虚拟化服务器.docx
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虚拟化服务器
虚拟化服务器选型方案
常用应用软件介绍
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2011年7月
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艾洪涛
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V1.0
2011/8/25
艾洪涛
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1虚拟化服务器应用背景
虚拟化技术与多任务以及超线程技术是完全不同的。
多任务是指在一个操作系统中多个程序同时并行运行，而在虚拟化技术中，则可以同时运行多个操作系统，而且每一个操作系统中都有多个程序运行，每一个操作系统都运行在一个虚拟的CPU或者是虚拟主机上；而超线程技术只是单CPU模拟双CPU来平衡程序运行性能，这两个模拟出来的CPU是不能分离的，只能协同工作。
虚拟化技术也与目前VMwareWorkstation等同样能达到虚拟效果的软件不同，是一个巨大的技术进步，具体表现在减少软件虚拟机相关开销和支持更广泛的操作系统方面。
纯软件虚拟化解决方案存在很多限制。
“客户”操作系统很多情况下是通过VMM（VirtualMachineMonitor，虚拟机监视器）来与硬件进行通信，由VMM来决定其对系统上所有虚拟机的访问。
（注意，大多数处理器和内存访问独立于VMM，只在发生特定事件时才会涉及VMM，如页面错误。
）在纯软件虚拟化解决方案中，VMM在软件套件中的位置是传统意义上操作系统所处的位置，而虚拟化技术将各种资源虚拟出多台主机操作系统的位置是传统意义上应用程序所处的位置。
这一额外的通信层需要进行二进制转换，以通过提供到物理资源（如处理器、内存、存储、显卡和网卡等）的接口，模拟硬件环境。
这种转换必然会增加系统的复杂性。
此外，客户操作系统的支持受到虚拟机环境的能力限制，这会阻碍特定技术的部署，如64位客户操作系统。
在纯软件解决方案中，软件堆栈增加的复杂性意味着，这些环境难于管理，因而会加大确保系统可靠性和安全性的困难。
而CPU的虚拟化技术是一种硬件方案，支持虚拟技术的CPU带有特别优化过的指令集来控制虚拟过程，通过这些指令集，VMM会很容易提高性能，相比软件的虚拟实现方式会很大程度上提高性能。
虚拟化技术可提供基于芯片的功能，借助兼容VMM软件能够改进纯软件解决方案。
由于虚拟化硬件可提供全新的架构，支持操作系统直接在上面运行，从而无需进行二进制转换，减少了相关的性能开销，极大简化了VMM设计，进而使VMM能够按通用标准进行编写，性能更加强大。
2虚拟化服务器资源需求分析
2.1性能需求分析
网络子系统
虚拟服务器的网络子系统负责虚拟服务器中所有虚拟机服务系统与外界客户端之间的数据通讯、经国家重点实验室测试数据分析、除虚拟机中有对网络系统有特殊要求的应用程序（如：
视频点播系统、高访问量Web系统等），网络子系统一般不会成为虚拟化服务器的性能瓶颈。
目前主流的服务器网络子系统通常标准配置的双千兆以太网卡，基本上满足中小型企业和数据中心用户的应用需求。
内存子系统
内存方面、虚拟化服务器最好都尽量使用大容量内存。
由于虚拟化服务器有大量客户端发送过来的数据操作请求需要临时缓存到内存里，所以客户端数据操作请求量大的时候内存的占用也是较大的，而当内存不够用的时候，虚拟内存的工作压力就非常大，其实就是磁盘工作压力会很大，而系统程序跟数据缓存操作不断的争抢内存资源时，当机的几率就高了很多。
