基于中小型企业服务器虚拟化系统的设计与实现23109.pdf
申请上海交通大学工程硕士专业学位论文基于中小型企业服务器虚拟化系统的设计与实现院系：计算机科学与工程系工程领域：计算机技术交大导师交大导师：张冬茉(教授)企业导师企业导师：顾明峰(高级工程师)工程硕士：叶嘉玮学号:1090332053上海交通大学电子信息与电气工程学院2011年 7 月ADissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityforMasterDegreeofEngineeringTHE DESIGNAND IMPLEMENTATIONOFSERVERVIRTUALIZATIONSYSTEMFORMEDIUMAND SMALLENTERPRISEAuthor：Ye JiaweiSpecialty:ComputerTechnologyAdvisor:Prof.ZhangDongmoAdvisor:Prof.Gu MingfengSchoolofElectronic,InformationandElectricalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghai,P.R.ChinaJuly,2011上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密。(请在以上方框内打“”)学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日上海交通大学工程硕士学位论文摘要I基于中小型企业服务器虚拟化系统的设计与实现摘 要随着电子信息化的不断发展，中小型企业的服务器数量变得越来越多。如何提高这些服务器的使用效率、降低由于硬件和软件的故障而对业务的连续性造成的影响、减少应用程序部署和及迁移的工作量和时间、减少机房电力以及空调设施的投入、减少 IT 管理人工等问题已经变得日益突出，而本文所介绍的服务器虚拟化就是解决这些问题的重要方式之一。服务器虚拟化，其核心思想就是能够通过区分资源的优先次序，并随时随地的将服务器的资源分配给最需要它们的工作负载，最终达到简化管理和提高资源利用率的目的，从而减少为了单个工作负载峰值所储备的资源。VMware公司开发的虚拟化架构产品，使用 VMwarevSphere来构建一个虚拟化的基础架构，运行企业所依赖的多种应用程序和基础架构服务，并利用 vCenter来进行单一的集中化管理，简化了 IT的配置和操作。在企业降低了 IT 运营成本的同时，又大大的提高了硬件的资源利用率。本文详细地论述了 VMware虚拟化架构的结构原理、VMwarevSphere虚拟化套装主要组件的功能以及 vCenter服务器的作用，并通过分析当今中小型企业在 IT 运营管理上所遇到的一些问题，提出了一套使用 VMware的虚拟化解决方案。然后结合了采埃孚中国公司在亚太区数据中心部署虚拟化的成功实施案例，详细记录了从部署前对整个公司的 IT 架构进行评估和分析，到中期设计实施方案和最后安装和配置VMware虚拟化系统的整个过程。本文研究工作的意义和成果在于，本文所研究的对象-服务器虚拟化，在国外已经被广泛熟知或认可，但是在国内还处于朦胧的起步阶段。希望通过本文对 VMwarevSphere套装功能的理解应用和在采埃孚中国的成功案例，为那些中小型企业 IT 管理者提供参考，让他们也能体会到服务器虚拟化所带来的高效率，高资源利用率以及上海交通大学工程硕士学位论文摘要II低成本占用。关键词：高资源利用率，高效率，低成本，服务器虚拟化，VMwarevSphere上海交通大学工程硕士学位论文ABSTRACTIIITHE DESIGNAND IMPLEMENTATIONOF SERVERVIRTUALIZATIONSYSTEMFOR MEDIUMAND SMALLENTERPRISEABSTRACTWiththedevelopmentof electronicinformation,theservernumberof middleandsmallenterpriseisbecomingmoreandmore.How toincreasetheserversefficiency,lowertheimpactof businesscontinuitydueto