中国移动服务器虚拟化技术规范.docx
《中国移动服务器虚拟化技术规范.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中国移动服务器虚拟化技术规范.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
中国移动服务器虚拟化技术规范
中国移动通信企业标准
QB-╳╳-╳╳╳-╳╳╳╳
版本号：
0.0.2
前言
本标准的目的。
本标准包括的主要内容，或修订的主要内容。
本标准是系列标准之一，该系列标准的结构、名称或预计的名称如下：
序号
标准编号
标准名称
例
[1]
QB-D-062-2007
中国移动ADC管理平台设备规范
[2]
QB-D-063-2007
中国移动ADC与SI应用系统接口规范
[3]
QB-D-141-2007
中国移动省ADC加密PushEmail总体技术要求
[4]
QB-D-142-2007
中国移动省ADC加密PushEmail业务规范
[5]
[6]
[7]
……
……
本标准需与企业标准编号《企业标准名称》配套使用。
本标准涉及知识产权的情况说明。
本标准的附录为标准性附录，附录为资料性附录。
本标准由中移号文件印发。
本标准由中国移动通信集团提出，集团公司技术部归口。
本标准起草单位：
本标准主要起草人：
1范围
本标准规定了，供使用；适用于。
2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
序号
标准编号
标准名称
发布单位
例：
[1]
QB-A-002-2006
《GSM直放站设备规范》
中国移动通信有限公司
[2]
TS51.021
BaseStationSystem（BSS）equipmentspecification;Radioaspects
3GPP
3术语、定义和缩略语
下列术语、定义和缩略语适用于本标准：
术语
解释
Hypervisor
Hypervisor，运行于虚拟化服务器之上的软件层，管理其上的虚拟机，帮助虚拟机分享虚拟化服务器的硬件资源
iSCSI
InternetSmallComputerSystemInterface，Internet小型计算机系统接口。
将现有SCSI接口与以太网络（Ethernet）技术结合，使服务器可与使用IP网络的储存装置互相交换资料的存储技术。
LiveMigration
在线迁移，指虚拟服务器在不中断运行的情况下，从一个物理服务器迁移到另外一台物理服务器
NAS
NetworkAttachedStorage，网络附属存储。
一种特殊的专用数据存储服务器，包括存储器件和内嵌系统软件，可提供跨平台文件共享功能。
Partition
分区，对服务器资源的划分。
见“虚拟服务器”
PXE
PrebootExecuteEnvironment，通过网络启动引导安装
SAN
StorageAreaNetwork，存储局域网络，通过光纤将不同的数据存储设备连接到服务器的快速、专门的网络。
VLAN
VirtualLocalAreaNetwork，虚拟局域网，是一种将局域网设备从逻辑上划分成一个个网段，从而实现虚拟工作组的数据交换技术
VM
VirtualMachine，虚拟机，是物理服务器的软件模拟，通过Hypervisor的支持，为上层操作系统和应用程序提供运行环境。
见“虚拟服务器”
VMM
VirtualMachineMonitor，虚拟机监视器，在本文中含义与Hypervisor相同
虚拟服务器
本规范中指对通过各种虚拟化技术，为用户提供的与原有物理服务器不同的操作系统和应用程序运行环境的统称。
虚拟服务器通常使用物理服务器的部分资源，在用户看来它与物理服务器的使用完全相同。
“分区”、“虚拟机”等都是虚拟服务器。
