服務(wù)器虛擬化介紹胡經(jīng)國(guó)本文作者的話本文是根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)和資料編寫(xiě)的《漫話云計(jì)算》系列文稿之一。現(xiàn)作為云計(jì)算學(xué)習(xí)筆錄，奉獻(xiàn)給云計(jì)算業(yè)外讀者，作為進(jìn)一步學(xué)習(xí)和研究的參考。希望能夠得到大家的指教和喜歡！下面是正文一、什么是服務(wù)器虛擬化，為什么要虛擬化?服務(wù)器虛擬化，是在單個(gè)物理服務(wù)器上，運(yùn)行多個(gè)獨(dú)立的虛擬操作系統(tǒng)的一種方法。它是通過(guò)最大化物理資源來(lái)達(dá)到投資最大化的一種途徑。既然摩爾定律已經(jīng)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出計(jì)算能力的指數(shù)增長(zhǎng)；而對(duì)于同樣的計(jì)算任務(wù)而言，硬件需求大部分沒(méi)有改變。那么，現(xiàn)在，把一臺(tái)極其廉價(jià)的雙槽雙核1U機(jī)架式服務(wù)器，拆分為8個(gè)乃至16個(gè)虛擬服務(wù)器，就已經(jīng)變得可行了。虛擬化技術(shù)，是獲得更高服務(wù)器密度的一種方式。不過(guò)，實(shí)際上它并沒(méi)有提升總體的計(jì)算能力；其實(shí)由于額外開(kāi)銷(xiāo)，計(jì)算能力還略有下降。但是，由于一臺(tái)現(xiàn)代的3000美元2插槽4核服務(wù)器，比4年前30000美元的8插槽8核服務(wù)器還要強(qiáng)大。我們就可以通過(guò)在這種新硬件上增加邏輯操作系統(tǒng)的數(shù)量，來(lái)開(kāi)發(fā)它的能力。這可以削減主要的硬件購(gòu)置和維護(hù)費(fèi)用，從而最終顯著地節(jié)省公司或組織的成本。二、什么時(shí)候該虛擬化?虛擬化是中小規(guī)模應(yīng)用的完美解決方案。虛擬化不應(yīng)該用在那些需要1到多臺(tái)服務(wù)器形成集群方能滿足需求的高性能應(yīng)用上。因?yàn)椋黾拥拈_(kāi)銷(xiāo)和復(fù)雜性只會(huì)降低性能。基本上，我們是在拿一個(gè)12GHz（3GHz的四核CPU）的服務(wù)器來(lái)把它拆解為16個(gè)750MHz的服務(wù)器。不過(guò)，一旦有8個(gè)那樣的服務(wù)器處于非忙時(shí)或空閑時(shí)，其余的8個(gè)服務(wù)器將能得到約1.5GHz的主頻。盡管在虛擬化行業(yè)里面，有人喜歡宣揚(yáng)高CPU利用率，作為硬件優(yōu)化使用的指標(biāo)。這種建議不應(yīng)該走極端，在應(yīng)用的響應(yīng)性超限了還使用。一個(gè)簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)法則是，永遠(yuǎn)也不要讓服務(wù)器的CPU利用率在峰值負(fù)荷的情況下超過(guò)50%；更為重要的是，永遠(yuǎn)不要讓?xiě)?yīng)用的響應(yīng)時(shí)間超過(guò)合理的SLA（服務(wù)水平協(xié)議）。大部分內(nèi)部使用的先進(jìn)服務(wù)器的任務(wù)，是把CPU利用率控制在1?5%之間。在單臺(tái)物理服務(wù)器上，運(yùn)行8個(gè)操作系統(tǒng)，會(huì)把峰值CPU利用率提高到將近50%；但平均水平要低得多。因?yàn)椋摂M操作系統(tǒng)的波峰波谷，或多或少地會(huì)趨于相互抵消。盡管在今天現(xiàn)有大部分的虛擬化解決方案里，出現(xiàn)CPU過(guò)載的很少；但存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)吞吐量的I/O（輸入/輸出）過(guò)載，則是另一回事。對(duì)于有著高到極端的存儲(chǔ)或硬件I/O需求的服務(wù)器來(lái)說(shuō)，運(yùn)行于裸機(jī)之上會(huì)更為明智一些，即便其CPU需求可在虛擬環(huán)境中得到滿足。