周上淋

摘 要：随着科学技术的进一步发展，虚拟化技术和云计算技术因其高效、灵活和简便等优势逐渐成为各个行业使用的主要技术，应用和发展前景较好，有利于处理效率的提高。但在实际的应用过程中，IT架构无法有效地处理增加的数据，尤其是在效率、安全和质量上存在较大的问题。本文分析了IT基础结构下，虚拟化技术和云计算的现状、理论和重要性等相关内容，从多个角度提出了技术的应用改进方法。

关键词：IT架构；虚拟化技术；云计算；应用方法

前言：信息科技技术的不断发展，引发了高新技术的新一轮革命，具备运行速度快且数据海量处理等优势的云计算更是成为了研究和推广使用的重点。现阶段，各企业也意识到传统IT结构更新的重要性，开始将虚拟化技术和云计算引进原有的架构中。但新时期，业务处理系统和信息安全等问题的出现，急需对基于IT虚拟化技术与云计算服务进行优化，以提高虚拟化云计算技术的数据运行和安全。

1 虚拟化技术概述

虚拟化技术指的是，在计算机的构成元件上进行的虚拟操作，一般可以同时运行多个系统和程序，并且相互之间的操作互不干扰，从而提高机运行的工作效率。技术应用的组成结构中，包括了中央处理器（CPU，Central Processing Unit）、主板芯片组、BIOS和软件的支持，对真实的计算环境抽象和模拟。从IT基础架构的角度来看，虚拟化技术可以实现跨越多个设备的限制，构建IT虚拟结构，实现动态资源处理和计算，将服务和存储整合到一起，在既有资源的基础上，把旧有的数据中心进行拓展聚合计算，以更灵活的形式为云计算提供基础的运行条件[1]。

2 云计算技术研究

云计算是在虚拟化的基础上更加高效的计算和运行方式，基于互联网服务的增加和模式的交付转变，简单来说为用户提供便捷、可用和按照需求的网络访问，进入包括了网络、服务器、存储、应用软件以及服务的可配置信息数据共享池，能够实现可变动态的数据处理和管理，可根据实际的运行需要实现自助化的服务，使得资源能够被迅速提取和存储，极大地减少了管理工作需要投入的人力和物力资源。对于云计算服务而言，IT架构下云计算结构涵盖了存储、网络、服务器和应用程序，由IT资源组成了共享基础框架[2]。

核心技术上，编程模式、海量数据分布存儲和管理技术、虚拟化技术、平台管理技术以及信息安全技术都是组成云计算正常运行的关键。根据核心技术的组成，云计算的特点也围绕此形成，总的来看，可以分成五点。第一点，快捷和便利。IT基础架构的云计算融合了虚拟化技术，以低廉的价格和快速运行的优势提升了技术架构资源。第二点，可达性。云计算架构运用了表述性状态转移（REST）中的应用程序编程接口（API），实现了“人机交互”界面的一致，可达性进一步提高。第三点，成本降低。以往的IT基础架构使用的多为公用云，运营成本较高，而与计算是使用私有云，费用得到了大幅度的降低。第四点，灵活性。用户数据获取需要借助网络设备和本地网络，云计算可使用户通过网页搜索的形式，获得所需的资源，弱化了对设备和网络的要求。第五点，多用户运行。一般情况下，用户信息的共享和搜索都面对数量大的特点，云计算IT结构的中央化和多重租赁技术（简称SaaS多用户环境下共用同种类的系统和程序并隔离每个用户的使用数据），满足了面向数量庞大的用户群体需要[3]。

