清华大学图书馆服务器虚拟化实践
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VMware Server
架构 作为OS应用安装
VMware VSphere Hypervisor
裸机安装
OS需求
典型用途 专用服务器 集中化管理 易用性 性能 升级到vSphere
Windows/Linux
测试和开发 不需要 无 高 好 容易/可转换升级
无
生产、测试和开发 需要 付费版可支持 高 最佳 非常容易/与付费版兼容
服务器虚拟化需求 虚拟化技术简介 虚拟化规划 平台选型 部署及实施 经验总结
服务器虚拟化应用
• 虚拟服务器30多台 • 应用数量不断增长，但物理服务器数量由 110台下降到90台 • 机房能耗下降 • 机房空间、空调暂不需考虑扩容 • 虚拟服务器更容易实现灾难备份，提高系 统可靠性
XenServer
• 安全小巧的虚拟化平台 • 高性能的虚拟化技术 • 支持Intel和AMD的CPU虚拟化技术：IntelVT和AMD-V。 • 先进的x86平台虚拟化技术 • 开放源代码
XenServer版本
• Free Edition：Proven virtualization platform that delivers uncompromised performance, scale, and flexibility at no cost. • Advanced Edition：Key high availability and advanced management tools that take virtual infrastructure to the next level. • Enterprise Edition：Essential integration and optimization capabilities for production deployments of virtual machines. • Platinum Edition：Advanced automation and cloud computing features for enterprise-wide virtual environments.
计算机虚拟化
• 广义来说，现代操作系统都支持虚拟 • 对于每个进程，有它自己的内存地址空间、 CPU和外设 • 最早的虚拟机：IBM的System/360，支持 递归虚拟，虚拟机又可以进一步分区。 • 发展为现在IBM的zSeries服务器，可以在 完全虚拟化环境中运行Linux、AIX或VM应 用。
硬件平台选择
• 采用双插座四核处理器大内存的PC服务器， 不使用刀片 • PC服务器具有成熟的应用经验 • 初期只考虑迁移较小的应用系统，不需要 占用太多资源 • 少量采用IP-SAN存储设备，用于灵活支持 虚拟化应用
• • • • • •
服务器虚拟化需求 虚拟化技术简介 虚拟化规划 平台选型 部署及实施 经验总结
为什么选择虚拟化
• 计算机的处理能力远远超出单个任务的需 求 • 用户希望拥有一个独立且互不干扰的计算 环境来分享硬件资源 • 多任务操作系统无法避免应用程序之间的 冲突 • 操作系统能够提供用户隔离，但不能提供 系统环境隔离
• • • • • •
服务器虚拟化需求 虚拟化技术简介 虚拟化规划 平台选型 部署及实施 经验总结
虚拟化规划
• • • • 现状分析 确定目标 预算估计 实施方法及周期
现状分析
• 物理服务器数量(2008年)：110台 • 服务器用途：
– 数据库厂商镜像 – 数据库本校镜像 – 业务支持服务器
• 服务器购置成本、折旧、维护费用 • 空调、电源、UPS等
确定虚拟化目标
• 多数服务器资源（CPU）利用率较低 • 系统由第三方开发，要求较高的隔离性 • 服务器虚拟化技术发展多年，相对比较成 熟 • 目标：部署服务器虚拟化技术来达到缩减 图书馆运行服务器数量，降低购置成本、 维护成本和运行成本
虚
拟
化
平
台
处理器
内 存
存 储
网 络
服务器虚拟化的优点（1）
• • • • • • 提高计算机资源利用率 降低能耗，降低总拥有/运行成本 系统环境隔离 服务器合并 快速、动态的业务调度 资源动态分配：虚拟化是资源的逻辑表示， 它不受物理限制的约束。
服务器虚拟化的优点（2）
• 零宕机迁移、灾备和快速恢复——业务连 续性 • 维持老系统业务持续运行 • 多操作系统需求（测试/研发），快速部署 应用 • 增强系统安全 • 简化或整合服务器的管理
预算估计
• • • • 虚拟化软件费用 新增加硬件投资 实施虚拟化所需要人员 相关的技术培训
实施方法及周期
• 实施方法
– 集中实施，迁移现有服务器 – 逐渐实现迁移