而内存的纠错其实在服务器上是非常必要的，由于内存也是高速设备而且数据刷新频率非常高，所以加入纠错芯片的ECC内存可以有效的帮助系统减少由于数据信息出错而产生的严重后果，另外，由于内存的校验操作都是内存上的独立智检芯片完成，所以不会占用CPU资源。
国家重点实验室的实际测试数据显示，每次客户端的数据操作请求都会占用服务器端一定的内存空间。
需要根据虚拟化服务器需要为多少虚拟机应用程序和客户端提服务，来决定实际配置内存的大小。
需要根据用户虚拟化服务器所承载的虚拟机的应用类型、数据量以及需要支撑的请求数量级别来确定虚拟化服务器具体所选用的内存值得大小。
磁盘子系统
磁盘子系统，就是服务器上使用的硬盘（HardDisk）。
如果说服务器是网络数据的核心，那么服务器硬盘就是这个核心的数据仓库，所有的软件和用户数据都存储在这里。
对用户来说，储存在服务器上的硬盘数据是最宝贵的，因此硬盘的可靠性是非常重要的。
为了使硬盘能够适应大数据量、超长工作时间的工作环境，虚拟化服务器一般采用高速、稳定、安全的SAS硬盘。
另外，由于虚拟化服务器负责存储所有应用程序所使用的结构化数据、需要占用大量的存储空间、需要存储的数据量非常大、需要根据支持的客户端数量来规划磁盘子系统的整体容量。
部分虚拟化系统由于数据量巨大、通常会采用外接磁盘阵列的方式、由磁盘阵列来为虚拟化服务器提供存储空间。
由于结构化数据查询修改等操作、通常是小文件（非连续）的大量传输，因此采用光纤磁盘阵列效果最好。
具体的虚拟化服务器磁盘子系统容量及磁盘类型配置需要根据用户的实际数据量以及吞吐量来进行调整。
或外接磁盘阵列。
处理器子系统
中央处理器（英文CentralProcessingUnit，CPU）是一台计算机的运算核心和控制核心。
CPU、内部存储器和输入/输出设备是电子计算机三大核心部件。
电脑中所有操作都由CPU负责读取指令，对指令译码并执行指令的核心部件。
其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。
所谓的计算机的可编程性主要是指对CPU的编程。
CPU由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。
差不多所有的CPU的运作原理可分为四个阶段：
提取（Fetch）、解码（Decode）、执行（Execute）和写回（Writeback）。
浪潮国家重点实验室测试数据结果分析显示，处理器和内存一样是虚拟化服务器最先出现性能瓶颈的子系统，建议采用多核心、支持超线程技术的处理器。
性能分析总结：
内存子系统：
虚拟化应用会用大量内存缓存数据，一旦将硬盘做为缓存，系统性能将迅速下降，严重的会导致死机
处理器子系统：
虚拟化的操作将消耗大量的处理器资源，而且虚拟化对SMP性能发挥的比较好，缓存越大虚拟化应用的性能越好。
处理器核心数量越高、虚拟化应用性能越好。
处理器支持的计算线程数量越高，虚拟化应用性能越好。
磁盘子系统：
即使内存充裕，虚拟化应用将会频繁访问磁盘，因此RAID5和高速的磁盘会常常被采用
2.2可靠性需求分析
元件、产品、系统在一定时间内、在一定条件下无故障地执行指定功能的能力或可能性。
可通过可靠度、失效率、平均无故障间隔产品可靠性。
根据国家标准GB-6583的规定，产品的可靠性是指：
产品在规定的条件下、在规定的时间内完成规定的功能的能力。
一般所说的“可靠性”指的是“可信赖的”或“可信任的”。
我们说一个人是可靠的，就是说这个人是说得到做得到的人，而一个不可靠的人是一个不一定能说得到做得到的人，是否能做到要取决于这个人的意志、才能和机会。
同样，一台仪器设备，当人们要求它工作时，它就能工作，则说它是可靠的；而当人们要求它工作时，它有时工作，有时不工作，则称它是不可靠的。
对产品而言，可靠性越高就越好。
可靠性高的产品，可以长时间正常工作（这正是所有消费者需要得到的）；从专业术语上来说，就是产品的可靠性越高，产品可以无故障工作的时间就越长。