3 虚拟化技术和云计算的发展现状

基于IT基础架构的虚拟化技术和云计算，伴随信息技术和科技的发展，迎来了良好的发展形势，硬件设施和软件技术都有了较大的提升，从技术的发展现状来看，表现为优势发展和不足两个方面。一方面，发展形式。虚拟化技术和云计算的因其具备的高效等多个特点，在多个领域都有应用，发展情况良好。区域间联系的增加，使得信息交换和通信的重要性越加明显，物联网的建立就是在云计算虚拟结构的基础上，具体到物体流转和信息层面，又在日益增加的数据处理要求下，推进了技术的创新并提供了实际的运行数据。云计算虚拟IT架构中，数据安全也是至关重要的一点，当前形势下，安全问题的凸显使得安全技术进一步地得到发展。此外，此技术还被广泛应用于游戏、教育、社交等方面。

另一方面，也存在一些问题亟待解决。一是，数据信息的安全问题。虚拟化技术和云计算的数据存储和传输是重要的功用之一，但实际情况来看因云计算服务是依托于网络平台运行，网络环境的开放性和虚拟性，导致一旦在保密环节出现问题就会遭受病毒或恶意攻击造成数据的丢失，也会造成企业和个人存储的重要数据的非法利用或泄露。二是，运行效率的问题。三是，用户使用习惯。四是，IT人员素质能力不足。 [3]。

4 云计算和虚拟化技术的关系和重要性

现阶段，IT基础结构升级的研究中，虚拟化技术和云计算是比较热门的研究方向，这两种技术并不是全新的技术形式，而是许多技术的融合体，包括分布式计算、动态和拓展等各种各样的技术算法。从技术关联的角度来看，云计算包含了虚拟化技术，后者效用的最大化需要依托于云服务平台开展，也符合当前的网络系统平台建设。云计算的安全防护是借由网状的大量客户端对网络中软件行为的异常监测来获取互联网中木马、恶意程序的最新信息，推送到云服务器端进行自动分析和处理，再把病毒和木马的解决方案分发到每一个客户端。而虚拟化技术是在软、硬件之间引入虚拟层，为应用提供独立的运行环境，并为每个用户提供相互独立、隔离的计算机环境，同时方便整个系统的软、硬件资源的高效、动态管理与维护。这两种方法的结合，可以降低IT架构的建设成本，并保证信息的安全[4]。

5虚拟化技术在企业的应用

5.1需求分析

为解决克服当前企业基础运行技术系统中存在的问题与挑战，X86计算资源虚拟化技术系统需要满足以下几点需求：

（1）整合现有IT架构，改变服务器分散布局不便于管理的现状，提供统一管理的手段；

（2）提高服务器资源利用率，在不采购大批硬件的情况下，大大提高信息化平台的性能，进一步提升管理效率；

（3）实现高并发IO的解决方案，改善高负载业务的运行效率，提高系统运行效率；

（4）为各业务系统提供连续性和高可用性保障，保障业务服务的正常运行；

（5）改善业务部署模式，实现动态架构，从而实现项目建设运行环境快速准备的能力；

（6）提供针对整个架构平台的管理、监控和防病毒方案，实现对架构的检测预警机制，为安全可靠运行提供保障；

（7）提供容灾备份方案，进一步保障业务系统的不间断运行。

5.2虚拟化设计应遵循如下目标原则：

5.2.1数据中心资源池化

将现有的服务器资源通过虚拟化的方式池化，可以改善传统物理x86架构对资源的极度浪费，真正对应用服务器达到按需分配。同时，资源池化的数据中心可以更加灵活的动态扩展计算资源。

5.2.2集中便利的统一管理

摆脱原物理x86架构传统的维护模式，在保障计算资源的同时，将应用系统以松耦合的方式运行于物理服务器之上。通过简单便利的操作方式，以可视化的形式，集中的维护和管理应用服务器。从而实现脱离物理束缚的应用服务器逻辑架构管理。

5.2.3可靠的高可用性

以应用系统与物理服务器的松耦合为基本，提供更加灵活便利的高可用性。从物理服务器计划停机，到物理服务器的意外故障或断电，甚至系统层及应用层故障、溢出、崩溃，都可以提供充分的高可用保障。