• 选择逐步实施虚拟化的方案，周期相对较 长 • 暂时未考虑为虚拟化购买存储设备，需要 大容量存储的应用不考虑迁移 • CPU密集性应用暂缓迁移
• 微软公司产品 • 免费的Hyper-V Server 2008 R2 • Windows Server 2008 R2不同版本附 带不同的虚拟客户机授权 • 微软推荐Hyper-V Server 2008 R2可 用于测试和开发、服务器整合、分支 办公室整合、桌面虚拟化 • 进入市场时间相对较短，但是依靠微 软，发展潜力巨大
XenServer的软件提供商
• XenServer，现在已经被Citrix收购 • Virtual Iron，提供基于Xen的虚拟化管理产 品包Virtual Iron。 • RedHat/CentOS • Novell
Windows Server 2008 R2和HyperV Server 2008 R2
VMware
• • • • 市场占有率高 应用兼容性好 硬件兼容性好 有免费版的VMware Server/VMware vSphere Hypervisor • 付费版的VMware vSphere提供企业功能， 但授权费用较高
VMware Server/VMware vSphere Hypervisor
什么是虚拟化技术
• 概念上非常类似于模拟 • 一个系统模拟成另一个或多个系统 • 计算机虚拟：一台计算机模拟为多台计算 机 • 在同一个计算机硬件平台上，同时安装并 运行多种操作系统
虚拟化定义
• Illuminata公司的Jonathan Eunice：虚拟化 是以某种用户和应用程序都可以很容易从 中获益的方式来表示计算机资源的过程， 而不是根据这些资源的实现、地理位置或 物理包装的专有方式来表示它们。换句话 说，它为数据、计算能力、存储资源以及 其他资源提供了一个逻辑视图，而不是物 理视图。” • IBM公司：虚拟化是资源的逻辑表示，它不 受物理限制的约束。
Windows Server 2008 R2 和Hyper-V Server 2008 R2
• 服务器硬件虚拟化：直接在硬件上运行虚 拟化 • 操作系统内嵌功能 • 要求x64处理器，要求启用DEP（数据执行 保护） • 能够同时运行32位和64位虚拟机 • 多处理器虚拟机 • 大内存支持 • 支持VLAN
• • • • • •
服务器虚拟化需求 虚拟化技术简介 虚拟化规划 平台选型 部署及实施 经验总结
虚拟化软件
• VMWare vSphere/VMWare Server • 思杰公司的XenServer • 微软公司的Windows Server 2008 R2和 Hyper-V Server 2008 R2 • KVM/RHEV • Virtual Iron/Oracle VM
XenServer功能
• 企业版：Automated workload balancing / Heterogeneous pools / Host power management / Provisioning services (virtual) / Role-based administration / Live memory snapshots and reverts / Citrix StorageLink • 铂金版：Lifecycle management / Provisioning services (physical) / Site recovery
常见虚拟化产品
• VMWare vSphere/VMWare Server • 思杰公司的XenServer • 微软公司的Windows Server 2008和HyperV Server 2008 • KVM/RHEV • Virtual Iron
• • • • • •
服务器虚拟化需求 虚拟化技术简介 虚拟化规划 平台选型 部署及实施 经验总结
虚拟服务器部署
• • • • • • 服务器准备 硬件安装 软件准备 软件安装 网络配置 存储配置
应用系统迁移
• 大部分应用系统，采用重新部署的方法， 之后迁移数据 • 要求具有原来系统的安装文档 • 需要仔细测试 • 旧系统不受任何影响，可以随时切换回旧 平台 少量进行P2V迁移
应用兼容性
• • • • 与应用提供商沟通 多数应用支持虚拟化平台 少量应用需要进行测试和修改 个别应用不支持虚拟化
服务器及相关配套设施增长
以清华大学图书馆为例： • 1996少于5台 • 1998年达到将近110台 • 机房二次扩建 • UPS和电源三次改造 • 空调三次扩容 运行成本大幅提升
百度文库 降低运行成本的方法