三、如何避免“所有雞蛋都放在一個(gè)籃子中”綜合癥虛擬化最大的憂慮，是出現(xiàn)“所有雞蛋放進(jìn)同一籃子”綜合癥。把所有關(guān)鍵服務(wù)器都放進(jìn)一臺(tái)物理服務(wù)器里，是不是明智之舉？當(dāng)然不是！避免這種傾向的最簡(jiǎn)易的辦法，是確保單個(gè)服務(wù)沒(méi)有駐留在單臺(tái)服務(wù)器上。現(xiàn)以下列服務(wù)器類(lèi)型為例說(shuō)明：HTTP（HyperTextTransferProtocol,超文本傳輸協(xié)議）FTP（FileTransferProtocol,文件傳輸協(xié)議）DNS（DomainNameSystem,域名系統(tǒng)）DHCP（DynamicHostConfigurationProtocol,動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議）RADIUS（RemoteAuthenticationDialInUserService，遠(yuǎn)程用戶撥號(hào)認(rèn)證系統(tǒng)，或遠(yuǎn)程用戶撥號(hào)認(rèn)證服務(wù)）LDAP（LightweightDirectoryAccessProtocol,輕量目錄訪問(wèn)協(xié)議）使用光纖通（信）道（FC）或iSCSI存儲(chǔ)的文件服務(wù)storage（存儲(chǔ)）ActiveDirectory（活動(dòng)目錄）服務(wù)鏈接：iSCSIiSCSI（InternetSmallComputerSystemInterface,Internet小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口）技術(shù)，是一種由IBM公司研究開(kāi)發(fā)的，是一個(gè)供硬件設(shè)備使用的可以在IP協(xié)議的上層運(yùn)行的SCSI指令集。這種指令集合可以實(shí)現(xiàn)在IP網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行SCSI協(xié)議，使其能夠在諸如高速千兆以太網(wǎng)上進(jìn)行路由選擇。iSCSI技術(shù)是一種新儲(chǔ)存技術(shù)。該技術(shù)是將現(xiàn)有SCSI接口與以太網(wǎng)絡(luò)（Ethernet）技術(shù)結(jié)合，使服務(wù)器可與使用IP網(wǎng)絡(luò)的儲(chǔ)存裝置互相交換資料。鏈接：ActiveDirectoryActiveDirectory（活動(dòng)目錄）是面向WindowsStandardServer（Windows標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器）、WindowsEnterpriseServer（Windows企業(yè)服務(wù)器）以及WindowsDatacenterServer（Windows數(shù)據(jù)中心服務(wù)器）的目錄服務(wù)。活動(dòng)目錄服務(wù)是WindowsServer2000操作系統(tǒng)平臺(tái)的中心組件之一。理解活動(dòng)目錄對(duì)于理解WindowsServer2000的整體價(jià)值是非常重要的。我們可以將這些類(lèi)型的服務(wù)器中的每一個(gè)，放置到至少2臺(tái)物理服務(wù)器里，以便獲得冗余性。這種類(lèi)型的服務(wù)，由于在單臺(tái)服務(wù)器失效的時(shí)候可方便地切換，相對(duì)而言比較易于集群。當(dāng)單臺(tái)物理服務(wù)器失敗或需要進(jìn)行服務(wù)的時(shí)候，在其他物理服務(wù)器上的另外的虛擬服務(wù)器會(huì)自動(dòng)接替。通過(guò)橫跨多臺(tái)物理服務(wù)器，這些關(guān)鍵服務(wù)永遠(yuǎn)也不會(huì)因?yàn)閱蝹€(gè)硬件失敗而停止運(yùn)行。