虚拟化技术在云计算中的哪些地方发挥了关键作用

云服务器是基于规模化的物理服务器集群，每个集群节点被部署在骨干数据中心，可独立提供计算、存储、带宽等互联网基础设施服务。

小鸟云服务器配备纯SSD架构打造的高性能存储，提供优质、高效、弹性伸缩的云计算服务。同时可弹性扩展的资源用量，最大程度的节省IT运营成本，提高资源的有效利用率。

云服务器的物理架构，由存储服务器集群、计算服务器集群、基础架构管理服务器和网络交换机组成。其中，存储服务器集群构建虚拟资源池，具备超大容量，为节点内的云虚拟机提供逻辑磁盘存储、非结构数据存储以及整合备份服务;计算服务器集群，通过虚拟化技术整合，由控制平台按需生成、调配计算资源;管理服务器，采取双机热备的方式，对整个节点的所有计算服务器、共享存储、网络进行管理，同时对外提供管理整个节点的API;网络交换机，负责管理网段、公网交换网段、内部交换网段、存储网段等。

　　1 什么是服务器虚拟化　　服务器虚拟化是指在单个物理服务器上运行多个相互独立的操作系统的一种技术。通过虚拟化软件将单个物理服务器划分为多个虚拟机。每个虚拟机都能共享物理主机上的物理资源，包括CPU、内存、磁盘和网络资源等。作为一种主流应用技术，越来越多的组织机构都已经或者正在实施服务器虚拟化，它可以帮助节省投资、增加资源利用率，对现有基础设施无需重大变更就可以提高IT响应速度和灵活性。

2 服务器虚拟化技术的优势

① 提高服务器利用率：大部分服务器的利用率仅为全部性能的三分之一甚至更少，通过将多个工作负荷整合至一台服务器上，可以实现更高的资源利用率。

② 提高业务持续性：业务持续性对系统可靠性提出了更高要求，服务器虚拟化技术强大的容错、灾备、快速恢复特性，可以提高系统可靠性，从而维持业务持续性。

③ 动态资源调配：服务器虚拟化可以实时自动平衡工作负载。通过实时迁移功能，资源调配工具可以将运行中的虚拟机在线迁移至拥有更多资源的其他服务器上，或者灵活调整其他虚拟机，从而匹配工作负载，实现业务和资源最优化。

3 利用服务器虚拟化的几种情况

31 优化已退出业务应用但仍需保持在线的系统

随着业务不断发展，一些系统已不再适用，新系统取而代之，一般的做法是数据迁移至新系统，旧系统下线，但也有一些情况并不迁移数据，旧系统维持在线作为历史查阅之用。对于这样的情况，由于对服务能力要求的大幅降低，继续保持旧系统运行会造成一定的资源浪费，此时便可以将其虚拟化，整合多个业务到一个物理服务器中集中运行，从而降低综合运维成本。

32 迁移运维困难的旧系统

一个应用系统也许会持续使用多年，硬件设备随时间推移逐渐老化，由于厂商服务及备件问题，后期运维成本逐渐增大以致无法维持，而随着硬件技术的发展和操作系统更新，新的服务器却可能因兼容性而无法使用，为解决这一矛盾，利用虚拟化软件的兼容性，将新服务器虚拟化之后，模拟原运行环境，部署旧系统和应用，使之得以延续生命周期。

33 利用计算能力强的新硬件，整合多个旧系统

每个系统对服务器性能都有一定要求，而随着技术的发展，新硬件的计算能力大幅提高，远超出旧系统的需求，如果在更新服务器时，同时利用虚拟化将多个旧系统装入一个物理服务器中，通过合理调配虚拟机资源，可以保证在节省空间、节约电力，节约投资的同时又满足多系统并存对资源的需求。

34 软件开发和测试环境

通过服务器虚拟化，可以以较低的成本，快速创建和复制特定类型的软硬件环境，用于软件开发和测试。同时虚拟机的快照和快速恢复特性也非常适合于此类环境的工作要求。

35 提高服务的安全性

通过服务器虚拟化，将相同类型的一组服务，根据不同的服务对象或业务需要，部署同一物理主机的在不同的虚拟机中，使服务之间相互隔离，互不影响，从而提高服务的可靠性和安全性。

4 服务器虚拟化的常用软件

41 Microsoft Hpyer-V

Hyper-V是微软伴随Windows Server 2008推出的服务器虚拟化解决方案，采用了全新的64位微内核管理程序架构，让Hyper-V在性能和安全性上都有较大提高。利用新的虚拟服务程序/虚拟服务客户端（VSP/VSC）架构使磁盘、网络等核心资源的访问利用得到改善。Hyper-V支持不同类型的（例如Windows、Linux及其他操作系统）32位和64位操作系统，具有非常好的硬件兼容性，但Hyper-V要求处理器必须支持AMD-V或者Intel VT技术。

42 VMware ESX server

ESX server是当前服务器市场上最成熟，最流行的虚拟服务器产品。是适用于任何系统环境的高效灵活的企业级虚拟主机平台，对比其他虚拟软件产品，ESX的最大优点是可以极大减少宿主系统所占用资源，其内核直接运行在硬件之上，系统稳定性和性能都有很大的提高。其大型机级别的架构提供了空前的性能和资源控制特性，适合各种要求严格的应用程序的需要。同样VMware ESX Server需要处理器支持硬件辅助虚拟化技术才可以更加有效地运行。

43 Citrix XenServer

XenServer作为一种开放的、功能强大的服务器虚拟化系统，能够为任何服务器和数据中心虚拟化项目提供所有关键特性，强大的可扩展性支持任何规模的企业，满足Windows和Linux系列的操作系统以及复杂的存储需求。XenServer基于开源的Xen系统管理程序，直接运行在服务器硬件上，作为准虚拟化技术的代表，其响应能力基本接近未经虚拟化处理的物理服务器，可以以较低的部署成本实现最佳的性能和可扩展性。

