张巍

摘 要：随着信息技术的快速发展，越来越多的单位开始逐步淘汰老式的物理服务架构，采用基于vSphere技术的虚拟化服务架构平台。文章分别从虚拟化技术的特性、虚拟化关键技术来阐述架构平台所需要的技术支撑，并且表述了一个完整的架构平台所需要的其他组件。最后通过举例来证明部署一个相同服务，虚拟架构要比传统的物理架构要求更少的人力、物力，这在一定程度上节约了资源。

关键词：虚拟化；vSphere技术；服务架构；虚拟技术

中图分类号：G633.67 文献标识码：A 收稿日期：2018-02-20

课题项目：江苏省职业技术教育学会2017年度职业院校教学工作诊断与改进专项课题“职业院校教学工作诊断背景下的智慧校园建设研究”（XHZX2017037）。

作者简介：张 巍（1990—），女，助理讲师，硕士研究生，研究方向：服务器设置。

据美国国际数据公司（IDC）统计，x86服务平台有85%以上的服务器资源被闲置。为了解决资源浪费问题，早在30多年前就已经提出服务器虚拟化的概念，使用服务器虚拟化技术可以简化数量级服务器管理、提高服务器硬件利用率、增加网络服务灵活性。1998年，威瑞公司将虚拟化技术引入x86平台之后，服务器虚拟化技术已经成为近几年的IT技术研发热点[1]，各种软硬件厂商针对自己产品的特点也不断推出了符合自身产品特点的虚拟化技术。据信息技术研究院有关人士预测，未来虚拟化技术将成为互联网研究的首要热点。

一、虚拟化技术特性

广义的虚拟化技术是在一台计算机上虚拟出多台与实物计算机无差的虚拟计算机，这些虚拟计算机共用实物计算机的一些硬件配置，以达到简洁、方便、高效、安全的目的。虚拟化技术发展至今其包含的家族成员已经非常强大，细分之下有应用程序虚拟化、服务器操作系统虚拟化、底层硬件虚拟化[2]。

虚拟化技术打破了单个物理机的软、硬件相互依赖关系，通过自有封装技术将服务器操作系统和应用服务包裹成一个个文件，虚拟机文件间是相互独立的个体，可以独立于计算机硬件，具有强大的容错能力和故障切换能力，并且保证了物理资源的利用率（如图1所示）。概括虚拟机的技术特性有以下几点：

（1）硬件平台无关性。虚拟机完全独立于底层的硬件系统，同一个虚拟文件可以运行于不同的物理组件上，包括网卡、硬盘、CPU等，虚拟机可以在不同类型的x86平台上移动，不需要对硬件设备进行更改[3]。

（2）软件平台模拟性。虚拟服务器通过一定的软件技术，实现统一的虚拟硬件资源池，为每一个虚拟服务器创建一个独立运行环境，通过设定使得资源池内的资源逻辑切分，互不干扰。

（3）数据封装隔离运行。运行在同一台的物理服务器上的虚拟机相互隔离，虚拟服务器与虚拟服务器之间互不影响，其各自产生的数据、使用的网络、进行的访问都会被隔离出来，上层的应用服务只会通过配置的网络来进行相互通信[4]。

（4）接口標准平台兼容。虚拟硬件服务器使用标准化的虚拟接口，其与物理机上的所有操作系统、设备驱动和应用程序相互兼容。

二、虚拟化关键技术

虚拟化服务提供商有很多，比较大的有VMware提供基于虚拟化基础架构的数据中心操作系统，有Citrix将数据中心变为交付中心并向用户提供一个全面的交付方案，有Microsoft提供给用户一个产品集，由服务器的虚拟化到应用的虚拟化，再到桌面的虚拟化[5]。目前VMware是在x86平台使用最为广泛的技术。

VMware vSphere是首款云操作系统，一系列的组件有VMware EXSi、hypervisor和VMware vCenter Server[6]。VMware vSphere提供的关键技术主要有以下几种：

（1）vSphere HA（High Availability，

高可用）群集，将虚拟机及其所有的主机集中在群集中，群集中的所有主机均会受到监控，如果个台发生故障，HA会提供中断服务，并且启动快速恢复程序来尽量缩短非计划的停机时间。但如果有过多的主机发生故障时，系统则需要等待到有更多的可用资源时再启动优先级较低的虚拟机[7]。

