数据中心服务器虚拟化技术综述

摘 要：云计算、大数据时代的到来，以及移动互联网的爆发式增长，给各行各业带来了重大变革。在这场技术与信息、思维与决策、方法与实践的博弈中，只能化繁为简、顺势而为。围绕传统数据中心服务器虚拟化迁移技术变革中的若干问题进行深入研究，充分发挥服务器虚拟化在其中的优势。同时，详细阐述该技术的不足，并提出对应的解决方法。

关键词：云计算；服务器虚拟化；数据中心

DOIDOI：10.11907/rjdk.161896

中图分类号：TP3-0

文献标识码：A 文章编号文章编号：16727800（2016）011020602

0 引言

数据中心（DC）是企业或单位的智力支持部门，其重要性毋庸置疑。在传统的数据中心，存放着大量服务器、存储设备、网络设备；一整套完备的制冷、消防、环境监测、安防监控等系统，对整个企业的正常运转发挥着重要作用。数据中心业务增长日益加快，对运维人才的要求也不断提高。为保障系统正常运转，既要加大软硬件设备投入力度，也要注重运维管理人才培养。传统企业CTO因行业背景及所处地域或企业文化影响，面对这种变革，往往慢上半拍，当其反应过来已落后行业或主流社会一大截。服务器虚拟化技术的出现为解决眼前困局开辟了一条崭新通道。

虚拟化由来已久，在早期的IBM 7044计算机上已有其应用，之后IBM相继开发了型号为Model 67的System/360主机。直至今天，在最新的IBM小型机POWER8系列主机上还能发现它的身影，可以说大型计算机、小型计算机与生俱来就拥有虚拟化技术。Model 67主机通过虚拟机监视（Virtual Machine Monitor）虚拟所有的硬件接口，高效利用直接运行在底层的硬件部分，使得可以同时运行多个虚拟设备，进而进一步演化发展，通过虚拟机技术，可以有效实现多个操作系统的同时使用；之后在RISC服务器与小型机上陆续开始采用虚拟化技术来提高计算机的使用频率，尽可能发挥计算资源的计算能力。这种设计思想在今天看来是具有前瞻性和创新性的，也为虚拟化技术的实现奠定了坚实基础。IBM在1999年提出的逻辑分区概念，直到发展成动态逻辑分区（DLPAR）技术，在不中断运行的情况下进行资源分配，使得系统管理更加轻松，更有效地利用资源，降低总成本。

在对传统数据中心进行服务器虚拟化进而为云计算作升级准备时，IT人员必须了解关于服务器虚拟化技术的基本概念及原理，特别是该技术存在的风险。因此，有必要深入分析数据中心服务器虚拟化的优势及不足。

1 服务器虚拟化技术优势

（1）成本低。

成本降低是服务器虚拟化技术带来的显著效果。最常见的场景是硬件大量减少，比如服务器数量减少，通过成熟的服务器虚拟化技术，将IT开销缩减60%～80%是很平常的。服务器数量可能只需要原来的1/10。而原有的服务器变成虚拟服务器，从而减少了硬件。与此同时由于硬件的减少，为硬件提供保障的如制冷、消防设施、安保、环境监控等多项设施需求也随之降低，进而降低了整体IT成本。而在管理上对服务器的迁移、数据的备份、计算资源的扩展却会更加灵活高效。

据谷歌公布的数据显示，谷歌数据中心能源消费达到2.6亿瓦特，这相当于弗吉尼亚州首府里士满或者加州欧文市家庭用户的所有用电量，或者说，这相当于一座标准核电站1/4的输出功率。通过服务器虚拟化技术可以有效降低电能消耗实现“低碳”排放，进而朝着“绿色计算”这个方向迈进一步。

诸如此类的多种开销的减少，最终会体现在经济效益上。设备的减少意味着更少的能耗开支，空间的减少意味着更少的租赁费用。所有这一切都说明虚拟化技术在成本控制上有更大优势，同时也为“绿色地球”作出贡献。

（2）资源共享。

服务器虚拟化技术的运用，将一些硬件资源包括服务器、存储空间、网络全部都整合起来，可以高效地加以利用，提高资源利用率，减少资源浪费。利用虚拟化技术实现负载的动态优化，动态优化包含两方面的内容：由于应用系统的负载是变化的，应用虚拟化技术可以灵活地根据负载需求灵活调整服务器计算资源来提供服务。通过使用动态优化算法就能够充分利用未使用的计算能力和空间。

