基于VMWARE的数据中心虚拟化建设研究

马春翼

摘要：随着计算机技术的不断发展，我国的信息化建设如火如荼，针对各方面的应用层出不穷，服务器的数量也呈现几何级数增长，与此同时，Vmware数据中心也面临着安全、能效、兼容性等一系列的挑战，虚拟化技术的发展为解决这一难题提供了一条重要途径，随着虚拟化技术的应用，这些问题都被很好地得到了解决。文章结合了数据中心在发展中的逐渐显现出来的问题，通过对虚拟化技术的具体研究分析，论述了VMware数据中心虚拟化建设的必要性和先进性。

关键词：虚拟化技术；数据中心；VMWARE；虚拟内存；物理内存

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）16-0001-02

如今，虚拟化和云计算技术正在改变着世界计算技术的格局，数字化、信息化的建设已成为现代社会进步的主要标志，数据中心技术已达到了“云计算”的层面，而虚拟化服务能为此提供了强有力的支持。虚拟化是一种经过验证的软件技术，它正迅速地改变着IT的面貌，并从根本上改变了人们的计算方式，与未实现虚拟化的数据中心环境相比，虚拟化技术既能够保障应用和操作系统的高可靠性，也符合绿色数据中心建设的初衷。除此之外，虚拟化技术带来的不仅仅是服务器整合方面的优势，更多的是将数据中心内陈旧的硬件平台上运作的操作系统无缝平移，将操作系统和基础硬件相分离便于更好的操作

1 对于数据中心的相关分析

数据中心（Date Center）是全球协作的特定设备网络，是一套由计算机及其相关设备组成，用来在 internet网络基础设施上传递、加速、展示、计算、储存数据信息的完善系统工程。典型的vmwarevsphere数据中心是由基本物理构建块组成，其数据中心的物理拓扑包括的组件包括计算服务器、存储网络和阵列、IP网络、vCenter Server、管理客户端。

数据中心是人类社会进入21世纪以后才出现的一项新生工程，在信息化早期，数据中心的作用主要是数据的存储和管理，随着其他应用系统的不断开展与应用，数据中心开始承担起了核心运算、数据处理的功能。其短短的十几年发展历程可以分成三个阶段，第一个阶段是数据中心的外包业务服务时期，进入第二个时期阶段后，除了在基础资源上的出租服务和维护服务，也产生了一些增值业务，数据中心的业务范围变成了“基础资源出租业务+增值业务”，在第三个阶段里，数据中心的概念被进一步拓展，功能也更加的多样化，而且在这一阶段里，虚拟化成为数据中心的主要特征之一。

首先就是服务器硬件资源的利用率，数据中心资源利用率低是目前普遍存在的一个问题，传统的数据中心的服务器采用专用方式配备，多家第三方机构的调研表明企业数据中心的服务器平均利用率在5%-10%之间，并且硬件的成本高，维护的成本也高。其次就是应用系统的安全冗余度，当计算机的硬件系统进行问题調试或者系统升级时，一般都需要进行停机服务，应用系统因此中断，影响业务的正常运行。第三就是服务器的传统部署模式，在传统的方式下，每台物理服务器只运行一个业务系统并且架构复杂，很难实现服务器资源在不同软件应用间的共享。最后就是机房的物理条件，电源容量、制冷、线路布置等诸多环境设施要求的不断提高是数据中心面临的又一个巨大挑战。

而Vmware数据中心的出现是一新的进展，其高度的虚拟化特征使得上述问题都得到了很好的解决。这种虚拟化管理使得数据中心运维更加简单，业务的发展数据中心更加灵活、高效，既提高了服务器资源的利用率，又降低了能源消耗。