（2）vSphere DRS（Distributed Resource Scheduler，分布式资源调度）聚合群集中主机资源，通过监控利用率，动态地分配和均衡计算容量，将硬件资源聚集到资源池中，根据虚拟机资源配置、需要动态资源利用率和资源需求的争用级别来分配，并且跨越主机进行资源平衡优化。同时通过自定义的规则，允许设定虚拟机共享资源的方式及争用资源之间的优先权。

（3）vSphere FT（Fault Tolerance，容错）提供比HA更高级别的可用性和保护性，通过在主机平台创建一个完全一样的副本，主虚拟机和辅助虚拟机会持续监控彼此的状态以确保容错功能。如果运行的虚拟机发生故障，FT会执行透明故障切换，使得在发生故障时能随时切换到类似的虚拟机上，确保系统的正确运行。

（4）vSphere vMotion提供虚拟机漂移，快速迁移最大程度缩短宕机时间，vMotion有开机热迁移和关机冷迁移，可以将虚拟机从一台主机迁移到另一台主机，来保持平衡负载、维持通信，最大限度地减少故障域。因此所有的HA、DRS、FT功能都是基于vMotion功能上的。

三、虚拟化技术架构

一个完整的虚拟化架构除Vsphere这款云操作系统，还有网络存储和阵列、网络构成及上层的应用服务。

（1）网络存储和阵列主要是基于光纤通道和以太网方式的网络共享存储，一般有网络接入存储（Network-Attached Storage，NAS）和存储区域网络（Storage Area Network，SAN）。NAS存储通过标准的网络拓扑结构添加到一群计算机上，能迅速增加存储容量的需求，而现今NAS已经具有云存储功能。SAN存储是通过光纤通道交换机连接存储阵列和服务器主机，并且SAN提供与现有LAN连接的简易方法，使得资源存储更具有灵活性。

（2）网络构成。每一台主机上至少要有两块网卡vmnic0和vmnic1来保障vSphere中高级功能的实现，在虚拟化的环境中，实体网卡会被虚拟化成vSwitch虚拟交换机上的一个uplink port通道，使得虚拟服务器与外界进行沟通，vSwitch最大可以支持4088个虚拟端口。需要注意的是除了默认的vSwitch还可以自己添加，但是同一块物理网卡只能配置到一个vSwitch上面。分布式vSwitch跨越多个主机，这样多个主机中的虚拟机服务器如同连接在同一台交换机上，虚拟服务器可以在任意的主机上迁移。

（3）上层应用服务。安装在每一台虚拟服务器中的应用程序，以及宿主的虚拟服务器都被封装成一系列文件，通过以太网或者光纤通道被放置在共享存储中，只通过必要的网络进行通信。完整的架构如图2所示。

四、物理架构与虚拟架构

以学校计划新增一个日志服务器为例，分别从以下几个方面来对比传统物理架构和虚拟化架构的费用开销。

1.成本费用（如表1所示）

2.维护费用（如表2所示）

3.数据安全（如表3所示）

4.人力资源（如表4所示）

五、结语

总之，虚拟化架构方案比传统的物理架构具有更大的优势，虚拟化架构能降低服务构建成本，包括机架、机柜、网线硬件成本和人力成本，避免资源浪费。通过vSphere HA、FT、DRS、vMotion等功能，能提高运营效率，减少服务器故障宕机时间，增加工作的连续性，并且保证数据安全不丢失，最大限度上地减小对用户的影响，提升用户体验。

参考文献：

[1]马 璟.基于Vmware技术的服务器虚拟化架构的研究与应用[D].厦门：厦门大学， 2011.

[2]侯星帅.虚拟化技术在数据中心服务器资源整合中的应用研究[D].西安：长安大学，2013.

[3]张 凯.云计算环境下虚拟化服务器的安全分析[J].信息与电脑， 2016（13）：88-89.

[4]倪 珍.基于云计算架构的虚拟机池管理系统[D]. 重庆：重庆大学， 2012.

[5]楊 培.虚拟桌面管理的研究及应用[D].南京：南京理工大学，2012.

[6]连鸿鹏. 云计算VMware vSphere虚拟化技术的架构分析[J].软件导刊， 2012，11（8）：6-7.

[7]刘震宇.基于VMware vSphere4.0的PC服务器资源池构建[D].大连：大连海事大学，2010.