5 服务器虚拟化之后的常见问题

51 单点故障风险

虚拟化最大的优势就是服务器整合，节省运营成本，但这对用户来说也意味着要将所有的鸡蛋放在一个篮子里，增加了风险。过去在多台物理服务器上运行不同的工作负载，当其中一台服务器宕机时，不至于所有工作负载都停止运行。而在虚拟化环境里，一旦物理服务器故障宕机，就意味着所有该服务器承载的工作负载（虚拟机）都会陷入瘫痪，若不能及时恢复将给企业带来灾难性的后果。因此应设立额外的冗余物理服务器，当某一物理服务器出现故障，通过虚拟化软件的在线迁移工具将其对应的工作负载及时动态迁移到别的物理服务器上，虽然增加了虚拟化成本，但可以有效避免全部虚拟服务器崩溃的风险。

52 潜在安全风险

和很多技术方案一样，服务器虚拟化由于系统架构固有特点决定了在安全方面存在一定的潜在风险。当不同的工作负载在虚拟机上运行的时候，作为宿主的物理主机的安全变得更为重要。如果一个未经授权的用户获取了宿主操作系统的访问权限，便有可能复制敏感数据或破获整个虚拟机系统。同时也可以关闭虚拟机或进行宿主机层面的重新配置，从而造成严重的服务中断。对于访问者而言虚拟服务器和物理服务器没有区别，同样面临被人恶意攻击的风险，一旦一台有漏洞的虚拟机被攻陷，安全威胁就可以透过网络扩散到其它虚拟机，从未威胁整个虚拟机管理系统。物理服务器作为虚拟服务器的根本，保护其稳定安全，是安全防范工作的重中之重。虚拟机环境下，病毒和恶意软件的影响很可能是同一台物理服务器上的所有虚拟工作负载，而不仅仅是一个单独的虚拟机，会给系统资源造成相当大的负荷。另外关于病毒防护，一般做法是将每个独立虚拟机单独安装病毒防护软件，这样将导致总体消耗的系统资源非常巨大，如果能采用专门应用于虚拟化平台的安全防护软件效果可能会更好。

53 I/O瓶颈和数据备份

相对于计算能力，存储性能增长的速度明显要慢得多。对于虚拟化而言，I/O瓶颈和缓慢的存储性能成为一大难题。高密度的虚拟化产生大量I/O流导致物理硬盘的频繁操作，极大增加了磁盘工作负载，并且缓存对性能的提升效果也越来越有限。服务器虚拟化环境下，如果仍然使用传统备份方法来保护数据将是得不偿失的，在一台物理服务器上同时进行多个虚拟机数据备份时，备份任务将对服务器硬件资源进行激烈争夺，同时虚拟机的工作负载迁移工具会使得备份问题变得更加复杂。因此每台虚拟服务器，都必需实施相应的备份策略，对配置文件、虚拟机文件及其中的重要数据都要进行备份。预留一定的服务器资源用于备份任务，安排合理完善的备份计划，合理利用虚拟机快照工具有助于改善这一状况。

6 结语

近几年，服务器虚拟化已被广大用户所接受，它将固定不变的硬件设备转化为可以动态管理的“资源池”，从而提高资源的利用率，简化管理，提高系统可用性，节约投资，降低综合运维成本，增强IT对业务的变化的适应力，所有这些对用户都是真实的利益所在。任何一种技术都会有优势和劣势，但是随着技术的不断进步，相信虚拟化应用过程中出现的各种不足和问题都会得以改进和解决。

参考文献：

[1]郝勇、许秀文、杨铭，浅谈服务器虚拟化[J]中国管理信息化，2011（04）

[2]韩寓，服务器虚拟化技术研究与分析[J]电脑知识与技术，2011（07）

云计算近年来特别受欢迎，今天的编辑谈云计算的重要技术

云计算系统运用了很多技术，其中编程模型、数据管理技术、数据存储技术、虚拟化技术、云计算平台管理技术是最重要的

(1)编程模型

MapReduce是Google开发的java、Python、Chop编程模型，是简化的分布式编程模型和高效的任务调度模型，用于大规模数据集(1TB以上)的并行运算严格的编程模型使云计算环境下的编程非常简单MapReduce模式的思想是将要执行的问题分解为Map(映射)和Reduce(简化)的方式，首先通过Map程序将数据切割成不相关的块，分配(调度)进行大量的计算机处理，达到分布式运算的效果，然后通过Reduce程序将结果汇总输出

(2)大量数据分布存储技术

云计算系统由大量的服务器成，同时为大量用户服务，因此云计算系统采用分布式存储的方式存储数据，并通过冗余存储的方式保证数据的可靠性云计算系统中广泛使用的数据存储系统是谷歌GFS和Hadoop团队开发的GFS开源实现HDFS

GFS即谷歌文件系统

System)是一种可扩展的分布式文件系统，用于大型、分布式、访问大量数据GFS的设计思想与传统的文件系统不同，是为了大规模的数据处理和谷歌的应用特性而设计的运行在廉价的普通硬件上，但可以提供容错功能可以为广大用户提供整体性能较高的服务

一个GFS集群由一个主服务器和大量的区块服务器组成，并被许多客户访问主服务器存储文件系统的元数据包括姓名空间、访问控制信息、从文件到块的映射和块的当前位置也控制系统范围的活动，如块租赁(lease)管理、孤儿块垃圾收集、块服务器之间的块转移主服务器定期通过HeartBeat信息与各个块服务器通信，向块服务器发出指令，收集其状态GFS中的文件分为64MB块，用冗馀存储，每个数据在系统中存储3个以上的备份

客户与主服务器的更换仅限于元数据的操作，所有数据方面的通信都直接与区块服务器联系，这大大提高了系统的效率，防止主服务器负载过重

(3)大量数据管理技术

云计算需要处理和分析分布的大量数据，因此数据管理技术必须能够有效地管理大量数据云计算系统中的数据管理技术主要是谷歌BT(BigTable)数据管理技术和Hadoop团队开发的开源数据管理模块HBase

虚拟技术的重点是可管理和互操作

　虚拟化已经成为IT产业里点击率最高的词汇，从芯片厂商到存储服务厂商，从网络厂商到操作系统和应用软件厂商，几乎无人不提虚拟化，去年微软公司鲍尔默高调宣布微软公司的“动态IT”战略之后，虚拟化作为其战略的关键核心技术被业界格外关注。上周，微软企业机构营销总监 ZaneAdam飞抵北京，《中国电子报》记者就业界关注的虚拟化的趋势及微软的虚拟化技术与虚拟化战略等问题采访了ZaneAdam。