thefaultofhardwareandsoftware,reducetheworkloadandtimeof applicationsdeploymentandmigration,reducetheinvestmentofpowerandairconditionfacility,reducetheIT administrationisincreasinglyprominent.Theservervirtualizationisoneofthemostimportantsolutions.Servervirtualization,themainideaisableto distinguishthepriorityof resources,distributetheserverresourcesto themostneededworkloadatanytime,to simplifythemanagementandimprovetheresourceutilization,reducethereserveresourcesforthesingleworkloadpeak.TheVMwarecorp.developedavirtualinfrastructureproductVMwarevSphere,itcanhelpstheenterprisetocreatea virtualIT infrastructure,runthereliablemultipleapplicationandinfrastructureservice,centralizethemanagementthroughvCenter,simplifytheIT configurationandoperation.ItnotonlyreducetheIT operatingcostforthecompany,butalsoincreasethehardwareutilization.ThisdiscussesindetailforthestructureofVMwarevirtualinfrastructure,thefunctionof themaincomponentsinVMwarevSphereandvCenter.We proposedavirtualizationsolutionby analyzingtheproblemsin theIT managementof mediumandsmallsizecompany.WiththesuccessfulcaseinZFsdatacenter,we describedthewholeprocessthat上海交通大学工程硕士学位论文ABSTRACTIVincludethefullyevaluationand analysisfortheIT infrastructure,designtheimplementationplan,installandconfiguretheVMwarevirtualsystem.Thesignificanceandresultsof thisarticleisthattheobjectwe researchservervirtualization,isfamiliarandwellacceptedabroad,butinChina,itsstillinthebeginning.Hopefulwiththebetterunderstandingof theVMwarevSphereandsuccesscasein XXcorp.we canprovidethereferencefortheIT managers,allowingthemtoexperiencethehighefficiency,highhardwareutilizationandlowcostoftheservervirtualization.Keywords:Highefficiency,Highhardwareutilization,lowcost,servervirtualization,VMwarevSphere上海交通大学工程硕士学位论文目录目录摘 要.IABSTRACT.III第一章 