• 服务外包：信息服务外包给第三方公司 （成本和服务质量） • 服务整合：多项信息服务整合到同一台服 务器上运行（需求复杂和业务隔离性） • 虚拟化技术：在一台物理服务器上运行多 个平台（物理服务器性能）
灾难备份
• 迁移到虚拟化平台的应用系统，可以很容 易实现灾难备份 • 相对关键应用还可以考虑负载均衡或高可 用解决方案
测试和开发平台部署
• • • • • 快速部署新系统 用于测试和开发目的 节省平台投资 加快应用开发进度 加快数据库试用进度
智能聊天机器人
最新动态
• • • • • •
x86的虚拟化方案
• 二进制改写模式：早期的虚拟化软件 • 半虚拟化：Xen
– 需要修改操作系统，性能损失较小
• 基于硬件的虚拟化：VMX模式
– 不需要修改操作系统，有一定性能损失 – 具有良好的系统隔离性
• 现在的多种虚拟化软件都采用硬件虚拟化 技术
虚拟化架构
应用程序 操作系统 虚拟机 应用程序 操作系统 虚拟机 应用程序 操作系统 虚拟机
KVM
• 集成到Linux 2.6内核中 • Linux进程执行模式：Kernel和User，KVM 增加第三种执行模式Guest • 支持硬件虚拟化 • KVM包括二个组件：
– 设备驱动程序管理虚拟化硬件 – 模块PC硬件的用户空间组件
基于KVM的体系架构
虚拟化软件选择
• • • • • • 采用XenServer 性能表现良好，尤其是I/O性能。 已经有一定市场规模，有成熟应用。 预算有限 逐步实施虚拟化 XenServer提供了与CentOS/RHEL的良好 整合
清华大学图书馆 服务器虚拟化实践
陈武 清华大学图书馆系统部 2010年12月10日
• • • • • •
服务器虚拟化需求 虚拟化技术简介 虚拟化规划 平台选型 部署及实施 经验总结
服务器数量增长
• 电子图书、电子期刊、电子论文的各种数 据库系统 • 数字图书馆相关系统：门户、开放链接、 电子资源管理、机构库 • 读者服务系统：馆际互借、参考咨询、代 检代查 • 业务支持系统：邮件、办公自动化、统计
XenServer功能
• 免费版：XenServer hypervisor / XenMotion live migration / VM Disk Snapshot and Revert / XenCenter multiserver management / Resilient distributed management architecture / Conversion tools • 高级版：High availability / Memory optimization / Performance alerting and reporting
架构 作为OS应用安装
VMware VSphere Hypervisor
裸机安装
OS需求
典型用途 专用服务器 集中化管理 易用性 性能 升级到vSphere
Windows/Linux
测试和开发 不需要 无 高 好 容易/可转换升级
无
生产、测试和开发 需要 付费版可支持 高 最佳 非常容易/与付费版兼容
服务器虚拟化需求 虚拟化技术简介 虚拟化规划 平台选型 部署及实施 经验总结
服务器虚拟化应用
• 虚拟服务器30多台 • 应用数量不断增长，但物理服务器数量由 110台下降到90台 • 机房能耗下降 • 机房空间、空调暂不需考虑扩容 • 虚拟服务器更容易实现灾难备份，提高系 统可靠性
XenServer
• 安全小巧的虚拟化平台 • 高性能的虚拟化技术 • 支持Intel和AMD的CPU虚拟化技术：IntelVT和AMD-V。 • 先进的x86平台虚拟化技术 • 开放源代码
XenServer版本
• Free Edition：Proven virtualization platform that delivers uncompromised performance, scale, and flexibility at no cost. • Advanced Edition：Key high availability and advanced management tools that take virtual infrastructure to the next level. • Enterprise Edition：Essential integration and optimization capabilities for production deployments of virtual machines. • Platinum Edition：Advanced automation and cloud computing features for enterprise-wide virtual environments.