對(duì)于像ExchangeServer（交換服務(wù)器），MicrosoftSQL（MicrosoftStructuredQueryLanguage，Microsoft結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言），MySQL（為一個(gè)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)）或Oracle這樣更為復(fù)雜的服務(wù)，集群技術(shù)可應(yīng)用于在兩臺(tái)物理服務(wù)器上的兩個(gè)邏輯服務(wù)器的同步。這種方法，在轉(zhuǎn)換的時(shí)候一般會(huì)導(dǎo)致約5分鐘的停機(jī)時(shí)間。但是這并非由于虛擬化，而是因?yàn)榧旱膹?fù)雜性往往需要時(shí)間去進(jìn)行轉(zhuǎn)換。處理這些復(fù)雜服務(wù)的一種替代辦法，就是把虛擬服務(wù)器從主物理服務(wù)器遷移至另一臺(tái)物理服務(wù)器。為了讓這個(gè)方法行之有效，需要不斷地將內(nèi)存從一臺(tái)物理服務(wù)器同步到另一臺(tái)，以便故障切換時(shí)間能在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)完成。這樣，所有服務(wù)都能維持正常運(yùn)行。鏈接：OracleOracleDatabase，又名OracleRDBMS，或簡(jiǎn)稱Oracle。是甲骨文公司的一款關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（RDBMS，RelationalDatabaseManagementSystem）o它是在數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先地位的產(chǎn)品。可以說(shuō)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是目前世界上流行的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，系統(tǒng)可移植性好、使用方便、功能強(qiáng)，適用于各類(lèi)大、中、小、微機(jī)環(huán)境。它是一種高效率、可靠性好的適應(yīng)高吞吐量的數(shù)據(jù)庫(kù)解決方案。四、物理服務(wù)器向虛擬服務(wù)器的遷移任何一個(gè)像樣的虛擬化解決方案，都會(huì)提供某種類(lèi)型的P2V（物理到虛擬）遷移工具。該P(yáng)2V工具，會(huì)對(duì)一臺(tái)已有的物理服務(wù)器的驅(qū)動(dòng)器堆棧，做一些必要的修改，來(lái)進(jìn)行硬盤(pán)鏡像的虛擬化，以便服務(wù)器可以以虛擬服務(wù)器的形式進(jìn)行啟動(dòng)和運(yùn)行。這么做的好處，是不必重建服務(wù)器，再人工把它們配置為虛擬服務(wù)器；只需原封不動(dòng)地把服務(wù)器接收過(guò)來(lái)就行。鏈接：P2VP2V（Physicaltovirtual，物理到虛擬），是指將操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序或者數(shù)據(jù)從計(jì)算機(jī)的物理硬盤(pán)中遷移到一個(gè)虛擬環(huán)境中或是磁盤(pán)分區(qū)中。P2V可以手工創(chuàng)建或定義一個(gè)虛擬環(huán)境，并在此環(huán)境中安裝操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序或者數(shù)據(jù)。這可能會(huì)是一個(gè)冗長(zhǎng)或不確定的過(guò)程，尤其是在一個(gè)包含大量舊的硬件條件的新環(huán)境中。為了簡(jiǎn)化操作，會(huì)有一些支持全部或者部分虛擬化的自動(dòng)軟件工具，也就是我們所熟識(shí)的遷移工具。通常P2V就是創(chuàng)建虛擬的應(yīng)用服務(wù)器環(huán)境，如同在蘋(píng)果上搭建虛擬環(huán)境從而運(yùn)行Windowso因此，如果你的數(shù)據(jù)中心，充斥著主頻低于GHz的日漸老化的服務(wù)器的話，它們正是P2V遷移的絕佳候選者。由于這些授權(quán)你已支付，你甚至無(wú)需為