　　记者：应该说虚拟化技术并不是一项新技术，为什么这两年却格外地热起来？虚拟化技术究竟能够解决什么问题？

　　ZaneAdam：虚拟化技术确实并不是一项新技术，上个世纪60年代IBM公司在大型计算机上就应用虚拟机技术，微软公司在NT操作系统里就包括一个虚拟DOS机，Connectix公司在1997年推出了虚拟个人电脑(这家公司已经被微软公司收购)。

　　根据有关数据显示，目前用户用于IT的投资中只有20%是用于创新和与业务有关方面，其余的80%都是用于管理和维护，计算资源的浪费和IT的复杂化都对简化IT、更好利用计算资源提出了更迫切的需求。而虚拟技术是一种调配计算资源的方法，也可以说是让IT自动化的一种技术，它能够简化IT，充分利用计算资源。举个例子就是服务器采用了虚拟化技术之后，我们就可以充分释放原有的服务器的计算资源，减少新服务器的采购。因为虚拟技术有这样的功效，所以虚拟化技术在这几年格外热了起来。尽管虚拟化技术已经出现多年，但是业内的分析师估计，目前已经采用了虚拟化技术的服务器也不到10%，所以推动虚拟化技术来充分释放计算资源，就有了很大的空间。

　　记者：如果按照您所言，虚拟化技术其实就是优化计算资源的技术，而市场上几乎所有的IT厂商都推出了相应的虚拟化技术，作为用户应该如何来选择？如何来判断一个虚拟化技术的好与坏？目前业界在虚拟化技术竞争的焦点又是什么？

　　ZaneAdam：整个业界对虚拟化技术竞争的焦点可能有两个，一个是可管理性，另外一个就是互操作性，基本上目前业界对虚拟化技术的推动都集中在这两个层面。

　　什么是好的虚拟化技术，对于用户而言，重要的不是虚拟化技术本身怎么样，而是虚拟化技术作为整个集成解决方案的一部分，是不是能够满足他的需要，是否能够帮助他实现各种业务的驱动。所以一个虚拟化技术好不好，就看他是否真的能够让IT实现自动化，是否能够让IT释放更大的业务价值，是否能够让IT降低成本，简化IT。

　　记者：微软的虚拟化技术在微软的“动态IT”策略里扮演一个什么样的角色？与其他公司的虚拟化化技术有什么区别？

　　ZaneAdam：应该说虚拟化技术是“动态IT”的基石，微软认为虚拟化技术不仅能够提高企业的IT系统效率，还能够使其具备自动适应业务环境变化的自我意识。比如说在数据中心，虚拟化技术不仅支持服务器整合，还能够根据计算请求量的变化自动增加和减少工作负荷以便精确地匹配实时运算要求，这提供了更好的业务连续性以及更有效的资源利用。比如在桌面，应用程序虚拟化技术就降低了管理成本，当操作系统、应用程序、数据和用户偏好都被虚拟化后，用户就能够在任何地点使用任何机器操作其所需的运算资源，这为员工带来了极大的灵活性，也使IT部门拥有更高的效率和灵活性。微软现在从数据中心到桌面提供全线的虚拟化技术产品与工具和服务，目标就是为微软“动态IT”服务的。

　　微软虚拟化技术上的最大特色是提供端到端的解决方案，微软的虚拟化技术相对于其他企业的虚拟化技术，比较大的特点就是有跨平台的可管理性和互操作性，就是说用户既可以采用Windows操作系统的服务器也可以用Linux操作系统的服务器，微软的虚拟化技术在这些服务器上都可以使用。

　　记者：微软的虚拟化技术未来将以什么样的模式进行整合与销售？

　　ZaneAdam：微软未来的产品都将逐步整合进虚拟化技术，从服务器到桌面端等等，比如新的WindowsServer2008操作系统中，服务器虚拟化技术Hyper-V就已经被嵌入进去，但是微软也为其他类型的用户提供更多的选择，比如说用户也可以把Hyper-V作为一种独立的产品来进行购买，它的售价是28美元。

　　摘 要：随着计算机技术的发展，服务器虚拟化技术已经被越来越多的企业所采用，使用这种技术可以大大提高服务器的使用效率。文章中主要介绍了两种虚拟化软件Vmware和Xen的结构特点，并分析了它们之间的区别。

关键词：服务器虚拟化 Vmware Xen

虚拟化将主宰未来的企业，在现在的国内，企业数据中心都是根据需求随时添加服务器设备，这些设备基本上都是分散的，不同品牌、不同配置甚至不同架构，最致命的是，在其上运行的应用并不能够充分利用服务器所有的资源，占用到15%―20%的服务器资源是一个普遍现象，而使用虚拟化技术可以减少服务器数量的增加，简化服务器管理，同时明显提高服务器利用率、网络灵活性和可靠性。将多种应用整合到少量企业级服务器上即可实现这一目标。通过整合及虚拟化，数百台服务器可以减少至数十台。10%甚至更低的服务器利用率将提高到60%或更高，IT基础设施的灵活性、可靠性和效率也将得到改进。由此可见虚拟化技术成为各个企业和研究机构的重要课题。下面简单介绍一下两种虚拟化软件及其区别。

一、VMware

VMware是业界著名的虚拟机产品，它有VMware Workstation、VMware GSX Server、VMware ESX Server等系列产品。VMware的VMM可以有两种结构形式，即Standalone和Hosted。Standalone的结构形式是指，VMM作为一层直接运行在硬件平台上的软件层，在它上面可以创建和管理多个客户虚拟系统。这种结构的VMM有点像一个操作系统，它包含硬件平台的驱动，受到硬件平台种类的限制。它适合于服务器的应用环境，其典型的产品是VMware ESX Server。

