vmware服务器虚拟化 服务器虚拟化技术

　　摘 要：随着计算机技术的发展，服务器虚拟化技术已经被越来越多的企业所采用，使用这种技术可以大大提高服务器的使用效率。文章中主要介绍了两种虚拟化软件Vmware和Xen的结构特点，并分析了它们之间的区别。

关键词：服务器虚拟化 Vmware Xen

虚拟化将主宰未来的企业，在现在的国内，企业数据中心都是根据需求随时添加服务器设备，这些设备基本上都是分散的，不同品牌、不同配置甚至不同架构，最致命的是，在其上运行的应用并不能够充分利用服务器所有的资源，占用到15%―20%的服务器资源是一个普遍现象，而使用虚拟化技术可以减少服务器数量的增加，简化服务器管理，同时明显提高服务器利用率、网络灵活性和可靠性。将多种应用整合到少量企业级服务器上即可实现这一目标。通过整合及虚拟化，数百台服务器可以减少至数十台。10%甚至更低的服务器利用率将提高到60%或更高，IT基础设施的灵活性、可靠性和效率也将得到改进。由此可见虚拟化技术成为各个企业和研究机构的重要课题。下面简单介绍一下两种虚拟化软件及其区别。

一、VMware

VMware是业界著名的虚拟机产品，它有VMware Workstation、VMware GSX Server、VMware ESX Server等系列产品。VMware的VMM可以有两种结构形式，即Standalone和Hosted。Standalone的结构形式是指，VMM作为一层直接运行在硬件平台上的软件层，在它上面可以创建和管理多个客户虚拟系统。这种结构的VMM有点像一个操作系统，它包含硬件平台的驱动，受到硬件平台种类的限制。它适合于服务器的应用环境，其典型的产品是VMware ESX Server。

Hosted结构的VMM作为操作系统的一个应用程序运行，它可以利用操作系统自身的内存管理、CPU调动、硬件驱动和资源管理。VMware Workstation使用的是Hosted的结构，是设计来让一些应用程序，比方软件的研发或测试程序来执行，同时Server版本的目标则针对数据库以测试软件更新、简化应用程序的提供，或使用虚拟的设备等功能。ESX Server可以藉由不使用操作系统来大量增加效能。相反的，ESX使用自己设计的操作系统核心，可以直接在计算机上执行。这个方法可以同时支持更多的虚拟服务器，但ESX核心支持的硬件并不多。

由于VMware的目标平台是x86平台，因此，它也同样面临着x86平台不完全支持虚拟化的问题。VMware的解决方法是其专利技术，在需要VMM参与的地方，动态重写部分虚拟系统的指令，使其可以trap到VMM。

此外，VMware还有Virtual Center。VMotion应用在IBM Blade Center刀片服务器上，使之具备更好的弹性和可用性，结合刀片服务器的模块化和可扩展性，可以增加内存和I/O能力的扩展比例，混合刀片间的工作负载均衡。Virtual Center采用集中式管理，可以监控系统的可用性及性能，并可以自动告警，SDK与现有管理工具整合，通过稳定的访问控制保证系统安全。VMotion技术使用户在保持连续的服务可用性的同时，还可以将实时运行企业用户关键业务的虚拟机，从一台物理主机转移到另一台物理主机，并动态获得每台物理服务器资源的极佳利用率、零宕机维护、快速重新配置，以及持续的工作负载整合能力。

二、Xen

Xen VMM（Virtual Machine Monitor）是由剑桥大学计算机实验室开发的一个开源项目，它能够让我们创建更多的虚拟机，每一个虚拟机都是运行在同一个操作系统上的实例。

这些客户OS可以是修补过的Linux内核24或26，也可以是修补过的NetBSD/FreeBSD内核。用户应用程序就运行在这些客户OS上，并不需要修改任何代码。但是，随着将来的处理器能支持虚拟化，内核也就不需要打补丁了。比如说，Intel的VT和AMD的Pacifica处理器都将包括这种支持。

在Xen中，一个“系统管理程序”运行在0环，客户OS运行在1环，应用程序运行在3环。这种关系对于x64/64有一点不同，就是客户内核和应用程序都运行在3环上。

Xen自身被称为“系统管理程序”，是因为它比客户OS的系统管理代码运行所需的特权级还高。

当系统引导的时候，Xen被装载到0环的内存中。它在1环上启动修补过的内核，这被称作是domain 0（注：domain是指一个运行中的虚拟机，在其上有一个guest OS在执行）。从这个domain开始，你可以创建更多的domain，也可以销毁它们，还可以进行domain的迁移、设置参数等等。你创建的那些domain也运行在1环它们的内核中。用户应用程序运行在3环。

