基于VMware技术的虚拟化系统构建与分析

张鹏（松辽水利委员会,吉林长春120021）



基于VMware技术的虚拟化系统构建与分析

张鹏
（松辽水利委员会,吉林长春120021）

［摘 要］文中介绍了虚拟化技术发展现状、VMware技术的相关知识，阐述了基于VMware技术的虚拟化系统建设前的评估和计算、网络实现、存储构架、系统管理、实施效果等。

［关键词］虚拟化；VMware技术；水利信息化

0 引言

随着信息化进度的不断深入，IT硬件的投入不断加大，服务器数量不断增多。原有的“一台服务器一个应用程序”的旧模式需要技术人员进行大量的运行维护工作，同时设备的使用率不高，造成了硬件资源的浪费。大量的设备对机房的使用面积、电力、空调等提出了更高的要求，增加的维护成本及运行风险，虚拟化技术的应用将解决这些问题。

虚拟化可以全面整合服务器资源，提高设备的可用性，彻底改变旧模式。淘汰一批时间长、高能耗、高维护成本的设备，有效减少对机房面积、电力、空调等资源的需求。虚拟化技术使用及推广成为信息化发展的必然趋势。

1 虚拟化技术发展现状

虚拟化技术应用最早是在20世纪60年代由IBM在大型机系统上进行实现的，通过虚拟化技术将硬件系统进行了逻辑分区，形成了若干独立的虚拟机，提高了硬件的使用率。近年来，虚拟化技术日益发展进步，已经成为目前IT行业最受关注的焦点。虚拟化技术可高效解决服务器及桌面应用部署日益增长所带来的运行维护困境，降低基础架构费用，降低硬件采购费用，提高硬件资源的使用效率，减少能耗，简化应用部署。虚拟化技术将对水利信息化的发展、部署、管理产生深远的影响。

虚拟化是个广义的概念术语，对终端用户来说，虚拟化可以实现对物理资源的屏蔽。其表现为：将一个物理资源呈现为多个虚拟资源，或将多个物理资源抽象为一个单一的逻辑资源。用户不用关注这些虚拟逻辑资源的真实硬件实现细节，这些虚拟逻辑资源可以实现用户需要的全部功能。虚拟化技术包括两个层面，其一是硬件层面的虚拟化，其二是软件层面的虚拟化。如服务器虚拟化、桌面虚拟化、存储虚拟化和网络虚拟化等。

1）网络虚拟化

网络虚拟化可以实现将一个物理局域网虚拟为多个虚拟专用网，或者将多个物理局域网虚拟为一个虚拟局域网。通过网络虚拟化技术可以提供灵活的网络管理模式，使用户可以方便、安全的访问程序和数据。

2）存储虚拟化

存储虚拟化将多个主机的存储介质集中管理，实现存储的整合，提高存储的利用率。

3）桌面虚拟化

基于服务器的虚拟化计算模型，结合瘦客户端模式，提供统一的用户使用PC客户端。虚拟化桌面技术可以实现用户PC桌面的集中管理，实现对应用软件、系统补丁、杀毒软件等的管理和控制。

4）服务器虚拟化

服务器虚拟化可以在一个物理服务器上运行多个操作系统和应用程序，虚拟出的服务器可以自行升级、启动，不会影响到其他虚拟服务器，大大提高底层硬件资源的利用率。

2 VMware技术体系

VMware中文名威睿，在全球的虚拟化和云计算方面是领导厂商。

2.1 产品主要功能

1）不需要分区或重开机就能在同一台PC上使用两种以上的操作系统；

2）完全隔离并且保护不同OS的操作环境以及所有安装在OS上面的应用软件和资料；

3）不同的OS之间还能互动操作，包括网络、周边、文件分享以及复制粘贴功能；

4）有复原（Undo）功能；

5）能够设定并且随时修改操作系统的操作环境，如内存、磁碟空间、周边设备等；

6）热迁移，高可用性。

2.2 主要产品

2.2.1 数据中心虚拟化产品

vCloud Suite可以同时构建和管理私有云及多供应商混合云。

vSphere实现服务器虚拟化，提高可用性、增强性能和优化容量。

vSphere with Operations Management提高对虚拟化平台运营管理能力。

NSX构建虚拟化网络。

Virtual SAN建立服务器磁盘存储虚拟化，从而实现恢复能力强、性能高的横向扩展体系结构。

EVO将计算、网络连接和存储资源组合到一个超融合基础架构虚拟设备中，提供一体式解决方案。

Site Recovery Manager提供简单管理、无中断测试和全自动站点恢复的灾难恢复软件，保护用户的应用。

2.2.2 桌面和应用虚拟化

Horizon 7可通过单一平台向位于任何地点、使用任何设备的终端用户安全地提供虚拟化桌面和已发布的应用。

Horizon FLEX通过集中控制和安全措施，为没有网络连接的用户提供基于Mac或 PC的虚拟桌面

Horizon Air在任意地点通过任意设备以完善云计算服务的形式交付Windows桌面和应用。

Horizon Air Cloud-Hosted Desktop DR利用云托管桌面和应用，保护业务并确保工作连续性。

Horizon Air在云环境中管理、修补、更新和监控您为在本地部署的桌面、应用和基础架构提供的所有服务。

2.2.3 个人桌面产品

Fusion无需重新启动即可同时运行您常用的Windows应用和Mac应用。

Fusion Pro提供 Mac虚拟化技术，并为 Mac提供Windows兼容性。

Workstation Pro提升PC虚拟化的级别，基于您的 PC运行 Web或云环境，并支持访问vSphere和 vCloud Air。

Workstation Player精简的桌面虚拟化应用，无需重新启动即可在同一计算机上运行一个或多个操作系统。

3 基于VMware技术的虚拟化系统建设

结合信息化发展现状，提出虚拟化建设的总体需求：在现有设备及投资的基础上进行最大程度的资源整合，提高资源的整体利用率；在现有的网络环境下增强网络资源的整合利用率，提高网络访问速度；在确保数据的完整及独立的基础上，整合存储设备资源，并将数据迁移到虚拟存储空间上。

