析、试点测试及效益评估，可为电信运营商提供快捷的解决途径，有较大的推广应用价值。