虚拟化数据中心研究

文｜刘跃

传统数据中心面临的困境与挑战

传统的数据中心随着应用业务的扩展，数据量的激增，需要大幅度增加服务器数量，这使得管理工作日趋复杂，也暴露出数据中心的物理空间日趋紧张的困境。

从实际情况来看，传统数据中心面临以下几个问题：一、高成本，硬件采购成本、运营和维护成本高；二、可用性低，系统维护、升级或扩容时常需要停机进行，中断业务，新服务器和应用的部署时间过长，难以实现系统的快速部署，快速升级和维护系统，企业需要提高服务器的可用性与可靠性；三、不易管理，服务器数量的大幅度增加使得管理复杂化，企业需要引入更好的备份和恢复管理方案；四、资源浪费，服务计算资源，在非高峰期利用率不足；五、兼容性差，系统和应用迁移到新的硬件需要考虑新旧系统兼容问题；六、无法快速提供独立的测试环境。

在建设节约型社会的背景下，需要降低服务器的数量，以便节省数据中心空间，减少相应的电力和空调需求，降低数据中心的能耗。还需要减少对专业技术服务人员的需求，降低相应的成本。

虚拟化数据中心与传统数据中心的比较分析

为克服传统数据中心服务器环境下存在的诸多问题，及应用部署方式所造成的弊端，业界提出虚拟架构软件的服务器虚拟化架构理念，并已有类似虚拟化产品整体解决方案。

采用该方案，在一定程度上，简化了服务器集群管理的复杂性，提高了整体系统的可用性，减少了投资成本，服务器计算资源的利用效率也得到提高。

我们从几个方面，来对比分析虚拟化数据中心与传统数据中心。

1.数据中心建设效率

采用传统方式构建数据中心，比如行政事业单位新采购服务器，部署新信息化应用的流程至少会包括，需求调研、审定，项目立项、方案设计和评审，以及组织招标、采购、实施、测试、试运行、验收等环节。经过这样的一套流程下来，整个项目需要花费很多时间和精力，建设效率较低，新系统迟迟无法上线。

部署虚拟化数据中心之后，如果某部门因新增业务提出使用服务器的需求，只需向该虚拟化数据中心申请，从虚拟化数据中心云平台中按需为该部门划分若干台虚拟的服务器，只需要很短的时间，马上就可以开始投入使用。不再需要考虑服务器硬件的架构问题，也不用考虑服务器占地空间问题，不需要额外增加人手做系统维护，更不需要关心招标等事宜，把精力更多放在实际业务上来。

2.服务器资源利用率

对于传统的数据中心，服务器在选型的时候，必须满足应用的峰值处理需要，因此造成大量处理资源被闲置起来形成极大的浪费，服务器很多时间的使用率都低于10%。

采用了虚拟化技术之后，将多台服务器部署整合到一台服务器上去。通过虚拟化技术，所有真实服务器的硬件资源形成一个统一的硬件平台，虚拟服务器可以调度使用整个硬件平台的资源。当某一个应用对资源有突发需求时，有闲置处理资源的服务器可以马上支援过于繁忙的服务器，以实现资源的动态调度。

3.扩展性

采用虚拟技术后，提高数据中心的处理能力，只需要增加更多的物理服务器即可。在扩展的时候，可以随时按照需要增加服务器的数量。增加服务器的数量来增强整个虚拟化平台的处理能力时，只需要增加一台真实服务器，安装好虚拟化软件，然后加入这个虚拟化集群。

传统数据中心重新配置时，要面临系统复杂性及新旧系统兼容问题。

4.可靠性

采用了虚拟化技术构建数据中心后，某台服务器的故障不会对整个系统造成任何影响，运行的虚拟机以及虚拟机上运行的业务不会因为一台物理存在服务器故障而停机，从而获得全面的高可靠性保护。

采用传统技术的数据中心则不然，一台服务器的故障会造成部分的业务中断。如果传统数据中心发生硬件故障，通常要停机来进行硬件更换。

5.部署和迁移

我们通常的部署方式需要在服务器上安装操作系统，搭建运行环境，安装应用软件，再进行应用软件的配置等。采用虚拟化技术部署的虚拟机系统类似一个虚拟机文件，对虚拟机文件进行复制操作，立刻就可以将一个虚拟机变成两份完全一样的虚拟机，极易部署和迁移。一旦部署完成并且运行起来，只需要登录到中心管理服务器上，就可以管理所有虚拟机服务器。