诸论.11.1研究背景及问题的提出.11.2国内外研究现状.31.2.1国外研究现状.41.2.2国内研究现状.61.3研究的目标及其意义.91.4本文的组织结构及其章节编排.10第二章服务器虚拟化的理论基础.122.1虚拟化技术简介.122.1.1虚拟化定义.122.1.2服务器虚拟化技术.132.2服务器虚拟化带来的优势.142.2.1总体拥有成本.142.2.2VMWARE服务器虚拟化系统带来的优势.142.3使用 VMWARE来降低 TCO.152.3.1降低硬件费用.162.3.2减少 IT 运营的费用.162.3.3减少停机时间所造成的损失.172.3.4减少商务管理的费用.182.4小结.18第三章 基于 VMWARE虚拟化系统的分析与设计.193.1实施背景.193.2虚拟化系统的需求分析.203.2.1服务器 CPU 使用效能评估.203.2.2服务器磁盘使用率评估.233.2.3服务器网络状态评估.243.3虚拟化系统方案设计.263.3.1硬件选择方案.263.3.2虚拟化软件选择及介绍.283.3.3网络架构方案设计.323.3.4虚拟化架构系统方案设计.333.4小结.34第四章 VMWARE虚拟化架构系统的实现.354.1虚拟化系统基础架构的实现.354.1.1虚拟化架构系统实现.35上海交通大学工程硕士学位论文目录4.1.2虚拟化系统集中式管理实现.394.2虚拟化架构系统网络实现.424.2.1虚拟网络架构基础.424.2.2虚拟网络实现.434.3虚拟化架构系统存储实现.444.3.1虚拟存储架构.454.3.2虚拟存储架构实现.474.3.3VMWARE分布式服务.494.4本章小结.50第五章 系统投资收益分析.525.1实施后投资收益分析.525.1.1硬件投资收益分析.525.1.2周边设施投资收益分析.535.1.3IT 管理维护以及软件的投资收益分析.535.2实例分析.545.3本章小结.54第六章 结论与展望.566.1总结.566.2虚拟化所面临的问题.576.3对于未来的展望.57参考文献.59致谢.62作者攻读学位期间发表的论文.63上海交通大学工程硕士学位论文第一章诸论1第一章 诸论1.1研究背景及问题的提出随着电子信息化的不断发展，如今一些中小型企业所面临的比较严峻的问题是一方面随着业务模式的扩大，业务数据量的飞速增长，服务器的数量需求也随之激增；另一方面，由于服务器计算能力的利用率普遍低下，企业中大多数服务器运行时只有少部分工作负荷得到利用，这样就造成了资源分配的极大不合理性和资源利用的低效性1。在如今世界经济状况并不是太好的今天，IT 运营方面的预算通常是每个老板削减的第一目标。为了能使自己的企业能够在变化迅速的道路上保持高速稳定的发展，IT 系统必须要能满足随需而变的业务需求，IT 架构应当具有良好的扩展能力和柔韧性，能够快速响应企业的需求变化，并且能够根据业务的需要去动态的分配资源，从而提高了公司业务的响应能力；降低运维的成本，提高运行效率；降低企业集成化应用的复杂性，节省了系统整体成本2。但是如果重新审视一下目前中小型企业的 IT 架构，会发现现有的 IT 基础架构根本无法满足未来的发展需要，由此可见，对于目前中小型企业在 IT 管理上所存在的问题可以归纳为:1.低下的设备利用率3尽管 x86系统使横向计算变得普遍，但他们也带来了很强的边际效应-非常低下的系统利用率。一台 x86服务器的平均利用率基本只有他本身性能的 10%-15%，虽然有时候偶尔会达到满负荷。可能就一个个体而言，人们会对在一台廉价的服务器上浪费一点性能不以为然，事实上也的确没有好的方法去预防这一点。但是当大多数的业务都运行在这些服务器上的时候，这些被浪费的性能就显而易见了。以下就是造成这种性能浪费的几种潜在原因：1)几乎每一个应用程序都有它自己的服务器4。通常 IT 会给每个应用程序部署上海交通大学工程硕士学位论文第一章诸论2一台专属服务器，因为这样做可以通过简单的管理来减少由于不同的应用程序运行在同一台服务器上互相争夺系统资源而造成用户使用性能低下的机会。同时这样也可以让配置系统和打补丁更简单化，因为很多应用程序仅需要一些很小区别并且互不兼容的系统设置和补丁。这样的结果就是企业的数据中心会有大量的服务器，包括 AD 服务器，邮件服务器，文件服务器，WEB 服务器，防病毒服务器和打印服务器等，大量的服务器不仅造成了维护上的困难，而且对机房的供电和制冷也是一个较大的负担。