（3）可靠性高。

在传统的IT架构中，为提高可靠性通常是将整个系统置于商用集群环境中[1]，金融、政府、电信等关键领域都应用了这一场景。正因为这些应用需求，造就了对IOE的依赖和制约，也对今天的“去IOE运动”起到了一定的推动作用。集群的使用尽可能地提高了系统可靠性，但是集群环境是昂贵的，其维护也非常困难。通过虚拟化方法能够非常灵活地提高可靠性，它是在Hypervisor层次上进行保护，而不是在应用层上，并且它能够非常容易地去实现保护。比如虚拟化软件自带的HA工具集能够简单快捷地实现业务需求，同时兼顾了灵活的扩展性，使得服务器的可靠性得以提高，相应软件的可靠性也相应得以提高。

（4）灵活性强。

在传统的IT环境中，应用系统的增加、升级、维护等工作，需要对OS和软件进行安装或维护。这项工作需要大量的时间和精力，通过虚拟化技术能够简单灵活地快速完成，不需要考虑准备新的硬件设备，只需要在资源池中给应用系统增加或修改业务系统所需要的计算资源即可。

2 服务器虚拟化技术不足

随着技术的飞速发展及海量数据的激增，服务器虚拟化技术以其独特优势在各数据中心正在替代传统的、庞大的服务器系统。服务器虚拟化技术的扩展性、灵活性、环保性备受人们青睐，但其也具有两面性，因此带来了不少问题。

（1）物理故障危害大。

在传统IT架构中，如果一台服务器出现硬件故障导致其不能正常工作，通常启用备用服务器就能使业务在较短时间内恢复，而不会影响部署在其它服务器上的服务。但是在虚拟化环境中，如果出现硬件故障，就意味着所有部署在该物理机上的所有服务都将因此故障而不能提供服务。在这种环境中，硬件故障带来的危害更大。

（2）应用场景局限性。服务器虚拟化技术并不是万能的，在传统的X86架构中通过虚拟化的方法，将廉价服务器组合成一个集群，尽可能发挥服务器的效率，降低IT成本。然而在一些非常高端的应用中，它对服务器计算资源的消耗极大，需要频繁访问内存和硬盘。对于这样的高端应用，应该将其放到真正的物理机中运行而不是虚拟环境中，只有这样才能更好地保障应用的实现。

（3）排错过程更复杂。现有成熟的服务器虚拟化商用解决方案中，一旦出现故障或错误将给IT管理人员带来较大风险，这种风险不仅仅存在于故障本身，同时也体现在排除这种故障或错误所需要的成本上。其中复杂的排错过程和专业的技术要求都会给每个管理者带来困扰。

3 主流服务器虚拟化产品

3.1 VMware虚拟化技术

VMware虚拟化[2]将操作系统从运行它的底层硬件中抽离出来，并为操作系统及其应用程序提供标准化的虚拟硬件，从而使得多台虚拟机能够在一台或者多台共享处理器上同时独立运行。借助虚拟化技术，客户可以轻松将多台不同服务器的工作负载整合到更为可靠并且性能更高的平台上。VMware虚拟化技术在服务器虚拟化领域可以说是首屈一指，有大量用户采用其服务器虚拟化产品。

3.2 微软虚拟化技术

微软具有全面而灵活的端到端的解决方案，其投入不仅仅局限于服务器虚拟化，通过System Center实现整合和管理，在客户中进行广泛的推广与部署。虚拟化技术的关键在于普及化，微软有很好的平台，有助于推动该技术的普及化。

3.3 Citrix虚拟化技术

Citrix Systems技术[34]使得数字办公无处不在，极大提高了工作效率。通过与世界一流业界伙伴携手合作，Citrix解决方案为企业级用户实现应用、远程访问、移动办公以及业务一致性等卓越功能，极大提升了企业的IT投资回报和生产效率。它拥有开源的服务器虚拟化平台XEN，但其主要优势在于桌面虚拟化业务。

4 结语

随着虚拟化、云计算技术的快速发展，越来越多的应用和业务都承载于这些新技术之上。传统数据中心的技术变革势不可挡，在此背景下选择适合自己的服务器虚拟化技术是每一个IT技术管理者必须思考的问题。本文对主流服务器虚拟化技术进行了详尽阐述，并对传统数据中心技术变革的若干问题进行深入研究，同时总结了服务器虚拟化技术的优势与不足。虚拟化是大势所趋，企业应当从自己的实际情况出发，综合考虑虚拟化带来的各种影响，找到适合自己的模式。

参考文献：

[1] LEANDRO CARVALHO.HyperV 3.X虚拟化技术企业现场实战[M].台湾：胡为君，译.峰资讯，2013.

[2] [法]ERIC MAILL，RENFRANOIS MENNEC，马博峰.VMware虚拟化技术指南[M].北京：机械工业出版社，2013.

[3] [美]JEANNA MATTHEWS.Running XEN：a handson guide to the art of virtualization[M].张炯，吕孟轩，刘铭，等.译.北京：北京航空航天大学出版社，2014.

[4] 马博峰.VMware、Citrix和Microsoft虚拟化技术详解与应用实践[M].北京：机械工业出版社，2013.