4服务器虚拟化概述
服务器虚拟化是一种对服务器计算资源的抽象，它在物理服务器的基础上构建多个相互独立的虚拟服务器，从而将CPU、内存、I/O等服务器物理资源转化为一组统一管理，可灵活调度、动态分配的逻辑资源。
4.1服务器虚拟化实现技术
服务器虚拟化技术是各种能够将一台物理服务器资源划分为多个“虚拟”的软件运行环境的架构或方法的统称。
目前服务器虚拟化中的实现技术主要是分区（包括硬分区或软分区，也称物理或逻辑分区）和底层硬件模拟（部分模拟或完全模拟）。
早期的大型计算机分时运行（Time-sharing）就可以看做一种虚拟化技术，这一方法在多个虚拟机共享同一CPU的“微分区”中仍然被采用。
⏹分区（Partition）
分区是小型机中广泛使用的一种虚拟化技术，通常由服务器的软件层和硬件层共同实现，为上层操作系统和应用提供相互隔离的运行环境。
采用分区技术的服务器中，服务器的固件（firmware）记录分区的配置信息，用以界定每个分区能够访问的CPU、内存等资源的范围和数量。
同时，服务器底层软件可以通过对不同资源的激活和释放等操作，实现资源在不同分区之间的调度。
分区技术起源于大型主机，目前小型机厂家的许多虚拟化产品例如HP的nPar、IBM的lPar都是基于或部分基于分区技术实现的。
⏹底层硬件模拟
底层硬件模拟是目前大多数虚拟化产品使用的虚拟化技术，它利用虚拟机监视器（VirtualMachineMonitor，VMM，也叫虚拟机管理程序，Hypervisor）来模拟底层硬件的功能，为上层操作系统提供虚拟的运行环境——虚拟机。
从操作系统的角度来看，运行在虚拟机上与运行在其对应的物理服务器上几乎没有区别。
图1TypeI和TypeII虚拟化架构
采用Hypervisor/VMM实现的服务器虚拟化通常分为两种类型，如上图所示。
•TypeI：
裸金属架构
TypeI虚拟化架构不需要在服务器上先安装操作系统，而是直接将VMM安装在服务器硬件设备中，以获得服务器的最佳性能，如VMwareESXServer、MicrosoftHyper-V、Xen等均属于这样的虚拟机。
本质上，TypeI架构中的VMM也可以认为包含一个操作系统，只不过是非常轻量级的操作系统核心功能实现。
•TypeII：
寄居架构
TypeII虚拟化架构中，VMM安装在已有的主机操作系统（HostOS，宿主操作系统）之上，通过宿主主操作系统来管理和访问各类资源（如文件和各类I/O设备等），如VMwareWorkstation，MicrosoftVirtualServer，SUNVirtualbox等。
这类虚拟化架构系统损耗比较大，很少在企业级应用中采用。
4.2PC服务器Hypervisor/VMM深入分析
VMM实现从虚拟资源到物理资源的映射，当虚拟机中的操作系统通过特权指令访问关键系统资源时，VMM将接管其请求，并进行相应的模拟处理。
为了使这种机制能够有效地工作，每条特权指令的执行都需要产生自陷（Trap）以便VMM能够捕获该指令，从而使得VMM能够进行相应的指令模拟执行。
VMM通过模拟特权指令的执行，并返回处理结果给指定的客户虚拟系统的方式，实现了不同虚拟机的运行上下文保护与切换，从而能够虚拟出多个硬件系统，保证了各个客户虚拟系统的有效隔离。
然而，Intelx86体系结构的处理器并不是完全支持虚拟化的，因为某些x86特权指令在低特权级上下文执行时，不能产生自陷，导致VMM无法直接捕获特权指令的执行。
目前针对这一问题有完全虚拟化和半虚拟化两种不同解决方案。
目前，针对这一问题的解决方案主要有三种：
基于动态指令转换（DynamicInstructionTranslation）或硬件辅助（HardwareAssisted）的完全虚拟化（Full-virtualization）技术，半虚拟化（Para-virtualization）技术和硬件辅助技术。