另外，一旦服务器的使用年限到期以后，故障率上升，维护成本增加。当需要进行服务器替换时，大量的数据迁移，服务器系统安装和打补丁，对 IT 部门来说会是一个噩梦。2)存储被不可避免的浪费5。在很多数据中心里，直接连接的存储都被极大的浪费着。每台服务器都分配了一些磁盘，而这些磁盘是不能和其他系统所共享的。这使得在你的应用环境里，所有的服务器被存储容量所束缚着。相比之下，网络存储系统就运行在相对较高的利用率，因为存储是由集中的存储池供应的。尽管如此，由于有重复的数据和被过度供应的存储卷，存储容量还是被浪费了。这是一个普遍的现象，由于存储管理员需要为数据增长预留空间,导致了存储卷不能被离线使用,而且每次容量用完之后就需要扩充一次。2.大量的管理费用。在大多数 IT企业里，管理IT的费用是非常高的。和那些大型网络公司比如Google和 Amazon不同，许多企业规模非常庞大，他们不得不使用许多管理员来运行他们的系统。企业 IT 和服务供应商的一个最主要的区别就是系统变量的数量。许多企业 IT 想标准化在尽可能少的硬件平台、操作系统和配置上。但是尽管有了标准化的流程，很多应用程序还是不得不放弃标准化，因为他们不能运行在那些标准化的设置上。这些设置中的每一步都必须被单独配置、测试、并且重复的升级、打补丁。除额外的管理费用之外，这还使得大规模的自动化变得非常困难，因为这些重要的费用牵涉到要自动化每一个变量。造车厂不会新建一家厂去建造 10000辆完全不同的车，自动化 IT上海交通大学工程硕士学位论文第一章诸论3也一样。一个标准化的环境更容易被自动化起来，反之，一个高度自定义的环境则需要更多的手动工作。3.许多应用程序不是为了适应性设计的6大多数企业都有及其多样性的软件环境，他们由很多现成的应用程序加上那些公司自行花时间和技术所开发的软件组成。新的基于服务导向的程序会更富有弹性，更容易被衡量，但是大多数商业软件和自定义软件并不是这样设计的。带来的结果就是，自行开发的的应用程序会有下面 2 个缺点：1)缺乏弹性。由于大多数程序没有内置一个机制去容错，那些比较重要的系统需要使用额外的产品去保护他们。高端产品比如聚类和复制能提供很优异的性能，但是他们需要额外的系统，这些系统在平时状态下是处于待机状态的，没有一点用处。2)无法搭建一个能够快速响应的测试平台7。如今 IT 并不能适应商业情况的快速变化，因为服务器、存储以及网络架构不可避免的被应用程序所“绑架”了。一些开发部门需要经常开发和测试新的软件，如果全部用物理服务器去分发的话，投资成本将会十分巨大，而且对于服务器的性能来说是一个极大的浪费。针对以上三大服务器架构所存在问题，不少知名的 IT 厂商(例如 Unix服务器领域有 IBM、SUN 和 HP 等，PC 服务器领域有 VMware、Citrix和 Microsoft等)提出了各自的服务器虚拟化方案8，接下来我们会详细论述 VMware在 PC 服务器领域的作用。1.2国内外研究现状服务器虚拟化技术成为最近几年来最为热门的技术之一，但是该项技术并不是最近才出现的新技术，而是从上世纪60、70年代起就已经广泛运用于IBM的大型机中9。随后，该项技术通过不断发展和演变，现在已经广泛存在于小型服务器和PC 服务器中，并存在大量成熟的商业产品。上海交通大学工程硕士学位论文第一章诸论41.2.1国外研究现状尽管现在虚拟化技术的热潮是由于该技术在 X86服务器架构上的迅速普及所引发的，但是最初虚拟化技术的来源不是在 X86架构上，而是在大型主机上。最早使用虚拟化技术的是 IBM公司的 7044大型机，IBM 之后在上世界 60 年代还开发了型号为 Model67的System/360主机。Model67主机能够通过虚拟监视器(VirtualMachineMonitor，以下简称 VMM)虚拟所有的硬件接口。在早期的计算中，操作系统被称为Supervisor，能够在其他操作系统上运行的操作系统被称为 Hypervisor10，如图 1-1所示。图 1-1虚拟机管理器结构图Fig.1-1Thestructureofvirtualmachinemonitor其中，VMM 能直接运行在硬件底层上面，允许运行多个虚拟机(VirtualMachine，以下简称 VM)，每一个 VM都运行自己的操作系统实例(ConversationalMonitorSystem，简称 CMS)。