VMware虚拟化服务器的构建方法与展望

张 超

（民航西北电子技术开发公司，陕西 西安 710065）

0 引言

服务器虚拟化整合、集群概念始于上个世纪 90年代末期，它有助于梳理企业内部日益庞大繁杂的 IT工作环境，是全球信息技术发展的新趋势。它可以使企业有效地利用IT资源、人力资源、机房空间，同时可以增强数据的安全性、方便管理和减少运营成本，也便于将来的灵活扩展。

随着企业信息化快速发展，园区网的硬件数量逐年增加，实施应用范围不断扩大，在扩大的同时使得管理效率和成本相应提高，传统的单机管理模式已经很难适应现有的集群环境。如何有效管理和使用近百台的同构或异构集群，使之发挥最大功效是目前应用服务器领域的一个研究热点，服务器虚拟化就是其中广为应用的有效新技术之一。

所谓服务器虚拟化就是多个操作系统在同一时间运行在同一台主机上的技术。它将传统服务器应用程序环境封装成可移动的档案文件，利用这种特性可以将不同操作系统的应用服务同时提供给用户，也能方便地实现对旧系统应用程序的支持，增强数据的安全性，延长软件的生命周期，提高对服务器的利用率，降低系统总成本，并针对应用和访问量进行灵活部署，非常适用于企业信息化建设与发展[1]。

1 虚拟服务器配置构想

如图1所示，在VMware软件的服务器上可同时启动多台虚拟服务器，实现多台虚拟机操作系统之间相互切换。利用某台服务器的部分内存、硬盘资源可构建成 “独立” 的虚拟服务器平台，而这些“独立”的虚拟计算机拥有各自的CMOS、硬盘、软驱、光驱、网卡、显卡等硬件，不仅在每一台虚拟的计算机中可以安装当前各种流行的操作系统和应用软件，而且还可以像对待新的服务器那样对其进行分区、格式化等操作，并对原有的硬件都不会产生任何不良影响。Vmware Workstation对硬件的要求并不高，因此公司采用IBM X系列的硬件平台来搭建虚拟应用系统服务器，完全可实现一台硬件服务器提供多应用系统平台。

图1 同一平台上的多个虚拟服务器

创建虚拟服务器就是创建一个扩展名为“vmx”的虚拟机配置文件。一般通过选择“自定义” 选项，系统会自行调整虚拟服务器的物理内存大小和硬盘空间，也可以手工再分配物理内存和磁盘空间。Vmware Workstation所建立的硬盘是虚拟硬盘，是在主机硬盘上建立了一个特殊的文件，因此它的最大特点是：在VMware中如何对硬盘进行分区甚至低级格式化都不会影响主机的硬盘分区。而且为了保证系统的兼容性和稳定性，VMware把大部分的硬件设备都虚拟成最标准、兼容性最好的虚拟设备，不需要安装驱动程序。

新创建的Windows 2003 Advanced Server虚拟服务器，如图2所示。只是一台用来安装操作系统的裸机，就像刚下生产线的新设备一样。在图右边窗口中显示了虚拟服务器的硬件设备，如内存(Memory)、硬盘(Hard Disk 1)、虚拟光驱(CD-R0M)、软驱（Floppy)、网卡(NIC)等。创建好虚拟机后当Vmware Workstation程序启动时虚拟服务器会从光盘中引导需要的操作系统，因此接下来的安装操作就在普通计算机上安装操作系统完全一样，这里不再赘述。

1.1 VMware虚拟服务器的创建方式

图 2 VMware虚拟机创建系统界面

1.2 VMware虚拟机网络连接方式

VMware虚拟机软件提供了三种网络工作模式。

（1）桥接模式（bridged）

在桥接模式下，需要手工为虚拟系统配置IP地址、子网掩码，而且还要和宿主机器处于同一网段，这样虚拟系统才能和宿主机器进行通信。同时，由于这个虚拟系统是局域网中的一个独立的主机系统，那么就可以手工配置它的网络通讯协议（TCP/IP）配置信息，以实现通过局域网的网关或路由器访问互联网。使用桥接模式的虚拟系统和宿主机器的关系，就像连接在同一个Hub上的两台电脑，想让它们相互通讯，则需要为虚拟系统配置IP地址和子网掩码，否则就无法通信。

（2）主机模式（host-only)

