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服务器虚拟化技术探析

2014/5/29    来源:万方数据    作者:赵妮      
关键字:服务器  虚拟化  服务器虚拟化  资源利用率  
随着网络技术的发展,网络应用服务器的数量越来越多,出于对存储成本及性能提升方面的考虑,文章首先介绍了服务器虚拟化技术的概念,然后介绍了服务器虚拟化的关键技术,最后重点介绍了服务器虚拟化技术较之传统服器技术的优势。

  随着网络技术的迅猛发展,网络应用服务器数量也在剧增,传统的服务器存储和管理模式突显出了很多诸如较低的资源利用率和较长的故障恢复时间等问题,已逐渐不能适应数据中心、应用系统和软件平台的发展要求。服务器虚拟化技术以其对硬件资源的高效配置、利用、提高存储成本等诸多优点而得到了广泛的使用。

  1、服务器虚拟化的概念

  服务器虚拟化技术是指通过运用虚拟化的技术充分发挥服务器的硬件性能,能够确保存储成本的同时,提高运营效率,节约能源,降低存储成本。相对简单的理解就是,利用虚拟技术,将一台物理服务器虚拟分割成多个相互独立、互不干扰的虚拟服务器环境,同时也能为虚拟服务器提供虚拟硬件设施,并提供良好的隔离性和安全性。这台服务器就可以分别运行不同的操作系统和应用,从而提高这台物理服务器的资源利用率,管理和维护也很方便。

  2、服务器虚拟化的关键技术

  2.1 CPU虚拟化技术

  CPU 虚拟化技术把物理CPU抽象成虚拟CPU,任意时刻,一个物理CPU只能运行一个虚拟CPU指令,每个客户操作系统可以使用一个或多个虚拟CPU,在各个操作系统之间,虚拟CPU的运行相互隔离,互不影响。

  CPU 虚拟化技术包含以下的内容:

  (1)将要执行的指令分成多个操作,不需要用到CPU操作的时候,CPU可以执行其他指令,从程序或者进程的角度来说(更有可能是不同用户正在使用的程序) 就好像各自占有一个CPU。

  (2)一个指令使用的CPU操作中。用到的也是CPU里面的不同工作部位,这样又可以在CPU里面某个部位做完某个操作之后马上进行另一个指令(也许属于另一个进程)用到该部位的操作,这样也能表现出几个指令同时使用CPU的情况。

  (3)宏观一点,CPU的时钟周期非常短,我们不妨将指令执行所需的若干个CPU周期称为机器周期,然后轮流给不同进程的指令分配CPU(也就是轮流运行不同进程的一小段指令)这样虽然对于单个程序或者进程而言运行时间增加了,但是这在用户的角度是很难感觉到的,也就是说对不同的用户好像各自只拥有一个CPU一样。

  2.2 内存虚拟化技术

  内存虚拟化技术把物理内存统一管理,包装成多个虚拟的物理内存提供给若干虚拟机使用,每个虚拟机拥有各自独立的内存空间。主机会将闲置虚拟机的内存转移给需要更多内存的虚拟机。使用“预留”或“份额”参数可优先向重要的虚拟机分配内存。

  2.3 设备与I/O虚拟化技术

  设备与I/O虚拟化技术把真实的设备统一管理起来,包装成多个虚拟设备给若干个虚拟机使用,响应每个虚拟机的设备访问请求和I/O请求。通过截获Guest OS对I/O设备的访问请求,通过软件模拟真实硬件的方式,达到有限外设资源复用的目的。

  目前I/O设备的虚拟化方式主要有以下三种:

  (1)设备接口完全模拟。即软件精确模拟与物理设备完全一样的接口,Guest OS驱动无须修改就能驱动这个虚拟设备。

  (2)前端/后端模拟。VMM提供一个简化的驱动程序(后端,Back-End)Guest OS中的驱动程序为前端(前端,Front-End)前端驱动将来自其他模块的请求通过与Guest OS间的特殊通信机制直接发送给Guest OS 的后端驱动,后端驱动在处理完请求后再发回通知给前端。Xen即采用该方法。

  (3)直接划分。即直接将物理设备分配给某个Guest OS,由Guest OS直接访问I/O设备(不经VMM)。

  3、服务器虚拟化技术的优势

  (1)降低运营成本。服务器虚拟化降低了IT基础设施的运营成本,系统管理员也从繁重的物理服务器的维护中解脱出来了,减少人工干预频率,节省了人工成本,使管理更加便捷、强大。

  (2)使应用平坦化。服务器虚拟化将应用与硬件平台隔离,底层的环境变化调整次数大幅降低,只要将应用创建发布至虚拟平台上即可,相当于为平台进行封装,跨越了平台的限制,使应用更平坦化,应用平台更透明化。

  (3)加快应用部署速度。采用服务器虚拟化技术使得应用部署周期大大缩短,只需输入激活配置参数、拷贝虚拟机、启动虚拟机、激活虚拟机即可完成部署,大大缩短了部署时间,免除人工干预,降低了部署成本。

  (4)提高服务可用性。服务器虚拟化后的数据中心、虚拟化的资源对应每个虚拟机,被虚拟机管理程序封装和隔离,针对每个虚拟机进行备份操作,操作后的镜像可以根据要求动态迁移至新的虚拟机或新的物理机上。用户可以方便地备份虚拟机,在进行虚拟机动态迁移后,可以方便地恢复备份,或者在其他物理机上运行备份,大大提高了服务的可用性。

  (5)提升资源利用率。通过服务器虚拟化的整合,提高了CPU、内存、存储、网络等设备的利用率,在原应用不变的基础上,集中在某一台物理机上,使得物理资源的利用率大幅提高,相应减少了硬件的投入。

责任编辑:涂君军
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