目前，修补过的Linux内核24和26可以作为domain 0。据Xen开发者所说，将来domain 0仅支持26的内核补丁。构造domain 0的大部分工作是在xen/arch/x86/domain_buildc中的construct_dom0()方法中实现的。

物理设备驱动程序只能运行在特权级，也就是domain 0上。Xen依靠Linux或其它修补过的OS内核对它所有的设备提供虚拟化支持。这样的好处就是Xen的开发者不必再去开发设备驱动程序。

在一个有标签TLB的处理器上使用Xen能够大大提高性能。标签TLB能够把ASID（Address Space Identifier）放在TLB入口处。有了这个特性，当处理器在系统管理程序和客户OS之间切换时就不需要刷新TLB了，这大大减少了系统开销。

三、两者主要区别

目前Xen和VMware是市场上主流的两大虚拟化产品。现在我就来谈谈这两大产品背后的架构有什么区别，以及这一技术在未来会如何发展。VMware ESX服务器的架构是建立在直接执行（直接在硬件上上运行用户级的虚拟机编码）和二进制译码（对特权级别编码进行动态编译）的基础上的。从根本上说，它把一个完整的X86平台导出到虚拟机上，ESX服务器可以使大多数能在X86上执行的操作系统都能在虚拟机上运行，而不需要进行任何修改。Xen的架构中使用了一种叫Para虚拟化技术(Para Virtualization)，对虚拟出来的客户操作系统（Guest OS）进行修改，使它知道它是在虚拟环境下运行。

那么这两种方式有什么不同呢？最大的不同就是对输入/输出（I/O）设备的处理。虚拟机I/O端口和每个物理I/O端口设备之间如何路由在很大程度上影响虚拟平台架构的性能、便携性、可持续性和稳定性。Xen采用的是分离驱动模式，真实驱动存在于一个中间层,这个中间层叫服务虚拟机，其他虚拟机上的特殊驱动通过这个服务虚拟机进行通讯。这种方法能提供很好的性能，但是对于闭源和传统操作系统支持有限。在ESX中，虚拟机的虚拟设备驱动与ESX内核里的物理设备驱动直接相互连接。ESX虚拟机可以为其虚拟设备使用现成的（off-the-shelf）驱动。这不仅能提供高性能，还能提供更广泛的操作系统支持。然而在这个模型里，新的设备驱动必须要导入到ESX内核中。为了解决I/O虚拟化的平衡问题和复杂化问题，戴尔与英特尔、AMD这样的合作伙伴以及外设硬件供应商们一起，在芯片组和I/O设备中引入了虚拟化支持。企业级虚拟化解决方案的另外一个重要部分就是其管理。戴尔OpenManage这样的产品附送VMware Virtual Center、P2V 和VM Importer，提供了整套工具，能有效进行部署、监控、操作自动化，以及对虚拟IT数据中心进行管理。Novell和Red Hat都在它们的操作系统中整合了对Xen平台的管理，方法是运用像YaST和Anaconda这样的安装和配置工具以及Virtual Machine Manager这样的管理工具。

四、虚拟化技术的未来

资讯科技及通讯业研究权威Gartner估计，由现在至2010年间，虚拟化将会是资讯基建及营运领域中最重要的技术，并会彻底改变资讯科技部门管理、采购、部署、规划，以及其所提供服务的收费模式。虚拟化目前不再只着重技术，而是更加着重企业内的流程改变及文化变迁。虚拟化可让服务以另一种模式提供。每个经虚拟化的层面都可作独立的管理，或甚至由他人所掌管，例子包括串流式应用或员工所拥有的个人计算机一样。这一切均要求企业文化作出重大改变。

参考文献：

[1]郭庭廷,吴玮揭开虚拟化神秘面纱[J]机械工业信息与网络，2007，(03)

[2]成凯透视虚拟化技术[J]软件世界，2007，(11)

[3]伍班权虚拟化技术及其发展[J]办公自动化，2007，(12)

[4]杨晓伟基于Xen的X86虚拟机性能调优[J]计算机工程，2006，(24)

[5]刘志平基于VMware虚拟网络的构建[J]内蒙古大学学报(自然科学版)，2007，(01)

[6]赵祖荫基于VMware软件的虚拟计算机的构建方法[J]微型电脑应用，2004，(06)