Hosted结构的VMM作为操作系统的一个应用程序运行，它可以利用操作系统自身的内存管理、CPU调动、硬件驱动和资源管理。VMware Workstation使用的是Hosted的结构，是设计来让一些应用程序，比方软件的研发或测试程序来执行，同时Server版本的目标则针对数据库以测试软件更新、简化应用程序的提供，或使用虚拟的设备等功能。ESX Server可以藉由不使用操作系统来大量增加效能。相反的，ESX使用自己设计的操作系统核心，可以直接在计算机上执行。这个方法可以同时支持更多的虚拟服务器，但ESX核心支持的硬件并不多。

由于VMware的目标平台是x86平台，因此，它也同样面临着x86平台不完全支持虚拟化的问题。VMware的解决方法是其专利技术，在需要VMM参与的地方，动态重写部分虚拟系统的指令，使其可以trap到VMM。

此外，VMware还有Virtual Center。VMotion应用在IBM Blade Center刀片服务器上，使之具备更好的弹性和可用性，结合刀片服务器的模块化和可扩展性，可以增加内存和I/O能力的扩展比例，混合刀片间的工作负载均衡。Virtual Center采用集中式管理，可以监控系统的可用性及性能，并可以自动告警，SDK与现有管理工具整合，通过稳定的访问控制保证系统安全。VMotion技术使用户在保持连续的服务可用性的同时，还可以将实时运行企业用户关键业务的虚拟机，从一台物理主机转移到另一台物理主机，并动态获得每台物理服务器资源的极佳利用率、零宕机维护、快速重新配置，以及持续的工作负载整合能力。

二、Xen

Xen VMM（Virtual Machine Monitor）是由剑桥大学计算机实验室开发的一个开源项目，它能够让我们创建更多的虚拟机，每一个虚拟机都是运行在同一个操作系统上的实例。

这些客户OS可以是修补过的Linux内核24或26，也可以是修补过的NetBSD/FreeBSD内核。用户应用程序就运行在这些客户OS上，并不需要修改任何代码。但是，随着将来的处理器能支持虚拟化，内核也就不需要打补丁了。比如说，Intel的VT和AMD的Pacifica处理器都将包括这种支持。

在Xen中，一个“系统管理程序”运行在0环，客户OS运行在1环，应用程序运行在3环。这种关系对于x64/64有一点不同，就是客户内核和应用程序都运行在3环上。

Xen自身被称为“系统管理程序”，是因为它比客户OS的系统管理代码运行所需的特权级还高。

当系统引导的时候，Xen被装载到0环的内存中。它在1环上启动修补过的内核，这被称作是domain 0（注：domain是指一个运行中的虚拟机，在其上有一个guest OS在执行）。从这个domain开始，你可以创建更多的domain，也可以销毁它们，还可以进行domain的迁移、设置参数等等。你创建的那些domain也运行在1环它们的内核中。用户应用程序运行在3环。

目前，修补过的Linux内核24和26可以作为domain 0。据Xen开发者所说，将来domain 0仅支持26的内核补丁。构造domain 0的大部分工作是在xen/arch/x86/domain_buildc中的construct_dom0()方法中实现的。

物理设备驱动程序只能运行在特权级，也就是domain 0上。Xen依靠Linux或其它修补过的OS内核对它所有的设备提供虚拟化支持。这样的好处就是Xen的开发者不必再去开发设备驱动程序。

在一个有标签TLB的处理器上使用Xen能够大大提高性能。标签TLB能够把ASID（Address Space Identifier）放在TLB入口处。有了这个特性，当处理器在系统管理程序和客户OS之间切换时就不需要刷新TLB了，这大大减少了系统开销。

三、两者主要区别

目前Xen和VMware是市场上主流的两大虚拟化产品。现在我就来谈谈这两大产品背后的架构有什么区别，以及这一技术在未来会如何发展。VMware ESX服务器的架构是建立在直接执行（直接在硬件上上运行用户级的虚拟机编码）和二进制译码（对特权级别编码进行动态编译）的基础上的。从根本上说，它把一个完整的X86平台导出到虚拟机上，ESX服务器可以使大多数能在X86上执行的操作系统都能在虚拟机上运行，而不需要进行任何修改。Xen的架构中使用了一种叫Para虚拟化技术(Para Virtualization)，对虚拟出来的客户操作系统（Guest OS）进行修改，使它知道它是在虚拟环境下运行。

那么这两种方式有什么不同呢？最大的不同就是对输入/输出（I/O）设备的处理。虚拟机I/O端口和每个物理I/O端口设备之间如何路由在很大程度上影响虚拟平台架构的性能、便携性、可持续性和稳定性。Xen采用的是分离驱动模式，真实驱动存在于一个中间层,这个中间层叫服务虚拟机，其他虚拟机上的特殊驱动通过这个服务虚拟机进行通讯。这种方法能提供很好的性能，但是对于闭源和传统操作系统支持有限。在ESX中，虚拟机的虚拟设备驱动与ESX内核里的物理设备驱动直接相互连接。ESX虚拟机可以为其虚拟设备使用现成的（off-the-shelf）驱动。这不仅能提供高性能，还能提供更广泛的操作系统支持。然而在这个模型里，新的设备驱动必须要导入到ESX内核中。为了解决I/O虚拟化的平衡问题和复杂化问题，戴尔与英特尔、AMD这样的合作伙伴以及外设硬件供应商们一起，在芯片组和I/O设备中引入了虚拟化支持。企业级虚拟化解决方案的另外一个重要部分就是其管理。戴尔OpenManage这样的产品附送VMware Virtual Center、P2V 和VM Importer，提供了整套工具，能有效进行部署、监控、操作自动化，以及对虚拟IT数据中心进行管理。Novell和Red Hat都在它们的操作系统中整合了对Xen平台的管理，方法是运用像YaST和Anaconda这样的安装和配置工具以及Virtual Machine Manager这样的管理工具。

四、虚拟化技术的未来

资讯科技及通讯业研究权威Gartner估计，由现在至2010年间，虚拟化将会是资讯基建及营运领域中最重要的技术，并会彻底改变资讯科技部门管理、采购、部署、规划，以及其所提供服务的收费模式。虚拟化目前不再只着重技术，而是更加着重企业内的流程改变及文化变迁。虚拟化可让服务以另一种模式提供。每个经虚拟化的层面都可作独立的管理，或甚至由他人所掌管，例子包括串流式应用或员工所拥有的个人计算机一样。这一切均要求企业文化作出重大改变。