2 关于虚拟化技术的具体研究

经过大约一个世纪的发展，虚拟化技术已经非常稳定，出现了很多的技术和企业，但它们都遵循相同的虚拟技术原理，即将现有的服务器物理主机的各种硬件资源进行有效再分配，分为多个不同的虚拟主机，每一台主机都必须具有一台物理主机所拥有的所有硬件资源。目前市场上主要存在的虚拟机技术有Open VZ、Xen、KVM、和Vmware。Open VZ是操作系统上的虚拟化技术，是底层操作系统上的层应用，这意味着易于理解和低权重开销，也意味着更优的性能，正因为Open VZ配置起来比较灵活，所以给了许多黑心服务商改低限制的机会。而且它的成本较高，对于服务商和客户都为不利。Xen是半虚拟技术，它并不是一个真正的虚拟机，而是相当于自己运行了个内核的实例，可以自由的加载内核模块、虚拟的内存和IO，稳定而且可预测。KVM是完全虚拟技术，它可以安装任意类型的操作系统，并且需要CPU虚拟化指令支持，因此，出售KVM的VPS商家不多，并且技术支持和售后服务也比不上Xen的vps主机那么成熟。Vmware通常被认为是当今市场上最成熟的虚拟化产品，它在VPS环境中的表现最接近独立的服务器，支持着多种操作功能，对虚拟机的集群化管理也有着相当丰富的功能。

VMWARE虚拟化技术应用的优点：

[虚拟化之前 虚拟化之后 每台主机一个系统 打破了操作系统和硬件的相互依赖 软件硬件紧密的结合 通过封装到虚拟机的技术，管理操作系统和应用程序为单一的个体 在同一台主机上运行多个应用程序通常会遭遇冲突 强大的安全和故障隔离（在同一服务器上的虚拟机相互隔离） 系统的资源利用率低 虚拟机是独立与硬件的，它们能够在任何硬件上运行 硬件的成本高并且不够灵活 ]

除此之外，从美国公用事业局的数据中心耗电节约调查报告来看，每虚拟化一个负载，每年可以节约600美金（或约7000度）的电能。

3 Vmware数据中心的虚拟性能建设

3.1 数据中心虚拟化的提出

随着应用的整合需求越来越强烈，对数据中心的资源进行虚拟化是当前的主要趋势，也是当前IT业内最令人关注的技术领域。数据中心虚拟化的网络技术趋势，延续了传统数据中心性能、安全、永续的基本需求，而且进一步简化了网络架构，更有力支持应用层面虚拟化，降低运维复杂度，提高了灵活性。

数据中心虚拟化是指采用虚拟化技术构建基础设施池，主要包括计算、存储以及网络三种资源。它的主要目的在于打破传统的应用系统绑定一套专有的服务器、储存器设备和网络的架构，通过动态的为应用系统提供其所需要的计算能力、数据存储能力和数据网络传输宽带来满足服务客户的信息要求。[1]在传统的数据中心之中，数据的搜集、整理、处置和展示等工作都是由服务器来进行的，而虚拟化的作用就是让这一过程脱离空间位置的束缚，从具体的服务器当中转移到虚拟的系统环境中，也就是说，数据中心的虚拟化，就是将底层的计算、存储、网络资源抽调出来，方便上层系统进行调用。

数据中心的虚拟化具有八大好处：

（1）加快重新部署，虚拟化可以通过虚拟机快照重新部署服务器来减少部署的时间。

（2）更好的备份，除了应用之前的虚拟服务器备份之外，还可以创建所有虚拟机的备份。

（3）更好的测试，当测试出错时，虚拟环境提供的测试平台可以简单快速地将快照恢复为较旧的版本。

（4）改进灾难恢复，当前的服务器和虚拟机的快照可以简化灾难恢复过程。

（5）消除供应商锁定，随着信息技术的不断发展，会有越来越多的新技术出现，而虚拟环境可以充分利用使用新硬件或者软件平台的灵活性。

（6）单个用途的服务器，通过虚拟化技术，各个服务器都将运行在它们自己的虚拟服务器上面。

（7）更容易迁移到云端，虚拟机可以创建基于云计算的各种基础措施，最终全部转移到云基础设施中。

（8）环境和经济效益，通过虚拟化，企业可以减少服务器的使用数量，这样大大降低了冷却和电力使用相关的成本。

除了数据中心虚拟化本身的优越性之外，最主要的是，它能够迎合数据中心中的不足。首先就是传统的数据中心基础架构已经无法满足业务要求。业务故障非常容易出错，而且业务故障恢复需要数周或者数月，应用无法与其他基础架构的变更保持同步，其次数据中心运维效率低下，数据中心庞大导致硬件上线、升级、业务迁移等工作会导致长时间业务中断。