由于虚拟化技术在商业应用上的优势，RISC服务器与小型机成了虚拟化技术的第二波受益者。1999年，IBM 公司在 AS/400上提出了“逻辑分区(LPAR)”技术和新的高可用性群集解决方案。在 POWER管理程序上运行 AS/400LPAR可以使单台服务器工作起来如同 12 个独立的服务器。而在 2002年，IBM 还更进一步，其AIX5Lv5.2首次包括了 IBM 实现的动态逻辑分区(DLPAR)。DLPAR允许在无需重启系统的情况下，将包括处理器、内存和其它组件在内的系统资源分配给独立的分区。上海交通大学工程硕士学位论文第一章诸论5这种能在不中断运行的情况下进行资源分配的能力不仅让系统管理变得更为轻松，而且也让因为能够更好地使用资源而帮助降低总拥有成本。而现在，虚拟化技术的发展已经惠及到了 x86架构。此前，虚拟化技术在 x86架构上进展缓慢的主要原因有二：第一是由于 x86架构本身不适合进行虚拟化，另一个原因则是因为 x86处理器的性能不足。自 2006年以来，由于英特尔和 AMD 这些处理器厂商的加入，x86处理器的架构问题已经得到了解决，同时也由于 x86处理器如今在性能上的飞速提高，第二个问题也迎刃而解。随着 x86架构的广泛普及，数量众多的第三方软件厂商的涌现以及服务器系统厂商的高调，x86架构上的虚拟化技术也得到了比以前多得多的关注，我们看到了一个趋于完整的服务器虚拟化的产业生态系统正在逐渐形成。这也使得在过去的一两年时间里，虚拟化开始成为广受关注的热点话题。整体看来，随着计算机新技术的飞速发展，虚拟化的前景和几年前相比几乎已经彻底改变了，新的虚拟化平台前景十分乐观11。美国 Bowdoin学院在美国所有文理学院中排名第七，成立于 1794年，至今已经有 200多年的历史。近年来，Bowdoin学院发展迅速，日益增长的服务、应用需求让他们必须添加更多的服务器，原来的数据中心空间已经远远不够用了，他们得把学校500平方英尺的数据中心扩大一倍才行，但 200万美金的扩建成本让 Bowdoin学院望而却步了。尽管望而却步，但扩建压力仍然存在，2003年，该学院系统管理员决定通过虚拟化整合服务器，一台物理服务器上运行多个虚拟服务器，每个虚拟服务器可以运行一个或多个不同的应用程序，甚至不同的操作系统。当时的决定是在数据中心机房资源很紧张的情况下做出的。因为他们无法增加新服务器，如果增加那么就必须得改变电力系统、冷却系统和 KVM，而且机房空间也已经接近极限了。走向虚拟化的另一个原因是：软件的支持遇到了问题。软件厂商看到他们的软件产品和其他应用跑在同一台硬件设备，就不愿意提供服务支持。IT 管理员称，“我们就想通过虚拟化硬件基础设施，创建多个可独立安装在一个物理节点上的虚拟服务器。”之后，IT 管理者开始在 VirtualIron软件公司的开源 Xen、微软的 VirtualServer、上海交通大学工程硕士学位论文第一章诸论6SWsoft公司的 Virtuozzo软件，和 VMware公司的 ESXServer中寻找解决方案。最后选定了 VMware的 ESX，因为它能够虚拟化我们的 Intel硬件平台。其他产品支持的操作系统或管理工具不够广泛。在单台 ESX 服务器上，他可以允许运行 5 个虚拟服务器。Windows2000，Windows2003，WindowsXP，Linux和 SunSolaris所有系统都可以在同一物理硬件上运行12。这样一来，学校就可以节省地面空间，不必再为扩建资金不足而发愁了，因为现在根本没必要扩建了。IT 管理者介绍说，他们的虚拟化项目只用了 20 万美元-仅仅是扩建成本的十分之一，其中 15 万美元用来购买了 16 台惠普刀片服务器，其余的 5万美金用于 VMware虚拟化软件。两年半后，2006年，Bowdoin学院 70%的应用程序是运行在虚拟机上的。如果不采用虚拟化技术，他们预计共需要 101物理服务器。但通过采用虚拟化，学校只有 46 台服务器，包括 16 台刀片服务器。这 46 台服务器当中，有 10 台在运行 VMwareESX 软件。虚拟化技术帮助他们节省了约 60 台服务器，避免了新数据中心的建设。除了省下购买新服务器的费用，虚拟化还间接的节省了电力、冷却、备份额外数据的成本支出等等。管理员把这些成本形象的比喻成了滚雪球，“如果把后续运维成本都考虑进去，200万美元可能还是个比较保守的数字。”