最近，虚拟化是IT行业的热门话题，尤其是2008年以来受席卷全球的金融危机影响，虚拟化技术以其低廉、高效的优势，受到各方青睐。在Gartner发布的《2009年IT行业十大战略技术》报告中，虚拟化技术名列第一，同时报告认为，虚拟化技术对于互联网企业来说，具有“瑞士军刀般一刀致命”的能力。虚拟化技术在业界应用广泛，目前已有30%的企业采用，且2009年年增长率将达到50%。

    现有系统建设模式存在5大问题

    传统新业务系统建设采取烟囱式的建设模式，即基于IT系统独立组织，每提出新业务功能建设需求，就需新增一套系统，单独建设系统的软硬件设备，包括中间件、数据库、网管系统、服务器、存储等，同步考虑网络安全、网管接入问题以及新增维护人员等（图1）。

    图1  传统的新业务系统

    采取烟囱式的建设模式，为不同业务系统分别建设一套系统，对于单个系统、单个业务来说，较为单纯，业务、系统和厂家能够很好地匹配对应，资源分配较为简单。但是这样的业务系统不具备多样性、突发性、共享性和及时性等特点，而新业务发展本身具有不确定性，用户需求日新月异、瞬息万变，要求系统资源能够快速部署、灵活调度。此外，采用传统业务系统的建设模式消耗了过多的机房面积、电力等基础化资源，同时早期建设的系统硬件也达到报废期，设备更替过程中，基础资源匮乏。

    因此，传统的业务系统建设模式存在五大问题：

    第一，业务系统独立建设，运营成本高，设备数量多，型号繁杂，不易维护。

    第二，资源利用率不均衡，无法相互复用。

    第三，业务建设周期长、部署慢，不适应增值业务短平快发展。增值业务发展的不确定性，对于发展迅速、萎缩或试运行的业务，使资源无法动态分配。

    第四，厂家实力参差不齐，部分业务应用厂家对系统集成的经验不足。

    第五，系统安全冗余备份能力差。

    因此，我们希望通过IT虚拟化技术实现计算资源、网络资源、安全资源的虚拟共享，能够解决现阶段存在的问题，达到节省资金、提高效率和保证服务质量的目的。这种以服务器、存储、网络虚拟化为基础的共享资源架构被称为IT虚拟化统一平台。

    IT虚拟化统一平台解决方案

    采用IT虚拟化平台作为业务系统的基础设施平台，可达到多个业务系统设备资源池化、资源随时分配、提高资源利用率和运维效率、加快业务系统的上线周期等目标。IT虚拟化统一平台由平台管理、计算资源池、存储资源池三部分组成，其中平台管理部署在一台物理PC服务器上，实现设备管理和网管控制；多台PC服务器和存储器分别构成计算资源池和存储资源池，通过虚拟化技术，在存储资源池和计算资源池上实现业务模块的部署和运行，各系统间相互独立、共享硬件资源（图2）。

    图2   IT虚拟化平台

    1.网络虚拟化

    网络虚拟化是指通过逻辑方式将连接在同一套网络系统的IT系统进行复用，其典型应用表现在通过业务路由器平台实现VPN、防火墙等多项功能。虚拟网络允许不同需求的用户组访问同一个物理网络，但从逻辑上对它们进行一定程度的隔离，以确保安全。除了VLAN，基础设施虚拟服务还包括虚拟路由器和交换机等。

    基于网络的虚拟化适用于多用户组环境，可将各组彼此隔离，并在多层应用环境中将每个层次或整个多层环境彼此隔离。网络虚拟化不但简化了数据和网络管理的复杂性，也进一步提升了数据的安全性。凭借网络虚拟化解决方案，系统能在单一物理基础设施上部署多个封闭用户组，并在整个局域网中保持高标准的安全性、可扩展性、可管理性和可用性。

    2.服务器虚拟化

    服务器虚拟化是指利用虚拟化技术将一台物理服务器虚拟化成多台虚拟服务器，每台虚拟服务器可以独立提供同物理服务器相同的功能，如：在虚拟服务器上安装操作系统、数据库及部署应用程序等。这样，就可以在同一台物理计算机上运行多个独立的操作系统及相互独立的应用。服务器所拥有的资源（如CPU、内存、磁盘和网络资源等）可以被这些应用环境（或独立的操作系统）共享。