参考文献：

[1]郭庭廷,吴玮揭开虚拟化神秘面纱[J]机械工业信息与网络，2007，(03)

[2]成凯透视虚拟化技术[J]软件世界，2007，(11)

[3]伍班权虚拟化技术及其发展[J]办公自动化，2007，(12)

[4]杨晓伟基于Xen的X86虚拟机性能调优[J]计算机工程，2006，(24)

[5]刘志平基于VMware虚拟网络的构建[J]内蒙古大学学报(自然科学版)，2007，(01)

[6]赵祖荫基于VMware软件的虚拟计算机的构建方法[J]微型电脑应用，2004，(06)

　　摘 要十堰日报社通过虚拟化技术构建了服务器技术运维平台，提高了整体的可靠性。　　关键词虚拟化技术；虚拟服务器　　一、背景　　报社经过多年的信息化建设，大批业务系统相继上线，服务器数量逐年增多，产生了一些问题：（1）成本高。硬件成本较高，运营和维护成本高，包括数据中心空间、机柜、空调、耗电量等。（2）可用性低。因为每个服务器都是单机，如果配置为双机模式的话，造价成本会更高。（3）系统维护和升级或者扩容时候需要停机进行，造成应用中断。（4）缺乏可管理性，系统数量太多难以管理，新服务器和应用的部署时间长，大大降低服务器重建和应用加载时间。（5）兼容性差，系统和应用迁移到新的硬件需要和旧系统兼容的系统。对于这些情况，利用虚拟化技术能得到很好的解决。使用虚拟化技术，可以节约硬件的投资，简化硬件维护操作。实现了虚拟化还可以为各种系统的实验提供方便的硬件平台。将来如果构建云平台，虚拟化是必要的基础。

二、服务器虚拟化技术

1．服务器虚拟化概念。关于服务器虚拟化的概念，各个厂商都有自己不同的定义，然而其核心思想是一致的，能够通过区分资源的优先次序，并随时随地能将服务器资源分配给最需要它们的工作负载来简化管理和提高效率，从而减少为单个工作负载峰值而储备的资源。

2．服务器虚拟化的技术特性。虚拟化技术不但可以解决数据管理的难题，还可灵活更新软件、数据和硬件操作平台。有了虚拟化技术，一台物理服务器可以被“划分”成数台“虚拟”的机器，每台都能独立运行自己的操作系统，从而避免传统的“一台服务器+一种应用”的孤岛模式。分区。在单一物理服务器上运行多个虚拟机。隔离。在同一服务器的虚拟机之间相互隔离。封装。整个虚拟机都保存在文件中，而且可以通过移动和复制这些文件的方式来移动和复制该虚拟机。相对一间独立。无需修改即可在任何服务器上运行虚拟机。

3．服务器虚拟化的优越性。一是减少服务器的数量，提供一种服务器整合的方法，减少初期硬件采购成本。二是简化服务器的部署、管理和维护工作，降低管理费用。三是提高服务器资源的利用率，提高服务器计算能力。四是通过降低空间、散热以及电力消耗等途径压缩数据中心成本。五是通过动态资源配置提高IT对业务的灵活适应力。六是提高可用性，带来具有透明负载均衡、动态迁移、故障自动隔离、系统自动重构的高可靠服务器应用环境。七是支持异构操作系统的整合，支持老应用的持续运行。八是在不中断用户工作的情况下进行系统更新。九是支持快速转移和复制虚拟服务器，提供一种简单便捷的灾难恢复解决方案。

三、方案选择

业界比较主流的虚拟化方案为VMware 公司的vSphere、微软公司的Hyper-V和Critx公司的XenServer。我们首先排除了Critx公司的XenServer。因为这个产品主要优势在LINUX系统平台上，而我们主要的信息系统运行现在WINDOWS系统上。据了解，XenServe的市场份额占有比较低，采用市场份额不高的产品对信息系统本身就是一个风险。根据厂商提供的产品参数，我们就vSphere和Hyper-V的产品性能做了比较认真做了比较。虽然觉得vSphere在技术指标上比Hyper-V更优越些，但综合考虑，还是决定采用Hyper-V，原因如下：（1）高级内存管理：虽然vSphere虚拟机内存动态可以节约资源，但会降低虚拟系统的性能；（2）高级储存管理：因暂时不考虑虚拟化数据库服务器，此项可以暂不考虑；（3）高I/O 可扩展性、主机资源管理、灵活的资源分配：主要考虑的是虚拟化轻负载服务器，影响不大；（4）虚拟化安全技术：对于非文件服务器，这个问题影响比较小。我们的技术人员对于微软的产品比较熟悉，Hyper-V对于经验丰富的WINDOWS管理员来说是非常易于部署和管理的。而vSphere则需要进行培训，这将是增大时间和经费成本。因此，我们认为采用低成本的Hyper-V基本可以达到项目实施的要求。

四、项目执行

（一）项目目标

报社内部的应用系统主要有采编业务、广告业务、发行管理、财务等各种应用系统。各系统基本使用单独的服务器，关键业务还有备份服务器。各系统基本为应用服务器加数据库的架构。项目的目标是将轻负荷的应用服务器虚拟化，将数据库统一。这样既可减少硬件的的支出，也可保证系统性能和数据的安全。

（二）实现步骤

1．建立虚拟机域，安装虚拟机服务器。为了管理方便和安全性，我们新建了一个独立的虚拟机宿主服务器的域。微软有一个虚拟机宿主机的管理程序Virtual Machine Manger Server(VMM)，可以对多台虚拟宿主机和其上运行的虚拟机进行统一管理，并可以将虚拟机在不同的宿主机之间进行迁移，还可以定义一系列的任务实现系统维护的自动化。