⏹完全虚拟化（FullVirtualization）
完全虚拟化是对真实物理服务器的完整模拟，在上层操作系统看来，虚拟机与物理平台没有区别。
操作系统察觉不到是否运行在虚拟平台之上，也无须进行任何更改，因此完全虚拟化具有很好的兼容性，在服务器虚拟化中得到广泛应用。
从技术实现来说，完全虚拟化需要VMM能够处理虚拟机所有可能的行为。
完全虚拟化的发展经历了两个阶段：
基于软件辅助（SoftwareAssisted）和基于硬件辅助（HardwareAssisted）。
•基于软件辅助的完全虚拟化
在X86虚拟化早期，由于X86体系没有在硬件层次上对虚拟化提供支持，因此许多商业的虚拟化产品都采用了基于软件辅助的完全虚拟化技术，例如VmwareESXServer、VMwareWorkstation和MicrosoftVirtualServer系列产品。
为了正确处理不能直接捕获的虚拟机特权指令，完全虚拟化引入了动态指令转换（DynamicInstructionTranslation），通过在运行时动态执行指令扫描以发现特权指令，然后依据VMM状态执行指令的二进制转换，使得特权指令的执行跳转到等价模拟代码段处，从而实现与自陷相同的目标。
基于软件辅助虽然能够实现完全虚拟化，但由于所有指令都要经过VMM进行处理，这种虚拟化的性能受动态指令转换引擎的设计和实现影响比较大。
•硬件辅助虚拟化
硬件辅助虚拟化是通过修改x86CPU指令的语义，使其直接支持虚拟化。
这一工作必须在CPU中进行，也就是Intel-VT技术和AMD-V技术。
通过引入新的处理器操作来支持虚拟化，使得虚拟机的各种特权指令能够被CPU所截获，并通过异常报告给VMM，这样就解决了虚拟化的问题。
硬件辅助虚拟化是一种完备的虚拟化方法，部分虚拟化软件产品例如Microsoft的Hyper-V目前必须借助于CPU硬件辅助才能实现虚拟化。
⏹半虚拟化（Para-Virtualization）
与完全虚拟化技术技术不同，半虚拟化技术通过修改操作系统代码使特权指令产生自陷。
Xen是使用半虚拟化技术的代表，通过对虚拟机操作系统的内核进行适当的修改，使其能够在VMM的管理下尽可能地直接访问本地硬件平台，由此降低了由于虚拟化而引入的系统性能损失。
但在另一方面，需要对虚拟机操作系统进行修改在一定范围内阻碍了半虚拟化技术的应用。
4.3总体技术架构
图2TypeI和TypeII虚拟化架构
服务器虚拟化的总体技术架构如图2所示，主要包括以下几个部分：
•物理服务器
在本规范中指X86标准架构的PC服务器
•Hypervisor
运行于虚拟化服务器之上的软件层，管理其上的虚拟机，帮助虚拟机分享虚拟化服务器的硬件资源
•虚拟服务器
指对通过各种虚拟化技术，为用户提供的与原有物理服务器不同的操作系统和应用程序运行环境的统称。
虚拟服务器通常使用物理服务器的部分资源，在用户看来它与物理服务器的使用完全相同。
“分区”、“虚拟机”等都是虚拟服务器。
•存储系统
存储系统是通过各种存储设备和网络设备形成的虚拟化环境中的集中存储，通常包括SAN、iSCSI、NAS等不同类型。
•虚拟化管理系统
由运行在虚拟化管理服务器上的管理软件和对应的管理客户端、外部Web门户等部分构成。
对系统中的各类资源和应用系统进行统一管理。
5服务器虚拟化功能需求
5.1虚拟化基础功能
⏹服务器“一变多”
支持在一台物理服务器中创建多个相互独立的虚拟机服务器，每个虚拟服务器各自拥有计算、存储和网络等资源，运行各自的操作系统和应用。
从满足用户对服务器的应用需求来看，虚拟服务器与物理服务器几乎没有差别。
虚拟服务器的创建可通过硬分区、软分区、底层硬件模拟或者硬件设备辅助等各种方式实现。
⏹设备资源抽象【测试点1】