虚拟化服务器本身对可靠性的基本要求为关键的服务器易损组件支持冗余保护、热插拔更换等。
也可通过双机热备等方式提供可靠性和可用性的保护。
2.3扩展性需求分析
扩展性是指随着应用业务的发展、当前系统性能无法满足业务要求时，能够通过自身性能提升或外部其他手段提高系统性能的特性。
虚拟化服务器系统中对扩展性的要求为以下几点：
随着用户数量的不断增加，能够为服务器的内存子系统扩容、因此需要虚拟化服务器自身具备多内存插槽；能够为磁盘子系统扩容，即当磁盘空间不足时，能够通过增加磁盘数量的方式来提供更大的磁盘空间，满足用户应用的需求，需要服务器能够提供更多的磁盘舱位。
2.4管理性需求分析
研究结果显示,可管理性是TCO各种费用之中所占比例最大的一项。
这类研究还进一步表明,系统的部署和支持费用远远超过了初次购买所花的费用,而付给管理和支持人员的报酬又是其中所占份额最高的。
另外,工作效率的降低、商业机会的丧失和营业收入的下滑所带来的财务损失也不可忽视。
由此可见,系统的可管理性既是IT部门的迫切要求,又对企业经营效益起着非常关键的作用。
可管理性旨在利用特定的技术和产品来提高系统的可靠性,降低系统的购买、使用、部署和支持费用,最显著的作用体现在减少维护人员的工时占用和避免系统停机带来的损失。
可管理性产品和工具可通过提供系统内部的有关信息而达到以下目的:
简化系统管理。
许多问题可以由系统自动解决,技术支持人员不再像指挥失灵的消防队一样手忙脚乱。
通过网络实现远程管理,技术支持人员在自己的桌面上即可解决问题,不必亲赴故障现场。
改善系统的易用性和性能,减少系统停机时间。
系统部件可自动监视自己的工作状态,如果发现故障隐患可随时发出警告,提醒维护人员立即采取措施保护企业数据资产,故障部件更换的操作也非常简单方便。
作为业界知名的服务器提供商,浪潮在其工作组服务器之中集成了完备的可管理性解决方案。
这就是说,用户得到的不仅仅是一台高性能的服务器,而且还包括了整个网络资源的管理工具。
在越来越复杂的网络环境之中,这些管理工具更能显示出其内在的价值。
这是传统高端系统提供商在中低端系统设计方面所特有的一种优势。
KVMoverIP将键盘、视频和鼠标数据数字化，并使用IP技术移动KVM数据。
KVMoverIP直接连接至任意计算机上的KVM信号，无需侵入计算机，无需添加软件/硬件。
该技术利用了现有网络基础设施，支持本地和远程用户。
KVMoverIP在不同硬件环境中工作，是管理多地点数据中心和分支办公室的理想技术。
3系统建设拓扑
3.1单机应用模式
该模式的优点在于部署简便、对环境要求极低、初期的投资成本也相对较低，通过虚拟化服务器自身提供的硬盘空间作为数据的存储空间。
是小型企业入门级虚拟化服务器架构的首选。
其缺点是单机部署形成了单点故障，当服务器软件或硬件发生故障时，就无法对外提供服务了，并且所有的数据操作都通过虚拟化服务器来进行，数据安全性等缺乏高级别的保护。
3.2集群应用模式
集群模式部署虚拟化服务器、能够为集群中得应用提供应用热迁移、业务高可用保护、动态资源调度、节能策略管理、虚拟应用集中管理、安全策略管理、资源池管理等多种高级应用功能。
该模式下部署的优势是：
●服务模式转变、按需获取、按量计费。
●管理模式转变、集中式统一管理。
●无需附加费用的业务高可用保护。
●资源利用率提升。
●安全可靠。
4推荐的虚拟化服务器解决方案
在本章节中列出的测试数据、以及下文推荐的虚拟化服务器配置选型是基于浪潮高效能服务器和存储技术国家重点实验室测试得出的结果。
4.1小型规模
网络规模——小型（2-9个应用）
建议采用浪潮英信NF8560（4CPU/32G/8HD/RAID5/1000M*2双电）。
采用单机应用模式的架构。
由一台服务器提供多个虚拟化信息化应用服务、降低小型企业在信息化初期阶段的采购成本。