通过对各类资源的整合，淘汰高能耗、使用时间长、维护成本高的设备，提高服务器、网络设备、存储设备等的硬件使用效率，打造高效、稳定、环保的虚拟化运行环境。

3.1 总体架构

虚拟化就是要打破原有的物理结果之间的壁垒，将物理资源抽象为逻辑资源。在虚拟化建设完成后，物理资源的管理将按照逻辑方式进行，实现资源的自由分配。

根据虚拟化理论，结合VMware技术，虚拟化系统可以划分为：服务器虚拟化、网络虚拟化和存储虚拟化三部分。

3.2 服务器虚拟化

服务器虚拟化的核心指导理念是：通过区分资源的优先次序，随时随地的将服务器资源分配给最需要这些资源的工作载体，简化管理、提高效率进而减少为单个工作载体储备的资源量。利用Vmware vSphere软件实现服务器虚拟化的步骤：

需要对服务器资源进行统计分析，包括服务器数量、使用年限、cpu数量、内存和硬盘容量等。

1）安装配置Vmware ESX Server搭建服务器硬件虚拟层，创建虚拟机。

2）安装配置Vmware vCenter Server搭建虚拟化服务器管理服务中心。

3）安装配置Vmware vCenter Client对服务器进行访问和综合调配。

4）安装配置Vmware Converter将物理服务器迁移到虚拟服务器。

5）安装配置Vmoiton对资源和性能进行统一调配。

6）安装配置Vmware Consolidation Backup建立备份服务器，对虚拟机进行备份。

完成服务器虚拟化后，将会大大减少服务器的使用数量，服务器的使用效率将得到答复提升。通过将服务器的虚拟化整合，降低了服务器的管理维护数量，降低了单点故障率，有效提高了服务保障水平。通过实施虚拟化方案，采用统一的模块化环境部署，提高了各项应用服务响应时间。同时在备份和恢复方面，利用备份虚拟环境进行整体的迁移，降低了成本，提高了时效性。

3.3 网络虚拟化

网络虚拟化可以实现各个虚拟机的网络互联，也可以同物理机之间的交互。通过配置VmwarevSphere vNetwork可以实现网络虚拟化部署工作，软件包括：虚拟网络接口卡、虚拟标准交换机、虚拟分布式交换机和端口组。在Vmware虚拟网络中共存在3中网络模式。

3.3.1 桥接网络Bridged模式

在该模式下，虚拟操作系统就像是局域网中的一台独立的主机，它可以访问网内任何一台机器。在桥接模式下，需要手工为虚拟系统配置IP地址、子网掩码，而且要处于同一网段，这样才可以进行通信。同时，需要手工配置TCP/IP配置信息，以可以实现通过局域网的网关或路由器访问互联网。

3.3.2.网络地址转换NAT模式

通过物理机所在的网络来访问公网。使用NAT模式可以实现在虚拟系统访问互联网。NAT模式下的虚拟系统的 TCP/IP配置信息是由VMnet8(NAT)虚拟网络的DHCP服务器提供的，无法进行手工修改，虚拟主机无法和局域网中的其他物理机进行通讯。采用NAT模式最大的优势是虚拟系统接入互联网非常简单，不需要进行任何配置。

3.3.3 主机模式host-only

采用host-only模式可以将真实环境和虚拟环境隔离，在host-only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。

通过将网络进行虚拟化，将多台虚拟服务器的网络连接的单个物理网卡上，共享了网络资源，提高了硬件资源及网络资源的使用效率。同时，网络虚拟化还可以将多台物理机的物理网卡进行捆绑，通过虚拟化端口合并技术，提升了带宽容量。虚拟化网络的内部使用标签交换，缩短了地址搜索的时间，减少了数据在网络传输中的时间，提高了网络传输速度。凭借虚拟化技术提供的安全隔离，数据在网络的传输安全性也得到了保障。网络虚拟化降低了网络的建设投资成本，减少了维护工作量，

3.4 存储虚拟化

存储虚拟化是指，通过将一个或多个目标服务或功能与其它附加的功能集成，统一提供有用的全面的功能服务。将服务器硬盘、存储系统等存储资源统一控制和管理，抽象为虚拟化存储空间，跨越了各个存储硬件的物理阻隔。

通过安装配置VmwarevSphere实现对存储的访问控制。Vmware vSphere将虚拟硬件SCSI和IDE控制器，通过标准控制器连接物理磁盘。

通过采用存储虚拟化技术,主要成果：

1）通过存储虚拟化实现完成负载均衡和VM迁移,为后续实现HA功能、DRS功能铺平了道路。

2）实现了存储资源的整合并实现分层存储数据。

3）简化存储设备的管理难度。

4）简化了灾难恢复复杂性。

5）节约存储的建设成本。

4 结语

VMware虚拟化技术在信息化发展中发挥了关键作用，服务器资源、网络资源和存储资源通过该技术实现了整合和利用。从长远看，降低了硬件设备的投资，减轻维护的工作量，确保了数据的安全性。VMware技术也存在一定的缺点，软件本身的安全性及硬件的兼容性还需要进一步提高，一些高数据交换的应用程序支持不足，VMware虚拟化技术目前还不能做到完全取代单体物理机的程度。在未来的信息化发展中，VMware虚拟化技术和物理机的混合使用将是主流。

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［中图分类号］TP39

［文献标识码］A

［文章编号］1002－0624（2016）01－0067－04

[收稿日期]2015-11-06