支持将物理服务器中的CPU、内存、I/O等资源进行抽象化，将与物理设备绑定的资源转化为可以统一分配、管理的逻辑资源。
通过资源抽象，服务器资源能够被不同虚拟服务器共享。
服务器虚拟化需支持不同的资源划分粒度,以CPU资源为例，应支持以下粒度:
•一台虚拟服务器可以使用一颗物理CPU
•一台虚拟服务器可以使用多颗物理CPU
•一台虚拟服务器可以使用多颗物理CPU可以与其它虚拟服务器共享CPU资源，仅使用相当于单颗物理CPU部分处理能力的计算资源。
⏹硬件辅助虚拟化支持
硬件辅助虚拟化是通过修改x86CPU指令的语义，使其直接支持虚拟服务器各种特权指令的一种虚拟化实现方式。
这一工作必须在CPU中进行，也就是目前的Intel-VT技术和AMD-V技术。
X86服务器虚拟化产品必须支持Intel-VT、AMD-V系列处理器提供的硬件辅助虚拟化功能，以实现完备的虚拟化支持和良好的性能。
对于无硬件辅助功能的其它类型处理器，应该提供能够支持进行虚拟化的版本。
⏹裸金属架构
为降低对虚拟服务器的性能影响，虚拟化产品应采用直接将Hypervisor直接安装在物理服务器裸机上的方式，实现完全的裸金属架构（TypeI），无须依赖其它任何操作系统为基础。
Hypervisor应尽量减少对物理服务器CPU、内存等资源的占用。
⏹32位/64位支持
为了使虚拟服务器能够充分满足企业现有IT系统的应用需求，同时提供较强的扩展能力，虚拟化产品支持在旧有32位物理服务器上运行32位虚拟服务器，以及在64位物理服务器上运行32位或64位虚拟服务器的不同能力。
⏹支持多种操作系统【测试点2】
物理服务器所支持的各种操作系统类型及版本，在对该型号物理服务器进行虚拟化后，也能够在虚拟服务器中安装并正常运行。
除非出于提高性能需要而进行专门改造，物理服务器所支持的操作系统安装在虚拟服务器的过程当中，无须对操作系统进行任何修改。
X86架构的PC服务器应支持市场主流版本的Windows和Redhat、SuSe、CentOS等多个发行版本的Linux操作系统。
在同一物理服务器上运行的多个虚拟服务器，当分别安装所支持的不同类型及版本的操作系统时，需支持各虚拟服务器同时运行，相互之间没有影响。
⏹兼容服务器和存储设备
虚拟化需提供广泛的服务器硬件设备兼容性支持。
Unix小型机虚拟化应至少支持其主流服务器系列的中高端机型，X86服务器虚拟化必须支持市场主流设备厂商提供的服务器。
虚拟化需支持数据采用本地存储和共享存储两种不同方式，支持主流厂商提供的存储阵列产品，以及SAN、iSCSI和NAS等不同共享存储技术。
5.2虚拟化安装和运行
⏹Hypervisor和管理软件的安装
Hypervisor和管理软件的安装可从本地引导启动，也可支持网络启动（PXE）的方式。
Hypervisor和管理软件安装时，支持从光盘、ISO映像、本地存储或者共享存储中载入程序安装包。
支持通过第三方工具或者编写脚本等方式，实现Hypervisor的自动化安装和配置，并支持远程操作。
管理软件可以安装在虚拟服务器上，也可以安装在物理服务器上。
⏹虚拟服务器的创建
Hypervisor安装完成后，支持用户在Hypervisor的基础上，通过命令行或者图形界面方式创建虚拟服务器。
创建过程需提供用户交互方式，引导用户设定虚拟服务器名称、资源类型和数量、操作系统类型、网络设置等配置参数。
虚拟服务器创建成功后，支持从本地启动或网络启动（PXE）的方式，引导进行虚拟服务器操作系统的安装，并支持从光盘、ISO映像、本地存储或者共享存储中载入程序安装包。
支持通过第三方工具或者编写脚本等方式，实现虚拟服务器及其操作系统和应用的自动化安装和配置，并支持远程操作。
⏹虚拟服务器的模板和复制【测试点3】
为了实现虚拟服务器的快速部署，需提供通过模板的方式克隆已有虚拟服务器，并进行批量的自动部署，包括：