提供便捷的虚拟化服务。
在此配置情况下单处理器的CPU利用率约为40%-60%;内存利用率约为50%-70%；网络占用率为20%左右。
整体虚拟化服务器系统处于平稳健康的工作环境下。
能够为用户提供持续的服务。
4.2中/大型规模
网络规模——中型（10-50000个应用）
建议采用浪潮TS850（8CPU/128G/3HD/RAID5/1000M*4/四电源）/NF8560（4CPU/32G/3HD/RAID5/100M*2/双电）。
采用虚拟化集群的方式工作、能够为用户提供7*24小时不停顿的业务服务。
满足用户环境对虚拟化服务的需求；
在此配置情况下双处理器（高端）的CPU利用率约为55%-75%;内存利用率约为50%-70%；网络占用率为60%左右。
整体虚拟化服务器系统仍处于平稳健康的工作环境下。
能够为用户提供持续的服务。
5方案价值分析
单机模式应用价值分析
单机模式适用于处在起步阶段的小型企业，对数据安全和业务连续性不敏感的应用环境中，使用单机模式能够极大的降低中小型企业为员工提供虚拟化服务的成本，极大的降低信息化初期阶段对虚拟化服务的资金投入。
集群模式应用价值分析
双机热备份模式适用于中等以上规模的企业、政府等行业，尤其是对于业务实时性以及业务连续性有较高要求的用户。
该应用模式能够为用户提供7*24小时不停顿的业务服务。
并且在管理模式上进行转变、集中式统一管理。
提供无需附加费用的业务高可用保护。
提高资源利用率提升。
提升系统整体安全性。
满足用户对虚拟化服务方面的业务需求。
6常用应用软件介绍
6.1Vmware
VMWare（VirtualMachineware）是一个“虚拟PC”软件公司.它的产品可以使你在一台机器上同时运行二个或更多Windows、DOS、LINUX系统。
与“多启动”系统相比，VMWare采用了完全不同的概念。
多启动系统在一个时刻只能运行一个系统，在系统切换时需要重新启动机器。
VMWare是真正“同时”运行，多个操作系统在主系统的平台上，就象标准Windows应用程序那样切换。
而且每个操作系统你都可以进行虚拟的分区、配置而不影响真实硬盘的数据，你甚至可以通过网卡将几台虚拟机用网卡连接为一个局域网，极其方便。
安装在VMware操作系统性能上比直接安装在硬盘上的系统低不少，因此，比较适合学习和测试。
Vmware特点
除了为到网络适配器、CD-ROM读盘机、硬盘驱动器、以及USB设备的访问提供了桥梁外，VMware工作站还提供了模拟某些硬件的能力。
例如，能将一个ISO文件作为一张CDROM安装在系统上、也能将.vmdk文件作为硬盘驱动器安装、以及可将网络适配器驱动程序配置为通过宿主计算机使用网络地址转换（NAT）来访问网络，而非使用与宿主机桥接的方式（该方式为：
宿主网络上的每个客户操作系统必须分配一个IP地址）。
VMware工作站还允许无须将LiveCD烧录到真正的光盘上、也无须重启计算机，而对这些LiveCD进行测试。
还可以捕获在VMware工作站下运行的某个操作系统的快照。
每个快照可以用来在任何时候将虚拟机回滚到保存的状态。
这种多快照功能使VMware工作站成为销售人员演示复杂的软件产品、开发人员建立虚拟开发和测试环境的非常流行的工具。
VMware工作站包含有将多个虚拟机指定为编队的能力，编队可以作为一个物体来开机、关机、挂起和恢复—这使VMware工作站在用于测试客户端-服务器环境时特别有用。
Vmware主要产品
VMware是提供一套虚拟机解决方案的软件公司，主要产品分为如下三个。
VMware-ESX-Server
这个版本并不需要操作系统的支持。
它本身就是一个操作系统，用来管理硬件资源。
所有的系统都安装在它的上面。
带有远程web管理和客户端管理功能。
VMware-GSX-Server
这个版本就要安装在一个操作系统下了，这个操作系统叫做HOSTOS.