5.2.4应用服务器标准化部署

以统一模板的方式，规范数据中心内应用服务器的搭建。灵活定制包括操作系统、应用、服务以及目录服务等规范，并可实现自动化的批量部署及重封装。从而改善现有数据中心由于部署人员差异造成的弊端，大大缩短批量部署的周期。

5.3虚拟化总体整合方案

通过对现有应用服务器的抽样性能负载采集，结合整体的未来发展规划目标和调研的数据，并与多方技术厂家交流和选型，最终拟选择以虚拟化管理软件虚拟化技术为基础架构的建设方案，实现计算资源的整合、共享存储的整合、数据中心容灾与备份、数据中心监控、数据中心防病毒、I/O资源整合。

服务器配置考虑划分1个共享资源池，分别除OA和ERP主服务器、数据库服务器以外的所有应用。应将数据存储也划分为1个资源池，分别为所有业务系统提供数据存储、镜像、快照等服务。

5.4主机池设计

在云计算软件体系架构中，主机池是一系列主机和集群的集合体，主机有可能已加入到集群中，也可能没有。没有加入集群的主机全部在主机池中进行管理。

5.5 HA集群设计

传统数据中心内的服务器高可靠性保障通常会选择依赖于集群技术的部署。而云计算平台将计算资源虚拟化以后，可以利用虚拟服务器自身虚拟化的特点实现传统物理服务器上无法实现的高可靠性。

为了提升云业务系统的可靠性，在云计算平台的计算资源池建设时，可以将多个物理主机合并为一个具有共享资源池的集群。虚拟化管理软件 HA功能会监控该集群下所有的主机和物理主机内运行的虚拟主机。当物理主机发生故障，出现宕机时，HA功能组件会立即响应并在集群内另一台主机上重启该物理主机内运行的虚拟机。当某一虚拟服务器发生故障时，HA功能也会自动的将该虚拟机重新启动来恢复中断的业务。

除了对集群中的物理服务器节点进行持续检测之外，虚拟化管理软件 HA软件模块还对运行于物理服务器节点之上的虚拟机进行持续检测。

使用虚拟化管理软件云计算软件HA特性进行虚拟机故障切换

虚拟化管理软件 HA技术有效的解决了目前其它高可用性解决方案面临的问题：

当物理服务器发生硬件故障时，所有运行于该服务器的虚拟机可以自动切换到其它的可用服务器上，相对传统的双机容错方案，虚拟化管理软件 HA可以最大程度减少因硬件故障造成的服务器故障和服务中断时间。

综上所述，虚拟化管理软件 HA解决方案的技术特点总结如下：

1.自动侦测物理服务器和虚拟机失效

虚拟化管理软件会自动的监测物理服务器和虚拟机的运行状态，如果发现服务器或虚拟机出现故障，会在其它的服务器上重新启动故障机上所有虚拟机，这个过程无需任何人为干预。

2.资源预留

虚拟化管理软件永远会保证资源池里有足够的资源提供给虚拟机，当物理服务器宕机后，這部分资源可以保证虚拟机能够顺利的重新启动。

3.虚拟机自动重新启动

通过在其它的物理服务器上重新启动虚拟机， HA可以保护任何应用程序不会因为硬件失效而中断服务。

5.7完善的性能状态监控

5.7.1基于物理服务器的性能监控

提供物理服务器CPU和内存等计算资源的图形化报表及其运行于其上的虚拟机利用率TOP 5报表，为管理员实施合理的资源规划提供详尽的数据资料。

5.7.2基于虚拟机的性能监控

提供虚拟机CPU、内存、磁盘I/O、网络I/O等重要资源在内的关键元件进行全面的性能监测。

5.7.3基于虚拟交换机的性能监控

提供虚拟机交换机上各个虚端口的流量统计与模拟面板图形化显示。

5.7.4虚拟化查看

查看主机状态

查看虚拟机状态

5.7.5云平台主机运行监控

5.8分布式存储

5.8.1分布式存储架构

分布式存储架构与传统存储的最大区别就是，分布式存储的架构里不需要专用的存储设备，数据存储空间来至服务器剩余的磁盘空间，目前业界的服务器分计算型和存储型服务器，存储型服务器自带大量的硬盘插槽，通过分布式存储的软件把服务器剩余的磁盘空间虚拟成一块大的存储空间，这个存储空间就可以作为用户的业务系统的数据存储空间。具体示意图如下：