微软的的Hyper-V服务器安装可以采用：单纯的MS Hyper-V Server安装，这种方法占用内存最小，但设置麻烦，而且很难使用本地界面管理虚拟机服务；使用Window 2008 Server的Hyper-V服务器角色。这种方法会多占用内存，但管理非常方便，并且可以使用Window 2008 Server的许多其他功能。因此，我们采用了Window 2008 Server的Hyper-V服务的形式建立了虚拟机。

2．转化物理机。使用微软解决方案最大的便利是可以使用其物理机转化Agent，方便实现原有物理服务器的转化。VMM2008提供了自动流程，可以以设定虚拟机，远程安装转化Agent，自动转化，自动删除Agent，自动部署虚拟机，自动关闭物理机，并启动虚拟机，且所有的参数完全保持一致。从用户的角度只是感到服务器有一段宕机时间，完全不会感觉到服务器的迁移。

3．实施效果。我们使用一台域控制服务器，三台虚拟化宿主机，一台数据库服务器，共虚拟化了8台服务器。包括广告管理系统服务器、发行管理系统服务器、杀毒软件服务器、SNMP监控服务器等物理服务器。三台虚拟机的CPU使用率基本维持在10％之下，系统运行稳定。

五、结论

我社通过虚拟化技术构建了高可用性的技术运维平台，用有限的资金实现了对当前服务器系统的升级，同时又具有灵活的、可变拓展空间，留足了扩展空间，为报社事业发展做好了技术准备。

参 考 文 献

[1]董嘉男．Windows Server 2008 Hyper-V配置与管理[J]．清华大学出版社

[2]胡嘉玺．虚拟智慧：VMware vSphere运维实录[J]．清华大学出版社

[3][美]吕斯特等著．陈奋译．虚拟化技术指南[J]．机械工业出版社

[4]王春海．中小企业虚拟机解决方案大全[J]．电子工业出版社

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自从虚拟化提出以后，至今虚拟化技术分类有很多，方法也有很多，下面来一起了解下什么是虚拟化技术，及分类和方法。

当今发达国家在设计、制造、加工技术等方面已经达到相当自动化的水平，其产品设计普遍采用CAD、CAM、CAE和计算机仿真等手段，企业管理也已采用了科学的规范化的管理方法和手段，目前其主要从制造系统自动化方面寻找出路，为此提出了一系列新的制造系统，如敏捷制造、并行工程、计算机集成制造系统等。近些年，从虚拟机的大量部署到成功案例逐渐涌现，越来越多的制造企业开始关注虚拟化技术给优化IT基础架构，推动业务创新带来的启发，希望将其与业务相结合，找到掌握新技术、革新先进制造系统和先进制造模式的方法。虚拟化目前应用于制造业信息化主要体现在IT整合和节约成本，在其他方面很少，而实际上由于虚拟化技术的特点，其应用价值可以在远程办公、虚拟制造、工业控制等制造业相关领域都能得到体现。本文主要对虚拟化技术及其在制造业的应用现状进行综述，提出虚拟化在制造业的应用框架，为相关人员提供该领域的应用研究进展与发展趋势方面的介绍。

1 虚拟化技术

虚拟化是指为运行的程序或软件营造它所需要的执行环境，在采用虚拟化技术后，程序或软件的运行不再独享底层的物理计算资源，它只是运行在一个完全相同的物理计算资源中，而底层的影响可能与之前所运行的计算机结构完全不同。虚拟化的主要目的是对IT基础设施和资源管理方式的简化。虚拟化的消费者可以是最终用户、应用程序、操作系统、访问资源或与资源交互相关的其他服务。由于虚拟化能降低消费者与资源之间的耦合程度，消费者不再依赖于资源的特定实现，因此在对消费者的管理工作影响最小的基础上，可以通过手工、半自动、或者服务级协定（SLA）等来实现对资源的管理。

11 虚拟化的分类

从虚拟化的目的来看，虚拟化技术主要分为以下几个大类：

（1）平台虚拟化（Platform Virtualization），它是针对计算机和操作系统的虚拟化，又分成服务器虚拟化和桌面虚拟化。服务器虚拟化是一种通过区分资源的优先次序，并将服务器资源分配给最需要它们的工作负载的虚拟化模式，它通过减少为单个工作负载峰值而储备的资源来简化管理和提高效率。桌面虚拟化是为提高人对计算机的操控力，降低计算机使用的复杂性，为用户提供更加方便适用的使用环境的一种虚拟化模式。平台虚拟化主要通过CPU虚拟化、内存虚拟化和I/O接口虚拟化来实现。

（2）资源虚拟化（Resource Virtualization），针对特定的计算资源进行的虚拟化，例如，存储虚拟化、网络资源虚拟化等。存储虚拟化是指把操作系统有机地分布于若干内外存储器，两者结合成为虚拟存储器。网络资源虚拟化最典型的是网格计算，网格计算通过使用虚拟化技术来管理网络上的数据，并在逻辑上将其作为一个系统呈现给消费者，它动态地提供了符合用户和应用程序需求的资源，同时还将提供对基础设施的共享和访问的简化。当前，有些研究人员提出利用软件代理技术来实现计算网络空间资源的虚拟化，如Gaia，Net Chaser[21]，Spatial Agent。

（3）应用程序虚拟化（Application Virtualization），它包括仿真、模拟、解释技术等。Java 虚拟机是典型的在应用层进行虚拟化。基于应用层的虚拟化技术，通过保存用户的个性化计算环境的配置信息，可以实现在任意计算机上重现用户的个性化计算环境。服务虚拟化是近年研究的一个热点，服务虚拟化可以使业务用户能按需快速构建应用的需求，通过服务聚合，可屏蔽服务资源使用的复杂性，使用户更易于直接将业务需求映射到虚拟化的服务资源。现代软件体系结构及其配置的复杂性阻碍了软件开发生命周期，通过在应用层建立虚拟化的模型，可以提供最佳开发测试和运行环境。

（4）表示层虚拟化。在应用上与应用程序虚拟化类似，所不同的是表示层虚拟化中的应用程序运行在服务器上，客户机只显示应用程序的UI界面和用户操作。表示层虚拟化软件主要有微软的Windows 远程桌面（包括终端服务）、Citrix Metaframe Presentation Server和Symantec PcAnywhere等。