这个HOSTOS可以是Windows2000Server以上的Windows系统或者是Linux（官方支持列表中只有RH,SUSE,Mandrake很少的几种），和VMware-ESX-Server一样带有远程web管理和客户端管理功能。
VMware-WorkStation
这个版本和VMware-GSX-Server版本的机构是一样的。
也是要安装在一个操作系统下，对操作系统的要求也是Windows2000以上或者Linux。
和Vmware-GSX-Server的区别就是没有web远程管理和客户端管理。
瘦客户机终端操作系统（DeTOS）6.0
戴闻（Devon）IT公司与vmware公司合作开发的瘦客户机终端操作系统（DeTOS）6.0是一种基于Linux操作系统的，可捆绑多客户并连接到众多的各类服务器，利用不同类型协议的网络终端管理软件。
Vmware产品功能
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、周边设备等等。
6.热迁移，高可用性。
6.2Hyper-V
Hyper-V是微软的一款虚拟化产品，是微软第一个采用类似Vmware和Citrix开源Xen一样的基于hypervisor的技术。
这也意味着微软会更加直接地与市场先行者VMware展开竞争，但竞争的方式会有所不同。
Hyper-V最初预定在2008年第一季度，与WindowsServer2008同时发布。
架构特点
Hyper-V采用微内核的架构，兼顾了安全性和性能的要求。
Hyper-V底层的Hypervisor运行在最高的特权级别下，微软将其称为ring-1（而Intel则将其称为rootmode），而虚拟机的OS内核和驱动运行在ring0，应用程序运行在ring3下，这种架构就不需要采用复杂的BT（二进制特权指令翻译）技术，可以进一步提高安全性。
高效率的VMbus架构
由于Hyper-V底层的Hypervisor代码量很小，不包含任何第三方的驱动，非常精简，所以安全性更高。
Hyper-V采用基于VMbus的高速内存总线架构，来自虚机的硬件请求（显卡、鼠标、磁盘、网络），可以直接经过VSC，通过VMbus总线发送到根分区的VSP，VSP调用对应的设备驱动，直接访问硬件，中间不需要Hypervisor的帮助。
这种架构效率很高，不再像以前的VirtualServer，每个硬件请求，都需要经过用户模式、内核模式的多次切换转移。
更何况Hyper-V现在可以支持VirtualSMP，WindowsServer2008虚机最多可以支持4个虚拟CPU；而WindowsServer2003最多可以支持2个虚拟CPU。
每个虚机最多可以使用64GB内存，而且还可以支持X64操作系统。
完美支持Linux系统
和很多朋友的想法不同，Hyper-V可以很好地支持Linux，我们可以安装支持Xen的Linux内核，这样Linux就可以知道自己运行在Hyper-V之上，还可以安装专门为Linux设计的IntegratedComponents，里面包含磁盘和网络适配器的VMbus驱动，这样Linux虚机也能获得高性能。
下图所示的就是NovellSUSELinux10SP1，其中的网卡驱动，其总线类型就是VMbus。
这对于采用Linux系统的企业来说，是一个福音，这样我们就可以把所有的服务器，包括Windows和Linux，全部统一到最新的WindowsServer2008平台下，可以充分利用WindowsServer2008带来的最新高级特性，而且还可以保留原来的Linux关键应用不会受到影响。
和之前的VirtualPC、VirtualServer类似，Hyper-V也是微软的一种虚拟化技术解决方案，但在各方面都取得了长足的发展。
从架构上讲Hyper-V只有“硬件－Hyper-V－虚拟机”三层，本身非常小巧，代码简单，且不包含任何第三方驱动，所以安全可靠、执行效率高，能充分利用硬件资源，使虚拟机系统性能更接近真实系统性能。