在主机模式中，所有的虚拟系统是可以相互通信的，但虚拟系统和真实的网络是被隔离开的。在主机模式下，虚拟系统的网络通讯协议（TCP/IP）配置信息(如IP地址、网关地址、DNS服务器等)，都是由主机模式虚拟网络的DHCP服务器来动态分配的。

（3）网络地址转换模式（NAT）

使用网络地址转换模式，就是让虚拟系统借助网络地址转换模式的功能，通过宿主机器所在的网络来访问公网。也就是说，使用网络地址转换模式可以实现在虚拟系统里访问互联网。网络地址转换模式下的虚拟系统的TCP/IP配置信息是由网络地址转换模式虚拟网络的DHCP服务器提供的，无法进行手工修改，因此虚拟系统也就无法和本局域网中的其他真实主机进行通讯[2]。

2 虚拟机在WEB服务器部署

目前IBM X3650高配置服务器的软硬件资源(包括计算能力、存储器、外设接口等)，采用分配或共享的方式将划分出来的资源虚拟成为一台或多台应用服务器，这些虚拟服务器拥有自己独立的软、硬件资源，可以像使用普通应用服务器一样进行操作，安装主流的操作系统，且可在此多个虚拟机之间方便地相互切换，如图3所示。

图 3 虚拟机切换操作系统

2.1 采用虚拟服务器优点

对于运行单个应用程序的服务器来说，容错硬件特性（如分组网络接口、多SAN存储适配器及冗余电源和内存）可能会非常昂贵，但如果将这些特性的成本分散到多台虚拟机，它们就变得很经济了。虚拟机具有在任意虚拟化平台之间迁移虚拟机、快照、在资源池中的备用主机上自动重新启动等高级功能特性，因而在它创建的环境中，停机至多不过就是简单的重新启动，对于虚拟服务器上应用系统备份与恢复，只需要备份磁盘上相应的虚拟机文件，一旦发生服务器硬件损坏，重新搭建虚拟机平台，利用所备份的虚拟机文件进行快速部署、恢复，免去了重新安装调试的重复性繁琐工作，大大缩短了服务器应急响应恢复时间。

2.2 采用虚拟服务器的必要性

企业每年都会大量购买新的服务器来满足业务发展对于信息技术不断增长和扩大的需求。英特尔芯片的WEB服务器由于其相对的低廉价格，因此，这就造成了一种普遍存在的现象，在网络中心机房可以看到不同厂商、不同品牌、不同架构的服务器在运行。各个应用系统独立配置服务器虽然可以立即、有效地解决 IT需求，但这种对有效基础硬件资源无法控制的方法有它愈发明显的缺点。这种非集中控制的分布式服务器环境，会产生许多不良的后果：服务器容量无法优化配置，居高不下的维护成本，低效的空间利用率，所有这些问题最终会造成公司为客户提供的是低质量的服务。特别是面对如今全球低迷的经济环境，因此需要积极地寻找减少相关资产，人力和运作成本的方法、提升系统维护的效率，快速部署新的系统来满足公司运行的需要。研究利用建立虚拟服务器技术对服务器整合不仅提供了一种控制那些分散资源的服务器的方法，同时增加它们的利用率，减少复杂程度和相关维护成本，从而提高对公司各应用系统的应用效果,使企业信息化软、硬件成本降低40%，生产环境整合比达到（10～15）:1,开发测试环境整合比达到（15～20）:1，而每个服务器的平均利用率从 5%～15%提高到 60%～80%,运营成本降低70%～80%（其中包括了数据中心空间、机柜、网线、耗电量、冷气空调和人力成本等）, 从而有效地实现企业信息化应用系统的高可用性,并显著降低实施成本。

2.3 虚拟服务器实施案例

利用虚拟机服务器，公司已经部署了计划处应用系统、知识管理系统、管网信息系统、域控制服务器、网络版瑞星杀毒、网络版江民在线6项应用服务，通过采用VMware的虚拟化技术，整合了服务器，大大简化了管理，并保证能快速升级和维护系统，也节约了数据中心的占用空间。英特尔至强双核处理器为VMware的虚拟化提供了硬件平台及广泛的扩展空间，将可扩充性的硬件辅助虚拟化，以及最广泛的行业虚拟化软件支持结合在一起，有效地提高了VMware虚拟化方案的高可用性，服务器利用率明显提升。使用虚拟机后的任务管理如图4所示，服务器在同时运转6项应用服务，任务管理器中CPU、内存等硬件负载很小，并没有因为应用访问量大造成硬件设备无法相应、宕机情况，可利用幅度还能大。而虚拟机的本质又决定了它们可以跨某台物理服务器上的所有虚拟机利用该服务器的高可用特性[3]。