如何保证可靠性是存储设备非常重要的技术指标，分布式存储软件将全部存储空间被分成许多大小一致的块（大小可设置，8-64M，称为chunk），虚拟磁盘的chunk均匀分布到集群中所有磁盘上；数据采用伪随机算法均衡分布在整个集群上以利用全部节点的性能，可以实现基于服务器节点的可靠性，比传统存储 可靠性更高。

5.8.2分布式存储方案实现

（1）分布式LUN设计

在虚拟化管理软件分布式存储云平台中，每台服务器同时也是一个存储节点。除了安装平台软件的系统盘外，每个节点上的其他所有磁盘空间都被划分为大小相等的存储块，这些存储块称为“chunk”。CAS会使整个LUN的chunk尽量均匀分布在所管理的全部节点和物理磁盘上，这样的设计使得对LUN的IO操作能利用整个系统中全部节点和磁盘的性能，也就是说用户创建的LUN将横跨全部服务器节点。

（2）高可用性设计

用户可以根据业务需要为数据设置副本数量。CAS支持用户为每个LUN设置2-5个副本，并且使得不同的副本分布在不同的服务器和物理磁盘上，从而提供最大的容错性。当一个服务器故障，甚至多台服务器故障时，系统仍能正常工作，而且数据不丢失。

CAS允许数据副本按照机柜分布，即同一数据的不同副本会存放在不同的机柜中。当机柜损坏时，CAS把虚拟机启动到其他机柜的服务器上并自动恢复丢失的副本以保证完整的容错能力。

当出现大面积的同时故障导致某些用户数据所有副本都丢失的时候（比如存有同一数据不同副本的硬件恰好同时全部故障），受影响的只是这些都是的数据数据，其他数据和共享存储服务仍然正常运行。

（3）高性能设计

CAS分布式存储云平台提供的虚拟SAN本质上是一种分布式架构（单一集群最大能管理256个服务器节点），其存储容量和性能随着服务器节点的增加而线性增加。由于每个LUN都横跨全部服务器节点和物理磁盘，所以每个LUN都可以利用全部服务器和物理磁盘的性能，从而提供比传统存储更高的性能。下面圖示显示CAS分布式存储系统的IOPS和吞吐能力随服务器节点数量的增加而线性增加的状态。

此外，不同于传统RAID以专用空闲磁盘作为热备，CAS分布式存储云平台自动提供热备空间，并且将热备空间均匀分布在全部服务节点上。这样当数据重构启动后，全部服务器及物理磁盘都可以参与重构从而实现最佳的重构效率。

（4）自动化管理设计

CAS分布式存储系统采用无中心架构，每个服务器节点的角色完全一样，这样用户无需象传统分布式存储系统那样管理元数据服务器。而且整个虚拟存储系统的元数据采用分布式设计，由系统自动管理，无需人工干预。

当系统扩容时（比如增加物理磁盘或者增加服务器节点），用户只需几条简单命令（通过命令行或者图形化管理界面）将物理部件加入集群，系统上原有的数据将自动重新均衡，原有LUN将自动扩展到新的物理设备上。

5.9虚拟机备份情况

采用一台物理机每天对所有虚拟机做增量备份，每个月初几天做全量备份，采用同友对云平台上的重要虚拟机的数据每天做备份，保证任意一台设备损坏不影响数据，而且云平台数据备份还采用了异地备份，两台备份设备都不在一个物理地址，保证一个地方设备损坏也不影响数据。因为数据很多时候时候硬件设备更重要。公司备份设备需要提高的地方可以采用稳定性能和速率更快的储存阵列或者储存盘柜做备份，有条件的话可以采用光纤或者ssd做储存介质，这样每天备份的虚拟机会速度更快这样，这样每天备份的虚拟机更多，更能保证公司数据安全。