按照微软的虚拟化产品路线，微软在将2008年第四季度，推出脱离WindowsServer2008的、独立的虚拟化产品Hyper-VServer。
6.3XEN
Xen是一个开放源代码虚拟机监视器，由剑桥大学开发。
它打算在单个计算机上运行多达100个满特征的操作系统。
操作系统必须进行显式地修改（“移植”）以在Xen上运行（但是提供对用户应用的兼容性）。
这使得Xen无需特殊硬件支持，就能达到高性能的虚拟化。
XEN的准虚拟化
Xen通过一种叫做准虚拟化的技术获得高性能，甚至在某些与传统虚拟技术极度不友好的架构上（x86），Xen也有上佳的表现。
与那些传统通过软件模拟实现硬件的虚拟机不同，在IntelVT-X支持下3.0版本之前的Xen需要系统的来宾权限，用来和XenAPI进行连接。
到目前为止，这种技术已经可以运用在NetBSD,GNU/Linux,FreeBSD和Plan9系统上。
在Brainshare2005会议上，Novell展示了NetWare与Xen的连通。
与WindowsXP连通的技术曾在Xen开发初期进行，但微软的协议未能允许它发布。
Sun微系统公司也正在积极地将Solaris移植到Xen平台之上。
XEN的半虚拟化
Xen通过一种叫做半虚拟化的技术获得高效能的表现（较少的效能损失,典型的情况下大约损失2%,在最糟的情况下会有8%的效能耗损;与其它使用完全的虚拟化却造成最高到20%损耗的其他解决方案形成一个明显的对比），甚至在某些与传统虚拟技术极度不友好的架构上（x86），Xen也有极佳的表现。
与那些传统通过软件模拟实现硬件的虚拟机不同，在3.0版本及在IntelVT-X支援前的Xen需要让客户操作系统（guestoperatingsystems）与XenAPI进行连接。
到目前为止，这样连结已经可以运用在NetBSD,GNU/Linux,FreeBSD和贝尔实验室的Plan9系统上。
在Brainshare2005会议上，Novell展示了NetWare与Xen的连通。
与WindowsXP连通的技术曾在Xen开发初期进行，但微软的协议未能允许它发布。
Sun微系统公司也正积极研究Solaris与Xen的连结，使其能在Xen平台上运作。
XEN的完全虚拟化
Intel对Xen贡献修改以支持其VT-XVanderpool架构扩展。
如果主系统支持Vanderpool或者Pacifica扩展（Intel和AMD对本地支持虚拟化的扩展），这项技术将允许未修改的客作业系统运行在Xen虚拟机中。
事实上，那意味著性能的提升，并且你可以在没有进行任何协议不允许的修改的情况下对Windows进行虚拟。
6.4CITRIX虚拟化介绍
CitrixSystemsMetaFrame技术为IT规划人员提供了面对这些挑战的方法，它所实施的网络架构不仅可以支持Web应用程序，并且支持当前几乎所有部署在台式机的应用程序。
Citrix是世界领先的应用服务软件方案提供商，其倡导的"数字化独立"技术（DigitalIndependence），即通过任何网络连接，向任何形式的客户端设备发布任何应用的能力，已嬴得全球两千多万用户的广泛赞誉。
作为Citrix产品在中国地区的总分销商，锛扬亚洲有限公司将向国内广大的系统集成商和增值代理商，提供Citrix的基于服务器的企业级网络解决方案，使各行各业的计算机用户，包括大中型企事业单位以及新兴的应用服务提供商（ASP），能以更快的速度、更高的可预测性以及更优的性能价格比，为更多的访问者提供更丰富的应用，所覆盖的地域及范围更加广泛。
Citrix应用方案
Citrix公司的核心技术
1、MultiWin：
一个在服务器上模拟本地应用程序处理的多
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