    配合工作负载管理等技术，可以让服务器在满足不同类型的工作负载的服务水平的同时，充分利用服务器的物理资源。通过服务器虚拟化，实现4大功能：在单一物理服务器上同时运行多个虚拟机；在同一服务器上的虚拟机之间相互隔离；整个虚拟机都保存在文件中，而且可以通过移动和复制这些文件的方式来移动和复制该虚拟机；虚拟机独立于硬件，无需修改即可在任何服务器上运行虚拟机；实现服务不中断时虚拟机的动态迁移（图3）。

    图3   虚拟化前、后服务器内部结构图

    3.存储整合

    存储整合即统一规划存储架构，根据不同的需求建立相应的存储池，将原来各自独立而分散的存储系统整合形成存储池，进而根据数据整合或应用整合的需要将数据迁移到相应的存储空间。

    存储虚拟化即是把分散的、不同品牌或不同级别的存储产品统一到一个或几个大的存储池下，用户看见的不再是孤立、分散的系统，而是一个统一的整体。用户管理的也是一个整体存储，而不是一个一个的具体的系统。通过在物理存储系统和服务器之间增加一个虚拟层，系统可将使用者（例如服务器）使用的物理存储虚拟化成逻辑存储。使用者只和逻辑存储打交道，而存储硬件的增减、调换、分拆、合并对使用者完全透明。对于存储的管理者来说，存储虚拟化的引入，使得存储管理更加统一，管理效率和资源的使用率得到提高（图4）。

    图4   存储整合示意图

    虚拟化技术试点应用情况

    1.业务系统的选择

    稳妥起见，虚拟化技术的试点应用，可以选择位于同一层次网络、业务影响不大且采用通用X86平台的相关业务系统进行首批试点验证。以某四套业务系统为例，设备配置情况如表1所示。

    2.业务系统的部署

    我们采用6台高性能四路四核PC服务器作为承载平台，将原有的30台PC服务器进行虚拟化改造，同时为实现虚机的动态迁移，通过SAN方式多台服务器共享一套中端存储器。为了保证系统的稳定性，虚机采用交叉的部署方式，每台物理服务器上有部分活动和不活动的应用（相对于双机方案中的两个角色），而每台虚拟的服务器将会有一定数量的虚拟网卡，其中一个虚拟的网卡对应于物理服务器的心跳网卡，其他的虚拟网卡分别对应聚合网卡对外提供服务。由于业务系统对于网络带宽要求比较高，因此将网卡进行聚合使用，充分保证业务系统网络带宽的需求。另外，考虑到各个系统的独立性，我们使用虚拟交换机，对各个虚拟服务器进行逻辑隔离，并实现VLAN的技术支持。

    IT虚拟化统一平台的逻辑功能模块可以分为四层：资源层、管理层、接口层和业务层。其中，资源层是指设备层面资源共享，形成硬件资源池，供上层应用使用，如：数据库服务器资源池、存储资源池、操作系统资源池、统一IT承载网络平台、应用程序资源池等；管理层负责资源池的分配和管理，包括物理机和虚机的容量、部署、备份、监控、安全、存储等资源使用情况；接口层是供上层应用的对外接口，如通信接口、资源管理接口、应用展示接口等；业务层负责部署不同新业务的应用程序（图5）。

    图5   IT虚拟化统一平台的4层逻辑功能模块

    3.试点效果

    通过构建IT虚拟化统一平台，我们打破原有烟囱式的系统构架，将其演变为绿色、弹性IT基础平台；资源管理由独占式变为共享式，实现系统资源的动态调整和按需分配；多个服务器间相互备份，实现业务的动态迁移；简化了设备数量，平台集成度高，实现跨平台多业务的接入。与传统方案相比，虚拟化方案具有硬件利用率高、可用性高、可动态调配系统资源、节能减排等优点。