6 公司虚拟化优势

6.1动态资源分配

虚拟化平台可以自动的将超出的应用服务器迁移到其他负载较低的计算节点上，从而保障数据中心始终保持平稳的运行状态。如果要针对数据中心内的物理计算节点停机维护时，可以自由的将该节点上承载的应用服务器迁移到其他计算节点上，而这一切都是在完全保障业务不间断运行的情况下完成的。

6.2提高计算资源利用率

虚拟化整合带来的另一个好处是大大提高了资源利用率。每一台虚拟服务器都可以利用虚拟对称式多重处理（SMP）技术，通过使单个虚拟机能够同时使用多个物理处理器，增强了虚拟机性能。每个虚拟服务器可以根据其上应用的负载，以最合理的方式分配计算资源。资源利用率的提高，意味着同样的硬件条件，可以承载更多的业务负载。即不需要新采购大量的硬件设备，就将信息化平台的性能提升了数倍。

6.3高性能并发计算

在虚拟化的数据中心中池化集群的内存资源供分布式缓存服务器使用，把数据从传统的关系型数据库中解放出来，数据平滑移动到中间件应用层，分布在整个网格集群环境中。通过优化内部数据结构的存储方式，把内存作为一种资源，达到了可高并发访问数据的目的。

在进行大规模并行计算方面，云平台下的应用作为客户端发出计算请求，为完成计算请求作业，首先将其拆分成若干个任务，然后分配到分布式数据网格的各个节点去执行，经过计算处理之后，相关计算节点的结果自动汇总到发出此计算请求的客户端并得出最终结果。大大提高了并发计算的能力。

6.4业务连续性保障

使用虚拟化技术中的高可用、动态迁移、实时容错等高级功能，为运行于虚拟化平台上的业务系统带来更简单、更经济、更可靠的业务连续性和高可用性保障。

首先，高可用功能能够在计算节点在发生宕机时，自动在其他有足够剩余资源且正常运行的计算节点上重新启动宕机计算节点上的虚拟应用服务器，其故障恢复时间能够达到5分钟以内，从而将计算节点意外宕机造成的业务中断时间缩短至最短，有效提高业务的连续性。

其次，动态迁移功能可以将正在运行中的虚拟服务器从一台物理服务器迁移到另一台物理服务器上，这个过程中应用服务不会中断。当需要对计算节点进行停机维护时，可以有计划的将计算节点上的虚拟应用服务器动态迁移到其他有可用计算资源的计算节点上，从而实现无中断的设备维护。

最后，实时容错功能通过在另一台计算节点上为受保护的虚拟应用服务器建立一个镜像虚拟应用服务器。当受保护的虚拟应用服务器所在的计算节点发生故障时，镜像虚拟应用服务器立刻接管其业务继续运行，在绝大部分情况下应用终端用户对切换操作无感知。实时容错技术可靠性更高，切换故障时间更快，完全没有任何的业务影响，实现了计划外的零宕机，提供了更高级别的业务连续性。

6.5快速规范部署能力

虚拟化整合能够实现业务系统快速部署、灵活变更，提高信息化系统的快速反应能力。只要资源池有冗余的资源，可以在10分钟内，部署出包括Windows、Linux、Netware 和 Solaris 等不同操作系统的虚拟机，作为上线环境。

如果某个应用系统需要在不同场合或不同时间多次重复部署，还可以将该虚拟应用服务器导出为模板或开放式虚拟化格式（OVF）文件，在需要重复部署时直接导入，将部署时间缩短到几个小时甚至几十分钟。