3.2 虚拟内存管理

在虚拟化的环境中，计算机的物理内存要被多个虚拟机同时使用，但是物理地址只有一份，物理地址0显然也只有一个，所以无法满足多个客户机操作系统全部从0开始的要求，如果我们使用内存分区方式，将物理内存分成多个区域供客机操作系统使用，如此一来，客机操作系统的连续性就得到了解决，但是内存的使用效率非常迟缓。在这个时候，虚拟机监视器（VMM）的作用就体现了出来。

在虚拟的环境中，VMM负责管理和分配虚拟机的物理内存，客机操作系统运行的是一个虚拟的虚拟机物理地址空间，其指令目标地址也是一个虚拟机物理地址空间。如果地址在没有虚拟化的情况下，它就是实际物理地址，可以直接被发送到系统总线上去，虚拟化过后，需要VMM负责将虚拟机物理地址首先转换成一个实际物理地址之后，再由物理处理器执行。同时，为了充分的利用闲置的物理内存，尤其是系统长期运行后残留的碎片，VMM一般情况下都会以比较小的粒度进行分配，其具体位置完全由VMM的内存分配算法决定。

由上我们可以得到虚拟机内存管理的主要两大特点[3]，一是给定一个虚拟机，维护虚拟机物理地址与宿主机物理地址之间的映射关系，二是截获虚拟机对虚拟机物理地址的访问，并根据所记录的映射关系，将其转换成宿主机物理地址。

3.3 数据中心虚拟化管理

虚拟化让数据中心硬件得以整合，使数据中心设备密度加大，在虚拟化环境下，对数据中心服务器、网络等硬件设备的配置要求越来越高，如何对硬件配置进行管理，是许多数据中心管理员所面对的难题。

虚拟机迁移，支持虚拟机在服务器之间的迁移，虚拟机管理程序先处理保留在目标服务器上的虚拟机，然后移动虚拟机到新的目的地，并最终拆除原来的虚拟机，Vmotion可以对虚拟机进行不关机迁移，避免了业务的中断，达到实时迁移。

多租户和安全性，由于建设和运营数据中心需要较高的成本，許多应用商大多采取不同部门，甚至不同的公司多租户模式，共享一个共同的基础设施的虚拟化资源。在多租户环境

中，数据的安全保护是至关重要的，需要进行逻辑隔离资源，严禁把物理资源分享给任何客户，因此，控制平台必须要能够提供数据中心资源的安全访问。

高可用性管理，Vmware HA群集允许ESXI主机集合作为一个组协同工作，它可以将虚拟机及其所驻留的主机集中在群集内，从而为虚拟机提供高可用性。如果发生故障，故障主机上的虚拟机将在备用主机上重新启动。如果主机发生故障，VMware HA不会将任何虚拟机故障切换到正处于维护模式的主机上，等到主机退出维护模式后，会重新启动主机上的VMware HA服务，此时该主机可再次用于故障切换，一方面保障了业务系统的不间断运行，另一方面保证了主机的运营安全。

在进行VMware数据中心虚拟化管理时，虚拟机迁移、多租户和安全性、高可用性管理等功能，能够充分发挥数据中心虚拟化的优点，提高各个系统的综合应用能力。

4结论

基于VMware的虚拟技术在数据中心的应用能够整合硬件资源，提高现有服务器的利用率和软件系统部署的灵活性，提高了系统的可靠性，从而使系统更好地为人类服务。可以说，VMware数据中心的虚拟技术应用，为数字化、信息化的飞速发展提供了可靠的硬件保障和软件平台，成为未来IT业发展的主导力量。

参考文献：

[1] 张玛丽.基于虚拟化技术的数据中心整体改造[J].太原学院学报（自然科学版），2017，35（01）：42-45.

[2] 李伶.基于VMware的高校数据中心虚拟化技术分析[J].电脑知识与技术，2012，8（01）：20-21.

[3] 许磊. 基于云计算环境的虚拟机内存管理研究[D].哈尔滨工程大学，2013.