    传统方案中每套业务系统需要单独部署服务器，采取直连存储器方式，每套系统至少需要一套存储器，以前面的某四套业务系统计算，原来设备的数量为30台服务器、4套存储器、年耗电量14KW、电费需要24.5万元。而IT虚拟化统一平台只需要6台服务器；采取SAN连接方面，共享一套存储器，硬件成本降低了三分之一；年耗电量6KW，电费需要10.5万元，是原来的一半不到。原来系统平均负荷在25%左右，且各系统之间忙闲不均，服务器出现故障后，需要通过迅速排障进行修复，而统一平台设备的负荷在40-60%左右，实现各系统之间的削峰填谷，服务器之间相互备份，一台出现故障，快速切换，不影响业务运行。

    原来增值业务平台从项目启动到项目交维，需要经过设计、采购、建设、集成、上线等多个环节，实现IT虚拟化统一平台后，新增业务系统在硬件容量范围内，直接在虚拟化平台上部署应用软件即可，业务上线时间大大缩短，可满足新业务快速动态发展。

    传统运维方式采取包机制运维模式，维护人员专业技能博而不精，效率偏低；按系统进行网管部署，设备量多，同时需要考虑系统和网管同步建设。实施IT虚拟化统一平台后，运维方式按照设备层次进行维护，如主机、阵列、数据库等，维护人员更加专业化；人均维护设备的数量成倍增加，维护效率高；先于业务实现基本网管，只需要部署业务级网管软件。

    虚拟化带来的变革和挑战

    虚拟化技术的优势明显，即通过资源的最大利用，实现低成本运作，但是任何一项技术没有绝对的好坏之分，只是应用场景是否适合。虚拟化技术也并非所有场景都适合，它适用于资源利用率低的业务系统中，因此在选择应用场景时，需进行详细论证和分析。由于虚拟化技术改变了传统的系统建设模式，使其产生了5大挑战。

    第一，虚拟化统一平台模式带来了整体管理体系的变革。原来系统或平台建设采取的是独立建设模式，而虚拟化技术需要采取预先投入、后期部署应用软件的方式进行，由此运营商原来的规划、设计、采购、建设等模式，需要根据统一平台构建模式进行变革。

    第二，在虚拟环境下，应用程序、虚拟机、物理机之间的对应，并非固定或一成不变，这为将来系统或业务的故障定位带来一定困难，不同的业务系统部署需有策略规划。由于业务关注端到端的质量，各类业务系统涉及到多厂商、跨平台，而各个系统之间又有各种接口相关联，如CMPP、MM7、TCP/IP等，因此在进行不同系统的虚拟机部署时应保证业务连续性条件下有策略地综合部署。

    第三，虚拟服务器应用软件的安全性、兼容性尚存不足，支持的操作系统种类等受限，网管工具成熟性有待提高；不能完全模拟所有硬件设备的所有功能；小型机虚拟化技术无法在不同平台通用；虚拟机不能很好地支持跨平台的在线迁移；缺乏不同虚拟化平台的统一管理工具；虚拟化软件的部署需要消耗一定的系统资源。

    第四，为了保证实现业务迁移，需要将虚拟机的文件系统全部部署在存储器上，同时由于网络带宽要求高，一般建议存储器采用SAN连接方式，这样一方面带来高成本，另一方面存储器的安全性显得尤为重要，一旦存储器出现问题，会影响所有业务的稳定运行。

    第五，虚拟化产品的成熟性问题。基于X86平台的虚拟化技术存在多厂家竞争的局面，各厂家产品不相兼容，其中Vmware应用最为广泛，占有70%的市场份额，优势非常明显，同时许多厂家正在开发基于开源的XEN虚拟化软件。

    早在20世纪60年代，IBM、HP等老牌计算机厂商推动了大型机和小型机分区虚拟化技术的发展，90年代中后期，随着通用性平台的快速发展，与厂家专用硬件配合不同，基于X86的开放体系使虚拟化技术做为一种纯软件得到更为广泛的应用。IT虚拟化技术在业界，尤其是互联网行业，应用较为广泛，但在运营商业务系统领域，应用并不多见，相信在不远的未来，随着虚拟化技术的不断成熟、管理服务手段的不断丰富，虚拟化技术将以其独特的优势，成为一种主流技术。

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