6.6清晰便捷的架构管理

在数据中心以虚拟化技术整合后，同时提供了一个新的管理和维护平台，其平台主要起到调配虚拟应用服务器与底层计算节点硬件的对应关系。前面众多的整合数据中心的优势功能，都是通过此平台实现和调度的。基于虚拟化的分布式服务为数据中心提供了自动化的调度、快速的灾难响应时间、便捷的管理和维护以及更高的可靠性。

6.7更强大的容灾和备份

虚拟化架构下，由于虚拟化技术将应用服务器的操作系统、应用、数据及服务器配置信息等封装为一系列虚拟机文件，为应用服务器的容灾与备份提供了传统架构不具备的优势了，容灾与备份软件只需要针对封装的虚拟机文件进行相应的处理，就可以实现传统架构中通过高昂的成本才能实现的能力。

6.8共享存储整合， 旧服务器充分利用

传统数据中心架构中，应用服务器的系统、应用及数据，大多都存储在本地磁盘。物理服务器的本地磁盘与物理服务器本身是紧耦合的关系，当物理服务器由于宕机或计划停机等因素，处在非工作状态时，其他服务器将不能访问其本地磁盘上的数据。如若需要应用服务器具有高可用性，最合理的解决办法是将应用数据存放在共享存储上。

6.9网络架构融合优化

集中后实现再分配，使数据中心多种技術和业务之间得到有效的融合，降低了数据中心网络结构的复杂度，将多张网逐步融合为一张网。

6.10安全性提升

在使用云计算后，数据中心的网络需要解决数据中心内部的数据同步传送的大流量、备份大流量、虚拟机迁移大流量问题。同时，还需要采用统一的交换网络减少布线、维护工作量和扩容成本。引入虚拟化技术之后，在不改变传统数据中心网络设计的物理拓扑和布线方式的前提下，可以实现网络各层的横向整合，形成一个统一的交换架构。

6.11平台化管理及服务能力提升

传统虚拟化网络的管理模式一去不返，取而代之的是，通过统一的管理平台实现对所有网络设备、安全设备的管理，以及各种资源的分发，提高了管理效率和服务能力。

7 项目亮点及效益分析：

7.1简化优化基础架构，提高设备利用效率，降低维护难度和成本，解决现在IT治理架构的问题，同时适应未来核心项目实施需要整体考虑，统一规划，分步实现的关键，避免按照传统单个项目建置，导致的重复建设和资源浪费。虚拟云技术能够改善机房的运行环境，减少服务器数量、优化资源配置并简化管理，最大化的发挥资源作用，促进信息化主动为公司服务。

7.2虚拟化平台可以自动的将超出的应用服务器迁移到其他负载较低的计算节点上，从而保障数据中心始终保持平稳的运行状态。提高计算资源利用率；虚拟化整合带来的另一个好处是大大提高了资源利用率，每一台虚拟服务器都可以利用虚拟对称式多重处理（SMP）技术，通过使单个虚拟机能够同时使用多个物理处理器，增强了虚拟机性能。通过优化内部数据结构的存储方式，把内存作为一种资源，达到了可高并发访问数据的目的。使用虚拟化技术中的高可用、动态迁移、实时容错等高级功能，为运行于虚拟化平台上的业务系统带来更简单、更经济、更可靠的业务连续性和高可用性保障。虚拟化整合能够实现业务系统快速部署、灵活变更，提高信息化系统的快速反应能力，只要资源池有冗余的资源，可以在10分钟内，部署出包括Windows、Linux、Netware 和 Solaris 等不同操作系统的虚拟机。

结语：综上所述，IT基础架构下的虚拟化技术和云计算的应用，对提高技术水平、提升数据存储、运行效率以及信息安全有着重要的作用。通过文章对IT基本架构虚拟化云计算的现状、重要性等内容的研究，为了更好地应用这两个先进的技术，可以从做好虚拟化云计算设计工作和虚拟化云计算技术的升级等方面出发，不断地提高IT架构的先进性和虚拟云计算技术的运行效率。

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