12 虚拟化的方法

通常所说的虚拟化主要是指平台虚拟化，它通过控制程序隐藏计算平台的实际物理特性，为用户提供抽象的、统一的、模拟的计算环境。通常虚拟化可以通过指令级虚拟化和系统级虚拟化来实现。

121 指令级虚拟化方法

在指令集层次上实现虚拟化，即将某个硬件平台上的二进制代码转换为另一个平台上的二进制代码，实现不同指令集间的兼容，也被称作“二进制翻译”。二进制翻译是通过仿真来实现的，即在一个具有某种接口和功能的系统上实现另一种与之具有不同接口和功能的系统。二进制翻译的软件方式，它可以有3 种方式实现：解释执行、静态翻译、动态翻译。

近年来，最新的二进制翻译系统的研究主要在运行时编译、自适应优化方面，由于动态翻译和执行过程的时间开销主要包括四部分：即磁盘访问开销、存储访问开销、翻译和优化开销、目标代码的执行开销，所以要提高二进制翻译系统的效率主要应减少后3个方面的开销。目前典型的二进制翻译系统主要有Daisy/BOA、Crusoe、Aeries、IA-32EL、Dynamo 动态优化系统和JIT编译技术等。

122 系统级虚拟化方法

系统虚拟化是在一台物理机上虚拟出多个虚拟机。从系统架构看，虚拟机监控器（VMM）是整个虚拟机系统的核心，它承担了资源的调度、分配和管理，保证多个虚拟机能够相互隔离的同时运行多个客户操作系统。系统级虚拟化要通过CPU虚拟化、内存虚拟化和I/O虚拟化实现。

（1）CPU虚拟化

CPU虚拟化为每个虚拟机提供一个或多个虚拟CPU，多个虚拟CPU分时复用物理CPU，任意时刻一个物理CPU只能被一个虚拟CPU使用。VMM必须为各虚拟CPU合理分配时间片并维护所有虚拟CPU的状态，当一个虚拟CPU的时间片用完需要切换时，要保存当前虚拟CPU的状态，将被调度的虚拟CPU的状态载入物理CPU。X86 的CPU虚拟化方法主要有：二进制代码动态翻译（dynamic binary translation）、半虚拟化（para-virtualization）和预虚拟化技术。为了弥补处理器的虚拟化缺陷，现有的虚拟机系统都采用硬件辅助虚拟化技术。CPU虚拟化需要解决的问题是：①虚拟CPU的正确运行，虚拟CPU正确运行的关键是保证虚拟机指令正确执行，各虚拟机之间不互相影响，即指令的执行结果不改变其他虚拟机的状态，目前主要是通过模拟执行和监控运行；②虚拟CPU的调度。虚拟CPU的调度是指由VMM决定当前哪一个虚拟CPU实际在物理CPU上运行，保证虚拟机之间的隔离性、虚拟CPU的性能、调度的公平。虚拟机环境的调度需求是要充分利用CPU资源、支持精确的CPU分配、性能隔离、考虑虚拟机之间的不对等、考虑虚拟机之间的依赖。常见的CPU调度算法有BVT、SEDF、CB等。

（2）内存虚拟化

VMM通常采用分块共享的思想来虚拟计算机的物理内存。VMM将机器的内存分配给各个虚拟机，并维护机器内存和虚拟机内存之间的映射关系，这些内存在虚拟机看来是一段从地址0 开始的、连续的物理地址空间。在进行内存虚拟化后，内存地址将有机器地址、伪物理地址和虚拟地址三种地址。在X86 的内存寻址机制中，VMM能够以页面为单位建立虚拟地址到机器地址的映射关系，并利用页面权限设置实现不同虚拟机间内存的隔离和保护。为了提高地址转换的性能，X86 处理器中加入TLB，缓存已经转换过的虚拟地址，在每次虚拟地址空间切换时，硬件自动完成切块TLB。为了实现虚拟地址到物理地址的高效转换，通常采取复合映射的思想，通过MMU半虚拟化和影子页表来实现页表的虚拟化。虚拟机监控器的数据不能被虚拟机访问，因此需要一种隔离机制，这种隔离机制主要通过修改客户操作系统或段保护来实现。内存虚拟化的优化机制，包括按需取页、虚拟存储、内存共享等。

（3）I/O虚拟化

由于I/O设备具有异构性强，内部状态不易控制等特点，VMM系统针对I/O设备虚拟化有全虚拟化、半虚拟化、软件模拟和直接I/O访问等设计思路。近年来，更多的学者将I/O虚拟化的研究放在共享的网络设备虚拟化研究，提出将IOVM结构映射到多核心服务器平台。I/O设备除了增加吞吐量和固有的并行数据流、联系串行特性以及基于分组的协议外，还应该考虑到传统的PCI 兼容的PCI Express的硬件，建立相应的总线适配器，以弥补象单一主机无专门的驱动程序时的需要。有些研究人员专注于外存储虚拟化的研究，提出让存储虚拟化系统上的SCSI目标模拟器运行在SAN上，存储动态的目标主机的物理信息，并使用映射表方法来修改SCSI命令地址，使用位图的技术来管理可用空间等思想。存储虚拟化系统应提供诸如逻辑卷大小、各种功能、数据镜像和快照，并兼容集群主机和多个操作系统。由于外存储虚拟化能全面提升存储区域网络的服务质量，而带外虚拟化与带内虚拟化相比具有性能高和扩展性好等优点，通过运用按序操作、Redo日志以及日志完整性鉴别，设计基于关系模型的磁盘上虚拟化元数据组织方式，可以形成一致持久的带外虚拟化系统。

13 虚拟化的管理

虚拟化的管理主要指多虚拟机系统的管理，多虚拟机系统是指在对多计算系统资源抽象表示的基础上，按照自己的资源配置构建虚拟计算系统，其主要包括虚拟机的动态迁移技术和虚拟机的管理技术。