虚拟化是指通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机，它是一个广义的术语，目的是将IT基础设施简单化。虚拟化的对象可以包括服务器、Internet、桌面以及存档空间的虚拟化。自从虚拟化这个概念的提出，其优点被大多数人所熟知，服务器虚拟也变得流行，在过去很长一段时间，世界有一半的服务器都被虚拟化过。它自身存在的一些问题也逐渐袒露在大家面前，例如:服务器虚拟化的过程中颠覆了原有的一些基本结构，使虚拟后的服务器的安全性问题没有办法得到保障，在此基础上访问一些软件可能会产生个人隐私流出的危害，这也将连累被共同虚拟的服务器，而其保存方式也大大增加了信息被盗的几率。由此可见，虚拟化带来的弊端亟需人们解决，根据一项系统的研究表明，大部分的虚拟服务器都比物理服务器更容易被攻击。 

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1、高校信息化建设中的应用

1、服务器虚拟化

2、网络虚拟化

通常网络虚拟化包括虚拟专用网和虚拟局域网。由于虚拟专用网抽象了网络连接，所以远程用户可以像物理连接一样访问组织内部的网络。而且虚拟专用网还可以防止来自Internet或Intranet中其他网段的威胁，使用户能够安全、快速地访问数据，极大的帮组了网络管理员对网络安全的管理。

3、存储虚拟化（云存储）

使用存储虚拟化技术可以将逻辑存储单元整合在广域网范围内，并且存储单元从一个磁盘阵列移动到另一个磁盘阵列上时可以不需要停机。云计算存储系统中使用存储虚拟化技术可以大幅简化存储资源的分配与管理，提高硬件利用率。数据管理员只需要通过通用的管理界面就能对数据进行管理和控制，大大减少了交互操作的工作。

4、桌面虚拟化（云桌面）

桌面虚拟化可以解除用户的桌面环境和终端设备的耦合关系。用户的完整桌面环境可以存储在服务器中，桌面虚拟化技术可以让用户通过不同的具备有足够显示功能和处理能力的终端设备通过网络来访问桌面环境。

服务器虚拟化主要分为三种：“一虚多”、“多虚一”和“多虚多”。

“一虚多”是一台服务器虚拟成多台服务器，即将一台物理服务器分割成多个相互独立、互不干扰

的虚拟环境。

“多虚一”就是多个独立的物理服务器虚拟为一个逻辑服务器，使多台服务器相互协作，处理同一

个业务。

“多虚多”的概念，就是将多台物理服务器虚拟成一台逻辑服务器，然后再将其划分为多个虚拟环

境，即多个业务在多台虚拟服务器上运行。

云计算服务器虚拟化的核心技术，CPU虚拟化：CPU虚拟化把物理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的指令。

内存虚拟化：内存虚拟化技术把物理机的真实物理内存统一管理，包装成多个虚拟的物理内存分别供若干个虚拟机使用，蚂牢使得每个虚拟机拥有各自独立的内存空间。

设备与I/O虚拟化：设备与I/O虚拟化技术对物理机的真实设备进行统一管理，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歌轿攀和I/O请求。

网络虚拟化：网络虚拟化是将多个硬件或软件网络资源及相关的网络功能集成到一个可用软件中统一管控的过程，并且对于网络应用而言，该网络环境的实现方式是透明的。

实时迁移技术：实时迁移技术是在虚拟机运行过程中，将整个虚拟机的运行状态完整快速地从原来所在的宿主机硬件平台迁移到新的宿主机硬件平台上，并且整个迁移过程是平滑的，用户几乎不会察爷蚊觉到任何差异。

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虚拟化已经成为少数几种彻底改变业务场景的技术之一。值得注意的是，它仅作为一种新的创新技术开始，只有大公司才能使用，但现在它被中小型企业广泛使用。虚拟化带来的主要好处是节省成本并集中管理您的IT运营。

1、虚拟化节省了对IT硬件的投资

在虚拟化中，您将多个物理机转换为虚拟机，并将所有虚拟机转换为托管在单个（或少数）物理机上。这将减少您购买多个硬件资源的需求。通过这种方式，它可以集中您的运营环境，还可以显着节省购买硬件设备的投资成本。

大幅减少运行更大工作负载所需的物理机数量会对数据中心的节省产生连锁反应。更少的硬件意味着更少的持续支持和维护成本。虚拟化可以将硬件和运营成本降低多达50％。

根据一项研究，虚拟化可以将每台服务器的利用率提高80％。通过恰当地利用虚拟化，您可以轻松地将20台服务器的工作量减少到单台或几台服务器。最终，虚拟化可以以10：1甚至更好的比例降低业务的硬件需求。