系统管理员表示，决定采用服务器虚拟化是思维方式的巨大变化，因为虚拟化对所有人来说是一项全新的技术。1.2.2国内研究现状虚拟化技术已经开始深入人心，虚拟化技术在中国推广的进程也很迅速，人们对虚拟化认知度相比以前有了很大的提高，企业对服务器虚拟化所带来的诸多优势不再持有怀疑的态度，这些优势包括资源运用更加合理充分，在管理上的高效性等等。不过就目前的国内形式来看，真正实现虚拟化的服务器比例还不是很高，国内部署服务器虚拟化的比例还不到 10%，也就是说，将近有 90%的服务器还在使用传统的物理架构，并没有使用虚拟化13。目前在国内推广虚拟化的难点最主要是安全性、稳定性以及实行虚拟化以后带来上海交通大学工程硕士学位论文第一章诸论7的未知性。由物理机变成虚拟机有很多未知性，需要更多的从用户的角度去判断实施虚拟化后会带来的问题，比如数据中心的几百台服务器在实现虚拟化以后如何来管理，在人员、工具、流程上发生了什么变化等等。很多用户最开始是将虚拟化部署在测试环境和开发环境中，然后再逐步过渡到生产环境。另一方面，中国的国情跟国外是不一样的，在国外认为很正常的优点，到国内不一定会认为这是优点，比如服务器 CPU使用率通常只有 10%，在国外普遍被认为这是一种浪费，是急需要解决的问题，这是他们要使用服务器虚拟化最初的出发点之一。但是国内企业的的一些用户，不会去在意 CPU的利用率是多少,他们更关心服务器的可靠性和稳定性，要求服务器即便虚拟化了也不能影响到系统的可靠性和稳定性。不过目前这种状况正在渐渐改变，由于国家倡导节能减排，国内的用户由于这种驱动，也会逐步采用服务器虚拟化这种解决方案。所以要根据不同的使用情况，结合企业用户的不同需求，从提高稳定性和提高前端业务用户的满意度为基准，去分析为什么用服务器虚拟化，而不仅仅是简单的成本分析，可能更容易被用户接受。从开始让在前端使用 IT 服务的业务用户感知虚拟化方案，体会虚拟化带来的好处，逐渐过渡到他可能不知道的服务器虚拟化。虽然业务用户不关心后台是如何运作的，但是毕竟 IT 是为业务服务的，首先让用户认识到什么叫做虚拟化，让他可以更简单更直观的了解虚拟化技术，这样会更容易推进服务器虚拟化的整个进程。下面让我们看一下一家国内企业成功实施部署虚拟化的案例。中国电信股份有限公司上海研究院(以下简称上海研究院)是中国电信集团公司产品开发和业务研究的主要科研机构。由于上海研究院承担了很多相关产品的测试工作，不仅任务繁重，而且测试环境的变化也十分频繁，这对测试环境的部署提出了非常高的要求。上海研究院拥有雄厚的科研基础设施，强大的科研开发团队和高水平的研发成果。但是，上海研究院经常遭遇测试环境多变的问题：当某项测试工作完成之后，在一段时间由于项目需要，要求重现该测试环境，如果采用物理服务器反复重装的方式上海交通大学工程硕士学位论文第一章诸论8来准备这样的环境，管理起来过于复杂，人力成本过于高昂，同时也不能保证测试环境重现后的一致性。上海研究院为了切实解决研发测试中遇到的问题，开始了系统革新的实践。为此，上海研究院制定了非常明确的目标：1.企业需要快速部署测试环境，以便能够进行测试服务；2.需要及时地更换测试环境，以便更好地利用硬件设施；3.需要重复利用一些测试环境，但是又不能长期将服务器闲置；4.需要更好地对服务器进行管理，降低维护成本；5.节省有关服务器占用的空间，也是需要重点考虑的问题。VMware的 ESX Server中的 P2V工具、VMotion工具与 VirtualCenter，因其高可用性等功能，能够更好地符合企业级的业务需要，帮助上海研究院通过服务器虚拟化技术，实现测试环境的快速部署和维护，使得应用系统测试环境的搭建从此前的数日缩短到现在的一小时之内，大大降低了人力成本,提高了开发效率。上海研究院利用四台 Dell公司 PowerEdge6850服务器，该型号服务器为基于Intel服务器芯片的四路四核系统，后端连接 EMC CX600磁盘阵列，搭建了整个虚拟化应用架构。同时利用 ESX Server3.5作为其服务器虚拟化的产品，配合使用其中的P2V功能、VMotion功能和 HA 高可用性，部署了部分测试用的虚拟环境，在每台物理服务器上部署了 5 到 6个虚拟机，通过 VirtualCenter能够进行统一的虚拟机管理和计算资源、存储资源的调度，实现了快速的系统迁移。上海研究院通过采用虚拟化方案，利用统一的模板，能够很快部署好新的应用环境。