图1：虚拟化数据中心逻辑结构

虚拟化数据中心方案构建与逻辑结构

1.方案构建

采用虚拟化技术构建数据中心时，在每台待部署服务器上都安装配置虚拟架构套件，构成虚拟服务器载体，通过集中控制管理中心对所有物理服务器管理，形成一个计算云。虚拟服务器根据自身服务的负载情况，动态在每台物理服务器上迁移，充分利用物理服务器的计算资源。

在单台物理服务器上，利用服务器强大的处理能力，可生成多个虚拟服务器。每一个虚拟服务器，从功能、性能和操作方式上等同于传统的单台物理服务器，在每个虚拟服务器上，选择适用的操作系统进行安装配置，再安装应用软件，这样每个物理服务器就变成虚拟架构服务器上的数个虚拟机，增强了系统和应用的可用性，提高系统的灵活性和快速响应，完美的实现了服务器虚拟架构的整合，从而提高资源利用率，降低成本。

2.逻辑结构

采用虚拟化技术之后，所有的真实服务器将构成一个统一的硬件平台，这个数据云平台上里面包含着计算资源。如图所示。

使用的时候，我们可以将这个处理资源云平台划分为若干台虚拟的服务器，每一台虚拟服务器在使用的时候与物理真实服务器没有区别，同样需要在上面安装操作系统和应用软件。

在这种逻辑结构下，用户不需要关心真实服务器数量、连接方式，也不需要关心虚拟服务器与真实服务器的对应关系。虚拟服务器可直接使用，其部署及运行方式与真实服务器完全一样。

数据中心虚拟化的效果

对于虚拟化数据中心，服务器数量、网络设备、机架、其它外设等支撑设备会大幅减少，机房环境更简洁明了，并实现“节能减排”。经过服务器的不断扩容，逐渐扩大虚拟化的范围和规模，最后形成“云计算”架构的IT基础框架，通过集中管理和监控虚拟机，对所有物理服务器及其上的虚拟服务器进行统一管理，实现自动化以及简化资源调配。集中化的管控中心可以完成绝大部分的IT管理职能，降低管理成本，实现IT管理水平的提升。

总的来说，数据中心虚拟化，带来的各项改善，还体现在减少信息系统整体的各项成本上。

1.整体硬件成本的降低

通过虚拟化技术，打破服务器与服务器之间的隔阂，将多台服务器构建成一个统一的硬件平台，实现资源共享，从而降低服务器处理性能的浪费，从而降低硬件成本。

服务器数量的减少，也会带来网络设备数量的减少，降低周边设备的成本。

通常我们需要购买双份的服务器硬件以形成硬件的冗余，来运行重要的不允许停机的业务，传统的数据中心存在无法共享冗余资源的问题。采用虚拟化技术的数据中心，采用极少的冗余硬件资源供所有应用共享的形式，降低用于灾难恢复的硬件构建成本。

2.降低整体运营成本

所需服务器数量的减少，也就减少了电力消耗，降低电力成本。

虚拟化数据中心在做类似传统数据中心的旧服务器升级改造时，业务的迁移很容易，拥有快速的部署、迁移和恢复能力，节省了业务迁移、硬件改造升级所要花费的人力物力和时间成本。

通过部署虚拟化，对所有服务器进行统一管理，提升系统管理员劳动生产率。

3.降低意外成本

采用虚拟化，相当于为每一台服务器均构建了冗余系统，形成整个系统的全冗余，构建整个系统的高可用性，减少了宕机的机会，避免因此造成的损失。

综述

综合来看，通过实施虚拟化，提高了系统可用性和可靠性，提高了安全系数。数据中心虚拟化后很方便地实现了服务器的整合，同时大幅减少了物理服务器的数量，减轻了数据中心的空间压力。可以对新系统新应用实现快速部署，并保证了快速升级和系统维护，满足了对系统的灵活配置，对原来的应用进行了有效分离，更是优化了测试、开发等流程所需要的资源分配工作。■