图 4 使用虚拟机后的任务管理器

3 虚拟服务器技术展望

近年来，越来越多企业应用服务器开始应用虚拟化技术，虚拟化技术已经逐渐成为主流技术，虚拟化技术除了提高硬件资源利用率之外，还有其他诸多优点，很多用户通过利用虚拟化软件的优点与集群技术来整合服务器，虚拟化软件与集群技术之间不是谁替代谁的问题，而是互相补充，随着 IT部门越来越熟练使用虚拟化应用，他们也可以更好地处理负载均衡和可用性等问题，这些都是虚拟化与集群解决方案涉及的领域，下面向大家介绍几个典型的虚拟化集群技术。

3.1 单台服务器内的集群

集群简单地说，就是把两台或两台以上的服务器绑定在一起作为单独的计算资源，提供高可用性、高性能。当然对于硬件实现的集群在考虑性能和可用性的同时，也需要考虑对于空间、电源、冷却和管理等诸多问题。随着虚拟机技术的出现，可以在一台机器上建立多个虚机服务器，虚拟机内部的虚拟网络也能确保在同一台服务器的所有虚机间建立起高性能的网络环境。通过减少实际服务器和相关连接设备的数量，可以大大降低总体拥有成本。

单台服务器内的集群将创建在同一台物理服务器上的虚机建立集群。如图5所示，这种配置在整合硬件的同时对于应用程序提供高可用性和高性能，减少硬件成本、减少硬件管理成本、减少物理空间需求。

图5 单独服务器内的集群

3.2 跨服务器的集群

跨服务器的集群将分别创建在两台物理服务器上的虚机建立集群。这种模式需要两台运行虚拟机软件的实际服务器，每台服务器上分别建立了若干虚拟机，在两台机器上的虚拟机间建立起集群。有两种情景会使用这种模式。如图 6所示，跨服务器的集群，可以包含机器内部的集群也可以满足用户对于多节点（超过两个节点）的集群要求。

图6 跨服务器的集群①

整合原有集群，简单地将所有集群的第一个节点加到一台服务器，第二个节点加到另一台服务器中，可以减少硬件成本、减少硬件管理成本、减少物理空间需求，如图7所示。

图7 跨服务器的集群②

3.3 低成本备机集群

低成本备机集群在几台物理服务器分别创建虚机，同创建在一台物理服务器上的多个虚机建立集群。如图8示，这种方式提供成本低廉的备机系统，在防止软件失效的同时防止硬件失效。一般当用户寻找节约的整合方案时，可以考虑采用这种方式。它可以减少硬件成本、减少硬件管理、硬件级容错继续提供服务，直到原来的服务器恢复为可用状态。

图8低成本备机集群

3.4 虚拟机集群未来发展的方向

虽然虚拟机集群的管理和部署系统技术有了很大的进展，但与应用的需求还有较大的距离，目前虚拟机的高版本软件在部署时已经做到不依赖操作系统，部署系统一般采用软件的方式，但是，随着集群环境的多样化，部署系统对多种操作的支持将是要解决的主要问题，硬件技术将在这种模式下发挥较大的作用。

降低对网络带宽需求技术。部署系统依赖于网络技术，当集群规模增大时，网络将成为瓶颈，需要解决在网络拥塞、带宽较低的情况下如何保证系统能够有效工作。

对移动节点的部署和管理技术。随着笔记本用户越来越多、手机功能的增强，对移动节点的支持将成为一个技术热点。

4 结语

采用 VMware虚拟架构软件的服务器虚拟架构解决方案，将极大地提供服务器整合的效率，大幅度简化服务器群管理的复杂性，提高服务器系统的伸缩性，整体系统的可用性，同时还可明显减少投资成本，具有很好的技术领先性和性价比。下一阶段采用后端接入SAN存储的方式，如高可用性(HA)、在线迁移、灾难备份和恢复等企业级的高级特性，将更多的系统部署到虚拟化平台，使得系统实现集中管理，保证业务连续性，为生产一线提供高品质信息化服务是今后工作的重点。

[1] 王春海，刘晓辉.虚拟机实用宝典[M].北京：中国铁道出版社，2007.

[2] VMWARE公司白皮书.Wmware Infrastructure体系结构概述[S].北京：VMWARE公司,2008.

[3] 尹洋，肖展业.集群的部署和管理[M].北京：中国科学院计算技术研究所工程中心，2007.