虚拟化不仅可以节省IT硬件成本，还可以节省存储硬件设备所需的基础架构空间和处理它们所需的人力资源。此外，它还允许公司在较长时间内使用较旧的IT硬件设备。

2、虚拟化可以节省过多的电力成本

使用更大的IT基础架构的公司基本上需要在其电力成本上花费更多。较少的IT硬件显然会节省大量的电力费用。服务器，台式机和存储单元等设备必然会耗费大量电力来保持运行。但如果是虚拟化环境，从长远来看，企业将能够节省大量的能源费用。

此外，服务器和台式机等硬件设备需要大量冷却才能保持平稳运行。如果使用大量服务器和IT硬件，那么维护IT基础架构的必要冷却水平将花费很多。然而，虚拟化环境还节省了大量的冷却费用，并鼓励环境友好的业务。

因此，通过虚拟化，您可以在更少的服务器上运行更多工作负载，从而节省能源和资金。此外，公用事业成本从未降低，因此随着时间的推移，电力和冷却要求的降低将继续得到回报。

3、虚拟化具有更轻松，更具成本效益的维护

虚拟化基础架构可以节省人力和服务器生命周期维护费用。使用较少的物理服务器，手动配置，监视和维护的次数较少。物理服务器数量的减少还会降低硬件维护成本并增加可用的工作空间量。

仅在一台物理机器上运行虚拟处理器环境也会使处理过程变得更加简单和容易。它将大大降低维护成本，否则将需要维护大型基础架构。报告称，资本和运营支出减少了一半，每个虚拟化服务器每年可节省超过1,500美元。

它还可以减少处理多台机器所需的人力。此外，它将导致按优先级顺序快速处理IT操作。这将确保在集中式虚拟环境中实现更轻松，更好的IT操作。总的来说，这将节省大量的维护成本和人力开支。

它还将确保更好的支持，并且升级和补丁将更易于使用，这意味着企业将与最新的IT更新保持一致，减少停机时间，并且肯定会节省更多成本。

4、虚拟化确保更好的可靠性和安全性

安全成本是许多企业在构建IT基础架构时可能不会考虑的一种支出。尽管如此，虚拟化还可以提高整体安全性，因为IT人员拥有的机器数量较少，而且监控和处理的基础设施较小。

虚拟化通过使其更具流动性和上下文感知来提高安全性。使用基于软件的安全解决方案时，与传统的物理安全性相比，安全性变得更加准确，易于管理且部署成本更低。

虚拟化环境还可以节省IT基础架构中安全漏洞期间发生的意外成本，因为IT工作人员拥有的机器较少，而且基础设施较小。这使得解决安全威胁变得更加容易和快捷。

由于虚拟化，还可以将系统与其他系统隔离开来，并阻止安全漏洞从一台机器传播到另一台机器。这样，虚拟化还有助于防止环境的安全性，并且从长远来看还可以节省安全成本。

虚拟化的好处结论

虚拟化正在引发数据中心形成方式的变化。服务器虚拟化正成为整合，节能和降低成本的首选解决方案。它还为基础架构和安全团队带来了新的挑战，能够提供一致的隔离，监控和策略实施级别-类似于当今物理服务器和系统的可用性。

现在，即使是小型企业也可以选择虚拟化，但对于所有企业而言，这对于节省额外的IT成本来说无疑是一块蛋糕。结合虚拟环境起初可能并不容易，但大多数企业都同意这样一个事实，即从长远来看它是非常有利可图的。因此，可以恰当地说，虚拟化不仅有助于节省企业的大量IT成本，而且同时还使企业更灵活，更高效，更高效，从而产生更好的业务成果。

在计算机服务器虚拟化实现过程中，设备和I/O也是计算机系统的主要组成部门，也需要实现虚拟化，才能促使服务器也实现虚拟化。和内存虚拟化相比，设备、I/O和网口虚拟化主要通过专业的封装技术来实现，为虚拟机的运行提供技术支持。经常满足虚拟机进行设备访问和I/O请求的需求，在计算机服务器虚拟化平台中，为设备和I/O的虚拟化实现奠定了坚实基础。在具体运行中，各设备型号、配置、参数等在计算机服务器中存在一定的差异，但具体实现计算机服务器中，虚拟机和实体机之间数据和信息的互换，展现出服务器虚拟化技术应用的效果。此项技术的合理应用，既能拓展计算机服务器虚拟化技术的应用范围，也可以大幅度降低信息时代对计算机底层硬件的依赖程度。只要搭设虚拟平台，就可以实现在不同物理机上的相互迁移。

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