獲取授權(quán)的成本擔(dān)憂。你幾乎可以騰出128臺(tái)主頻不過(guò)GHz的傳統(tǒng)服務(wù)器的空間，讓位于8臺(tái)1U高的雙槽四核服務(wù)器，服務(wù)器帶雙千兆以太網(wǎng)卡以及兩套獨(dú)立的iSCSI磁盤(pán)陣列，均通過(guò)千兆以太網(wǎng)交換機(jī)互聯(lián)到一起。每年在老系統(tǒng)上花費(fèi)的的硬件維護(hù)費(fèi)，足夠支付購(gòu)買(mǎi)這里所有的新硬件。盡管想象一下吧，進(jìn)行這樣的遷移之后，你的服務(wù)器空間會(huì)有多整潔。新硬件可全部裝進(jìn)一個(gè)機(jī)架中，給你騰出了大量的擴(kuò)展空間。作為虛擬化的一個(gè)額外的好處，你可以得到一個(gè)災(zāi)難恢復(fù)計(jì)劃。因?yàn)椋摂M化后的鏡像可被用于實(shí)時(shí)恢復(fù)所有服務(wù)器。自問(wèn)一下，如果是傳統(tǒng)的服務(wù)器死掉的話會(huì)發(fā)生什么事情？你還記不記得如何從潦草的記錄中去重建并重新配置回所有的服務(wù)器？（我想你現(xiàn)在就要哭出來(lái)了）。利用虛擬化，通過(guò)P2V鏡像重建虛擬服務(wù)器，你可以在1個(gè)小時(shí)之內(nèi)恢復(fù)ActiveDirectory（活動(dòng)目錄）和ExchangeServer（交換服務(wù)器）。五、虛擬服務(wù)器的補(bǔ)丁管理五、虛擬服務(wù)器的補(bǔ)丁管理虛擬服務(wù)器的補(bǔ)丁管理，與正常服務(wù)器的并沒(méi)有什么不同。因?yàn)椋總€(gè)虛擬操作系統(tǒng)，就是自己獨(dú)立的虛擬硬盤(pán)。你仍需要一個(gè)補(bǔ)丁管理系統(tǒng)，來(lái)對(duì)所有服務(wù)器進(jìn)行打補(bǔ)丁；不過(guò)未來(lái)可能會(huì)出現(xiàn)有趣的發(fā)展。如果服務(wù)器共享某些公共的操作系統(tǒng)或應(yīng)用二進(jìn)制代碼的話，也許可以對(duì)多個(gè)操作系統(tǒng)同時(shí)打補(bǔ)丁。理想情況下，你可以為獨(dú)立的或一組類(lèi)似的服務(wù)器分配一種補(bǔ)丁級(jí)別。目前，還需要像在其他操作系統(tǒng)上做過(guò)那樣，對(duì)虛擬操作系統(tǒng)進(jìn)行打補(bǔ)丁。不過(guò)，在虛擬化領(lǐng)域?qū)⒂兴鶆?chuàng)新，而你在物理服務(wù)器上是做不到這些的。六、授權(quán)與支持方面的考慮軟件的許可，是虛擬化的一大擔(dān)憂。誰(shuí)都不想為運(yùn)行于單臺(tái)服務(wù)器上的16個(gè)虛擬會(huì)話支付16份許可。（高昂的）軟件許可，通常會(huì)令硬件開(kāi)銷(xiāo)相形見(jiàn)細(xì)。因此，在共享的硬件上，運(yùn)行一份許可為2萬(wàn)美元的軟件是愚蠢的。這種情況下，最好是在速度最快的物理服務(wù)器上跑軟件，不要進(jìn)行任何虛擬化，以便增加開(kāi)銷(xiāo)。對(duì)于像WindowsServer2003標(biāo)準(zhǔn)版這類(lèi)的軟件，需要為運(yùn)行在物理服務(wù)器上的每個(gè)虛擬會(huì)話支付費(fèi)用。此規(guī)則的例外是企業(yè)版，允許運(yùn)行在1臺(tái)物理機(jī)器上以1份許可分費(fèi)用運(yùn)行WindowsServer2003的4分虛擬拷貝。微軟的這項(xiàng)許可策略應(yīng)用于以WindowsServer2003為操作系統(tǒng)的任何虛擬技術(shù)上。如果你用的是開(kāi)源軟件，就不必?fù)?dān)心許可問(wèn)題。因?yàn)椋恢本褪敲赓M(fèi)的，你所需要關(guān)心的是支持合同。如果你在考慮開(kāi)源的虛擬化操作系統(tǒng)或軟件，確保你已計(jì)算了支持方面的開(kāi)銷(xiāo)。如果支持費(fèi)用與該軟件的虛擬化實(shí)例數(shù)量有關(guān)，最好是把花費(fèi)最大的部分放到專(zhuān)用服務(wù)器上運(yùn)行以節(jié)省費(fèi)用。