•支持将当前虚拟服务器的操作系统、应用、用户配置等数据保存为虚拟服务器模板；
•模板创建可在线进行，创建模板的过程中不影响虚拟服务器的正常运行；
•模板可根据需要修改并重新保存；
•支持通过模板快速、批量部署虚拟服务器，除必要的参数配置以外，通过模板创建虚拟服务器的过程可以自动化进行。
⏹支持P2V转换【测试点4】
P2V是指将物理服务器连同上面安装的操作系统和应用转换为虚拟服务器。
在X86平台上创建虚拟服务器时，支持通过P2V方式实现虚拟服务器的快速部署。
P2V转换可以有两种方式：
•在线进行：
物理服务器上的应用系统在对外提供服务的过程中实现P2V转换，转换完成后切换到虚拟服务器继续提供服务。
在线P2V转换应保证中断时间尽量小。
•离线进行：
转换过程中，应用系统不对外提供服务。
P2V转换后，原有系统无须更改即可正常运行，并保证数据不丢失。
⏹设备资源绑定【测试点5】
设备资源绑定是在虚拟化环境下对资源使用的一种限制，在某些应用场景下，出于性能、安全性等考虑，虚拟服务器可能需要绑定某些资源。
虚拟化应支持设备资源绑定的使用模式，可设置虚拟服务器以专享方式使用特定物理CPU、网卡等物理设备。
当用户设置设备资源绑定时，应提示用户这种使用模式可能带来的问题，例如可能无法支持工作负载自动均衡和应用在线迁移。
⏹虚拟网络支持【测试点6】
虚拟服务器提供对网卡的虚拟化支持，虚拟网卡通过物理网卡接入物理网络。
为了提高通信效率，减少对物理网络设备的压力，虚拟服务器之间的通信可配置为通过虚拟网卡以及虚拟交换机的方式进行。
虚拟服务器的虚拟网卡可支持划分VLAN。
⏹虚拟服务器运行控制
支持通过手动或自动的方式，通过虚拟化的管理工具，对虚拟服务器的运行状态进行控制，包括虚拟服务器的启动、关闭、暂停、重新启动、恢复、迁移操作等等。
⏹虚拟服务器备份及恢复【测试点7】
支持通过虚拟化管理工具，对虚拟服务器的运行状态进行快速在线备份（快照），备份过程中虚拟服务器仍然可用。
支持虚拟服务器在在需要的时候恢复到任一备份点，恢复后虚拟服务器的状态应该与备份时一致。
5.3资源分配和调度
⏹可使用资源分配【测试点8】
当接收到用户提交的包含资源类型、数量等要求的资源分配请求时，能够从统一管理的虚拟化服务器资源池中，自动选择合适的物理服务器进行资源分配。
当不存在满足当前要求的可分配物理服务器资源时，应作出相应提示。
为有效利用所分配的资源，促进资源共享，在为虚拟服务器分配能够使用的CPU、内存、I/O等资源数量时，支持指定可使用资源的最大值和最小值。
虚拟服务器在运行过程中实际使用的资源，允许随工作负载在分配的资源范围内变动。
多个虚拟服务器的可使用资源的总和可以大于物理服务器所能提供的资源，即允许存在一定的资源重复分配给多个虚拟服务器的“资源复用”情况。
⏹资源的动态增减【测试点9】
为提高资源分配的灵活性，满足业务量变化时对资源的不同需求，虚拟服务器的资源应支持在物理服务器可用资源范围内的动态增加或减少。
虚拟化应支持基于手动的方式或者预先配置的策略，实现：
•支持动态增加虚拟服务器CPU数量
•可选支持动态减少虚拟服务器CPU数量
•支持动态增加虚拟服务器内存数量
•可选支持动态减少虚拟服务器内存数量
在资源动态增减的过程中，虚拟服务器无须关闭重启、业务不应中断运行。
⏹资源使用优先级【测试点10】
支持对不同虚拟服务器设置不同的资源使用优先级，至少应支持高、中、低三个级别。
当多个虚拟服务器共享CPU、内存和I/O等资源，特别是存在“资源复用”的情况时，级别高的虚拟服务器能够优先分配到资源，以体现不同的服务水平协议（SLA）。
⏹虚拟服务器迁移【测试点11】
迁移是指虚拟服务器的位置，由安装在一台物理服务器的Hypervisor上，转移到另外一台物理服务器的Hypervisor上之后，仍然能够正常运行并继续提供服务。