（1）虚拟机之间的迁移

将虚拟化作为一种手段管理现有的资源和加强其在网络计算的利用率，通过构建分布式可重构的虚拟机，必要时在物理服务器运行时迁移服务。通过移动代理技术、分布式虚拟机等提高资源利用率和服务可用性，通过寻找服务最优的策略在可重构和分布式虚拟机上迁移。为了将虚拟机运行的操作系统与应用程序从一个物理结点迁移到另外一个运行结点，同时保持客户操作系统和应用程序不受干扰，有些研究者提出以数据为中心的可迁移的虚拟运行环境，使得用户操作环境实现异地迁移、无缝重构；

也有研究人员提出程序执行环境的动态按需配置机制。在跨物理服务器迁移虚拟机，进行自动化的虚拟服务器的管理，必须考虑高层次的服务质量要求和资源管理成本。有些研究人员提出了通过管理程序控制的方法，以支持移动IP的实时迁移虚拟机在网络上，使虚拟机实时迁移其分布计算资源，从而改善迁移性能，降低网络恢复延迟，提供高可靠性和容错。有些研究机构通过设计一个通用的硬件抽象层，实现多个虚拟机的移植，具有高效率执行环境中的移动设备。虚拟机的迁移步骤一般有启动迁移、内存迁移、冻结虚拟机、虚拟机恢复执行。

（2）虚拟机的管理

对于多虚拟机来说，一个非常重要的方面是减少用户对动态的和复杂的物理设备的管理和维护，通过软件和工具来实现任务管理。当前典型的多虚拟机服务器管理软件是Virtual Infrastructure，它通过Virtual Center管理服务器的虚拟机池，通过VMotion完成虚拟机的迁移，通过VMFS管理多虚拟机文件系统。其次，Parallax 是针对Xen 的多虚拟机管理器，它通过采用消除写共享，增强客户端的缓存等方式并利用模板映像来建立整个系统；同时使用快照（snapshot）以及写时复制（copy-on-write）机制来实现块级共享，并使用副本来保证可用性。虚拟机监控器直接控制parallax 使用的物理盘，它们运行物理设备驱动器，并给虚拟磁盘镜像VDI 的本地虚拟机提供一个普通的块接口。

2 虚拟化在制造业信息化中的应用

21 虚拟化在制造业信息化中的应用框架

当今制造业正朝着精密化、自动化、柔性化、集成化、网络化、信息化和智能化的方向发展，在这种趋势下，诞生了许多先进制造技术和先进制造模式。这些先进制造技术和先进制造模式要求现有的IT基础设施能提供更高的计算服务水平，因此在制造业信息化中，需要建立以虚拟化为导向的资源分配体系结构，提供客户驱动的服务管理和计算风险管理，维持以服务水平协议（SLA）为导向的资源分配体系。虚拟化在制造业信息化中主要用于集中IT管理、应用整合、工业控制、虚拟制造等。

处在最底层的是制造业企业的虚拟计算资源池（VirtualCluster），它由多台物理服务器（PhysicsMachine）形成，各物理服务器上运行着虚拟化软件（VMM），虚拟化软件上运行着完成各种任务需求的虚拟机，虚拟计算资源池的虚拟化管理软件（VMS）为IT环境提供集中化、操作自动化、资源优化的功能，可以快速部署向导和虚拟机模板。虚拟计算资源池中的虚拟机将不同类型的客户操作系统（Guest OS）和运行其上的数据层、服务层应用程序（App）封装在一起，形成一个企业协同设计制造的完整系统，为表示层的用户提供多种形态的数据处理和显示功能。在图1 的框架中，虚拟计算资源池的动态资源调度（DRS）模块可以跨越物理机不间断地监控资源利用率，并根据反映业务需要和不断变化的优先级的预定规则，在多个虚拟机之间分配可用资源。在制造业信息化中，集中IT管理、应用整合、工业控制、虚拟制造等多种应用需求都将以各种服务的形式被封装到了虚拟机中，例如制造任务协同服务、资源管理服务、信息访问服务、WWW服务、工业控制服务、应用系统集成服务、数据管理服务、高效能计算服务、工具集服务等；同时支撑所有应用需求的数据库也被封装到了虚拟机中，例如企业模型数据库、制造资源数据库、产品模型数据库、专业知识数据库、用户信息数据库等。虚拟化特有的优点使它能确保所有虚拟机中的关键业务连续可靠地运行。

22 虚拟化在制造业信息化应用框架中的作用

虚拟化在制造业信息化中的应用主要有：

云计算关键技术

　　云计算是分布式处理、并行计算和网格计算等概念的发展和商业实现，其技术实质是计算、存储、服务器、应用软件等IT软硬件资源的虚拟化，云计算在虚拟化、数据存储、数据管理、编程模式等方面具有自身独特的技术。云计算的关键技术包括以下几个方向：

虚拟机技术

虚拟机，即服务器虚拟化是云计算底层架构的重要基石。在服务器虚拟化中，虚拟化软件需要实现对硬件的抽象，资源的分配、调度和管理，虚拟机与宿主操作系统及多个虚拟机间的隔离等功能，目前典型的实现（基本成为事实标准）有Citrix

Xen、VMware

ESX

Server

和Microsoft

Hype-V等。

　　数据存储技术

云计算系统需要同时满足大量用户的需求，并行地为大量用户提供服务。因此，云计算的数据存储技术必须具有分布式、高吞吐率和高传输率的特点。目前数据存储技术主要有Google的GFS（Google

File

System，非开源）以及HDFS（Hadoop

Distributed

File

System，开源），目前这两种技术已经成为事实标准。

　　数据管理技术

　　云计算的特点是对海量的数据存储、读取后进行大量的分析，如何提高数据的更新速率以及进一步提高随机读速率是未来的数据管理技术必须解决的问题。云计算的数据管理技术最著名的是谷歌的BigTable数据管理技术，同时Hadoop开发团队正在开发类似BigTable的开源数据管理模块。

　　分布式编程与计算

为了使用户能更轻松的享受云计算带来的服务，让用户能利用该编程模型编写简单的程序来实现特定的目的，云计算上的编程模型必须十分简单。必须保证后台复杂的并行执行和任务调度向用户和编程人员透明。当前各IT厂商提出的“云”计划的编程工具均基于Map-Reduce的编程模型。

我是从IT号外知道的。