記住，硬件相對(duì)于軟件許可及/或服務(wù)支持費(fèi)用而言，那是相當(dāng)小，這一點(diǎn)很重要。計(jì)算硬件成本的時(shí)候，確保也計(jì)算了硬件的維護(hù)、耗電、制冷和機(jī)架空間所需的費(fèi)用。虛擬化技術(shù)本身，也需要考慮許可和支持。好消息是，所有的主流的虛擬化玩家，都有某些免費(fèi)的方案供你起步。即便在一年前，由于VMware幾乎是僅有的玩家，免費(fèi)的虛擬化還是不可能的。不過(guò)現(xiàn)在， VMware，Microsoft，XenSource,和VirtualIron,都有了免費(fèi)的解決方案了。七、服務(wù)器虛擬化十大重要功能x86平臺(tái)上的服務(wù)器虛擬化，已經(jīng)超過(guò)十年了；但在很多行業(yè)里人們還把它當(dāng)做新技術(shù)。不過(guò)，對(duì)我們這些已經(jīng)適應(yīng)了服務(wù)器虛擬化環(huán)境的人來(lái)說(shuō)，它已經(jīng)變得就像空氣和水這些賴以生存的元素一樣，我們?cè)缫巡辉敢庠倩氐健拔锢硎澜纭薄?duì)于IT行業(yè)，服務(wù)器虛擬化改變了游戲規(guī)則，沖破了物理世界中的條條框框，給人們帶來(lái)了前所未有的效率和新功能。如果你還在岸邊觀望，那么我會(huì)在這里給你列出十條原因，幫助你沖入服務(wù)器虛擬化的大海中暢游。10、節(jié)約能源，走向綠色科技現(xiàn)今有誰(shuí)會(huì)不關(guān)心環(huán)境問(wèn)題呢？把物理服務(wù)器遷移到虛擬機(jī)，然后集成在一起，可以極大地減少物理服務(wù)器的數(shù)量，降低數(shù)據(jù)中心每個(gè)月的能耗和制冷開(kāi)銷(xiāo)。9、降低數(shù)據(jù)中心碳足跡這個(gè)也和節(jié)能有關(guān)。使用虛擬化對(duì)服務(wù)器進(jìn)行整合，會(huì)極大地減少數(shù)據(jù)中心的碳足跡。這意味著少得多的服務(wù)器，少得多的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，還有更少的機(jī)架；而且這些同樣也會(huì)減少占地空間。8、白送的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境完成服務(wù)器整合之后，為什么不把多余的硬件搭成一間實(shí)驗(yàn)室呢？應(yīng)用虛擬化技術(shù)，你可以輕松地建立起一個(gè)自己的實(shí)驗(yàn)或測(cè)試環(huán)境，在隔離的網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行。7、服務(wù)器準(zhǔn)備時(shí)間更快對(duì)數(shù)據(jù)中心管理員來(lái)說(shuō)，有什么能比快速的開(kāi)機(jī)和準(zhǔn)備時(shí)間更吸引人呢？服務(wù)器虛擬化的彈性功能，讓你在一眨眼的時(shí)間里，完成系統(tǒng)的準(zhǔn)備和部署。你可以快速的克隆鏡像、主模板或者是現(xiàn)有的虛擬機(jī)，只需要幾分鐘就可以建立并且運(yùn)行服務(wù)器。6、消除硬件廠商鎖定雖然并不總是壞事，但被某一家服務(wù)器供應(yīng)商牢牢捆住，總讓人有點(diǎn)不舒服。服務(wù)器虛擬化，可以把這些底層的硬件抽象出來(lái)，用虛擬的硬件和管理器替換掉它們。這樣，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，可選擇的余地就大得多了。5、提高運(yùn)行時(shí)間大多數(shù)服務(wù)器虛擬化平臺(tái)，都能夠提供一系列物理服務(wù)器無(wú)法提供的高級(jí)功能，用來(lái)保持業(yè)務(wù)延續(xù)和提高運(yùn)行時(shí)間。這些功能在不同的虛擬化平臺(tái)上，名稱各異，但內(nèi)容差不太多，比如實(shí)時(shí)遷移、存儲(chǔ)遷移、容錯(cuò)、高可用性，還有分布式資源管理。這些功能，能夠在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，