在这一过程中一般不需要对服务器设置进行任何更改。
虚拟服务器的迁移功能表现了服务器虚拟化对资源的抽象化和计算资源相对物理设备的独立性。
虚拟服务器需支持离线迁移和在线迁移两种不同的迁移形式：
•离线迁移
虚拟服务器停止运行后，通过共享存储或者存储复制等方式，迁移到另外一台物理服务器上重新启动。
在相同类型或兼容的Hypervisor支持下，两台物理服务器配置不同、存储方式不同、或者CPU类型和架构（Intel或AMD）也不同的时候，仍然可以进行离线迁移。
•在线迁移
如果两台物理服务器使用同类CPU、并采用网络共享存储，能够支持在业务不中断的情况下，实现虚拟服务器从一台物理服务器迁移到另一台物理服务器，即在线迁移（LiveMigration）。
⏹资源调度和虚拟服务器迁移策略【测试点12】
虚拟服务器自身的资源调度，或者虚拟服务器在不同物理服务器之间的迁移可以由管理员手动进行，也可以按照事先设置的策略自动进行。
通过策略可以实现虚拟服务器资源配置的自动化和智能化，提高设备资源利用率和系统可用性。
资源调度策略的触发方式包括：
•定时：
在预先设定的时间触发资源调度或迁移。
•资源利用率阈值：
当虚拟服务器的资源利用率达到预先设定的阈值时，触发对资源的重新配置或者虚拟服务器在线迁移。
在触发自动迁移过程时，系统能够自动发现满足资源需求的物理服务器，并根据预先设定的策略自动选择合适的目标物理服务器完成迁移。
⏹工作负载均衡【测试点13】
在对物理服务器和虚拟服务器的运行状态进行监控的过程中，如果发现同一物理服务器中运行的不同虚拟服务器的工作负载高低不同时，可根据预先制定的工作负载均衡策略，在各虚拟服务器可使用的资源范围内，进行资源的动态调整，使得各虚拟服务器的CPU、内存等资源利用率相对均衡。
服务器虚拟化产品可定义不同的工作负载均衡策略，根据需要选择应用。
5.4虚拟化管理功能
⏹拓扑关系管理【测试点14】
虚拟化的管理模块需提供网络内部各种软硬件资源的统一管理，包括：
•物理服务器：
编号、名称、IP地址等；
•虚拟服务器：
编号、名称、操作系统、IP地址等；
•存储及网络设备：
编号、名称、类型等。
支持通过图标或树形分支图等形式可视化直观展示软硬件资源的拓扑关系视图。
当系统组网架构发生变化后，支持拓扑关系的动态发现和更新。
⏹服务器生命周期管理
虚拟化的管理模块需支持对网络内多个物理服务器和虚拟服务器的运行状态进行生命周期管理，包括：
•虚拟服务器创建、资源分配、运行控制、删除和资源回收；
•物理服务器的启动和关闭。
⏹运行状态监控【测试点15】
支持对物理服务器和各个虚拟服务器的运行状态进行实时的监控，记录详细的数据，进行趋势分析和进行图形化展示。
运行状态监控涉及的性能指标包括：
•CPU利用率
•内存利用率
•磁盘I/O读写速率
•网络I/O通信速率
•存储数据量
虚拟化管理模块支持对监控的各种资源的利用率等指标进行统计分析，并生成多分析维度的报表和报告。
⏹历史记录管理【测试点16】
虚拟化的管理模块提供用户对虚拟化系统的各类操作、系统中自动产生的事件和告警信息等的详细log记录，并支持对历史记录的方便的查询。
为确保对系统操作的有据可查，历史记录应保存一定时间，不允许删除或修改。
⏹故障告警管理【测试点17】
虚拟化的管理模块支持实时监测网络中各物理服务器和虚拟服务器的运行状态变化情况，针对可能引发潜在性问题的配置更改、资源不足、设备故障等故障情况，提供友好的告警界面和信息，通过Email、Log、或相关网管接口等方式提醒相关人员，以便及时进行处理。
6非功能需求
6.1性能需求
⏹虚拟服务器性能损耗【测试点18】
服务器虚拟化通过特殊的软件（包括硬件辅助）实现对底层物理设备资源访问指令的转换，将资源抽象化并支持多个虚拟服务器之间
升级会员 