此前搭建测试环境需要数天的时间来准备，现在通过服务器虚拟化模板，只要不到一小时的时间就能够准备完毕，如果是此前的环境重用，只需要数分钟进行虚拟机的启用即可。在使用了虚拟化方案之后，上海研究院的服务器利用率从原有的平均 10%提升到了现在的 70%-80%。此前，如果同时有 10 多个测试任务的话，由于涉及到多个部门，每个任务都需要多台服务器，必须同时准备几十台服务器，从而导致服务器的资源分配问题。通过服务器虚拟化技术，在一台硬件能力较强的服务器上进行切分，能够快速地搭建所需要的测试环境，最大化地利用服务器。上海交通大学工程硕士学位论文第一章诸论9与此同时，针对原有的应用测试环境，上海研究院通过 P2V工具很方便地将其迁移到虚拟环境中，这样就能够保证原先已经搭建的虚拟系统能够不中断地迁移到新环境之下，不会对企业的测试造成损失。自上线运行以来，系统一直非常稳定，很好地满足了企业的测试需求，并且能够降低人力维护成本和电力运行成本，减少了对物理服务器数量的需求，从而降低了对数据中心空间的占用。基于此次虚拟化实施的成功经验，上海研究院准备在将来对现有的 x86服务器进行进一步的整合，在更大范围内部署服务器虚拟化方案。金融危机带给企业的影响是非常深远的。很多企业的IT 运算都会缩减，大量 IT项目将受到影响。但是，我们也要注意到，由于虚拟化方案可以显著降低管理成本，提升 IT 人员的工作便利性，以及对当前有限资源的更充分地利用，金融危机反而会推动虚拟化方案的进程。在前不久 Gartner在美国年会上公布了关于 2010年 CIO关心的十大话题的预测，虚拟化居第一位，也正好证明了这一点14。1.3研究的目标及其意义本文研究的目的在于针对当今很多中小型企业在日常工作中的现状，提出了企业所面临的三大问题，然后通过分析问题并结合国内外企业实例进行研究，提出了一套使用 VMware虚拟化系统的解决方案。再根据本人在采埃孚中国公司数据中心部署虚拟化系统的实际工作经历，旨在阐述 x86平台实行虚拟化系统的优点。本文研究目标由两方面组成：1.设计制定虚拟化架构系统方案通过对采埃孚中国公司在亚太区数据中心的需求出发，因为公司搬迁并需要建立数据中心而决定采用虚拟化架构。在对现存 IT 架构的 CPU使用率、磁盘 I/O性能以及网络流量进行系统的评估分析。然后从硬件选择、软件介绍以及网络架构设计着手，制定出一套使用 VMware虚拟化架构软件的系统实施方案。2.实现虚拟化架构系统从虚拟化架构系统的基础架构开始，对服务器配置、ESX服务器安装部署过程、上海交通大学工程硕士学位论文第一章诸论10使用 VCenter实现集中式管理和使用模板和快照来快速部署虚拟机进行研究。在网络架构方面，针对 vSwitch的作用和工作原理，对虚拟化网络架构进行分析研究。在存储方面，使用光纤通道连接SAN的方式，对存储架构进行研究和配置，最后对VMware的分布式服务进行论述和研究。本文研究的意义在于，通过虚拟化架构系统实施方案的制定，到最终实现虚拟化架构系统整个过程的研究，旨在阐述虚拟化系统在中小型企业实际应用中的几大优点：1.提高了基础架构的利用率，包括CPU、存储以及内存等。2.提高了 IT 管理的效率，包括优化采购和审批过程。3.提高业务连续性和应用的可用性，减少停机时间和快速恢复时间。4.提高安全性。5.减少 IT 机房的能耗。1.4本文的组织结构及其章节编排本文各章节安排内容如下：第一章阐述了当今企业在 IT 管理上遇到的一些问题，提出了使用虚拟化系统的新 IT 架构来解决这些问题，并对虚拟化在国内外的研究现状进行分析，使用 2 个实例简单描述了虚拟化的可用性。第二章阐述了服务器虚拟化的理论基础，提出了 TCO 减少总体拥有此成本这个概念以及如何通过使用 VMware来减少 TCO 的几大方面。第三章从采埃孚中国的实施背景出发，针对现存 IT 架构和需求入手，分析现存IT 架构的性能，从硬件和软件的选择到系统架构，网络架构的设计，制定出了一套使用 VMware的虚拟化系统方案。第四章阐述了虚拟化架构系统的实现过程，包括基础架构操作系统的安装和配置，集中化管理系统的创建和设置，虚拟网络和虚拟存储的连接和配置。第五章简要分析了实施虚拟化系统以后的投资收益，包括硬件投资收益分析，周上海交通大学工程硕士学位论文第一章诸论11边设施投资收益以及 IT 维护管理的收益，从数据上体现了虚拟化架构系统在投资收益上体现的优势。第六章对本系统进行总结并对虚拟化未来前景做进一步的展望，从虚拟化现在所面临的前期投入太高和同时处理数据并发量等问题叙述了虚拟化的不足之处，到 VDI虚拟桌面架构系统的出现，对虚拟化的前景还是非常看好的。上海交通大学工程硕士学位论文第二章服务器虚拟化的理论基础12第二章服务器虚拟化的理论基础2.1虚拟化技术简介在研究虚拟化架构之前,首先需要先了解下虚拟化和服务器虚拟化的概念。2.1.1虚拟化定义虚拟化是一个广义的术语，在计算机方面，它通常指的是计算机元件在虚拟的基础上运行而不是在真实的基础上运行15。虚拟化技术可以显著扩大计算机硬件的容量，简化软件的配置过程。虚拟化是一个抽象层，将物理硬件与操作系统分隔开，从而提供了更高的 IT 资源利用率和灵活性，允许在同一台物理机上能够同时运行多个具有异构操作系统的虚拟机16。图 2-1即为虚拟化的基本结构。图 2-1虚拟化基本结构Fig.2-1Thebasicstructureofvirtualization由于国外大多数厂商宣传的比较多的都是一种基于分区技术的虚拟化，导致了很多人会理所应当的认为虚拟化技术就是分区技术。但是实际上，虚拟化技术可以通过两个方向来帮助实现服务器更加合理的分配资源，一种方向是把一个物理的服务器虚拟成若干个独立的逻辑服务器，彼此互不干扰，这个方向的典型例子就是分区；而另上海交通大学工程硕士学位论文第二章服务器虚拟化的理论基础13一个方向，就是把若干个分散的物理服务器虚拟成一个大的逻辑服务器，这个方向最典型的例子就是网格。只不过到现在为止，网格还处于试验阶段，并没有开始大规模的商业应用17。虚拟化技术与多任务以及超线程技术也是完全不同的18。多任务指的是在一个操作系统中同时并行运行多个程序，而在虚拟化技术中，则可以同时运行多个操作系统，而且每一个操作系统中都可以同时运行多个程序，每一个操作系统都运行在一个虚拟的 CPU或者是虚拟主机上面；而超线程技术则只是使用单个 CPU模拟出双 CPU来平衡程序运行的性能19，这 2 个模拟出来的 CPU是不能被分离的，只能协同一起工作。同时，虚拟主机的出现，使得在互联网上建立站点的成本大大降低，为实现安全稳定的计算能力服务提供可能。2.1.2服务器虚拟化技术关于服务器虚拟化的概念，不同的厂商都有着各自的定义，但是他们的核心思想都是一致的。虚拟化是一种方法，他能够通过区分资源的优先次序并随时随地可以把服务器资源分配给最需要他们的工作负载,以此达到简化管理和提高效率的作用，从而避免了为单个工作负载峰值而去储备过多的资源20。除了大型机，在当今企业里，x86平台服务器已经渐渐成为了主流，人们也意识到了在x86平台上实行虚拟化是未来的发展方向。作为x86虚拟化平台软件的佼佼者，VMware早在 1998年的时候就发布了第一套可以在 WindowsNT 上运行Windows95的虚拟软件，而如今，VMware的虚拟化软件已经更新到了最新的云端操作系统 VMwarevSphere。VMware抓住了计算领域的发展方向，使用户可以将云计算的强大功能引入到企业自身的 IT 基础架构中。VMwarevSphere是在 VMwareInfrastructure的强大功能之上构建的，可以显著降低资金成本和运营成本，加强 IT 基础架构的控制力，同时还保留了可以运行任何操作系统、应用程序和硬件的灵活性，其强大的功能以及便捷的管理方式得到了很多企业用户的一致好评。根据 2010年美国 Forester对 1200多家北美中等规模以上的公司所做的调查，已经在使用虚拟化技术或者已经上海交通大学工程硕士学位论文第二章服务器虚拟化的理论基础14开始进行前期测试的公司比例高达 41%；表示在一年之内会实行虚拟化的公司比例为60%；表示在使用 x86平台虚拟化技术时只考虑 VMware的公司占到了 43%，而只有24%的用户会考虑其竞争对手微软的产品 VirtualServer。2.2服务器虚拟化带来的优势在了解了虚拟化以及服务器虚拟化技术之后,下文将简要介绍用来衡量使用服务器虚拟化所带来的优势。2.2.1总体拥有成本总体拥有成本，也就是 TotalCostOf Ownership，下文简称 TCO，这个概念的问世源于 1980年代后期名为 Garnter公司的一项研究，Garnter公司想要知道购