计算机虚拟化
• 广义来说，现代操作系统都支持虚拟 • 对于每个进程，有它自己的内存地址空间、 CPU和外设 • 最早的虚拟机：IBM的System/360，支持 递归虚拟，虚拟机又可以进一步分区。 • 发展为现在IBM的zSeries服务器，可以在 完全虚拟化环境中运行Linux、AIX或VM应 用。
硬件平台选择
• 采用双插座四核处理器大内存的PC服务器， 不使用刀片 • PC服务器具有成熟的应用经验 • 初期只考虑迁移较小的应用系统，不需要 占用太多资源 • 少量采用IP-SAN存储设备，用于灵活支持 虚拟化应用
• • • • • •
服务器虚拟化需求 虚拟化技术简介 虚拟化规划 平台选型 部署及实施 经验总结
为什么选择虚拟化
• 计算机的处理能力远远超出单个任务的需 求 • 用户希望拥有一个独立且互不干扰的计算 环境来分享硬件资源 • 多任务操作系统无法避免应用程序之间的 冲突 • 操作系统能够提供用户隔离，但不能提供 系统环境隔离
• • • • • •
服务器虚拟化需求 虚拟化技术简介 虚拟化规划 平台选型 部署及实施 经验总结
虚拟化规划
• • • • 现状分析 确定目标 预算估计 实施方法及周期
现状分析
• 物理服务器数量(2008年)：110台 • 服务器用途：
– 数据库厂商镜像 – 数据库本校镜像 – 业务支持服务器
• 服务器购置成本、折旧、维护费用 • 空调、电源、UPS等
确定虚拟化目标
• 多数服务器资源（CPU）利用率较低 • 系统由第三方开发，要求较高的隔离性 • 服务器虚拟化技术发展多年，相对比较成 熟 • 目标：部署服务器虚拟化技术来达到缩减 图书馆运行服务器数量，降低购置成本、 维护成本和运行成本
虚
拟
化
平
台
处理器
内 存
存 储
网 络
服务器虚拟化的优点（1）
• • • • • • 提高计算机资源利用率 降低能耗，降低总拥有/运行成本 系统环境隔离 服务器合并 快速、动态的业务调度 资源动态分配：虚拟化是资源的逻辑表示， 它不受物理限制的约束。
服务器虚拟化的优点（2）
• 零宕机迁移、灾备和快速恢复——业务连 续性 • 维持老系统业务持续运行 • 多操作系统需求（测试/研发），快速部署 应用 • 增强系统安全 • 简化或整合服务器的管理
预算估计
• • • • 虚拟化软件费用 新增加硬件投资 实施虚拟化所需要人员 相关的技术培训
实施方法及周期
• 实施方法
– 集中实施，迁移现有服务器 – 逐渐实现迁移
• 选择逐步实施虚拟化的方案，周期相对较 长 • 暂时未考虑为虚拟化购买存储设备，需要 大容量存储的应用不考虑迁移 • CPU密集性应用暂缓迁移
• 微软公司产品 • 免费的Hyper-V Server 2008 R2 • Windows Server 2008 R2不同版本附 带不同的虚拟客户机授权 • 微软推荐Hyper-V Server 2008 R2可 用于测试和开发、服务器整合、分支 办公室整合、桌面虚拟化 • 进入市场时间相对较短，但是依靠微 软，发展潜力巨大
XenServer的软件提供商
• XenServer，现在已经被Citrix收购 • Virtual Iron，提供基于Xen的虚拟化管理产 品包Virtual Iron。 • RedHat/CentOS • Novell
Windows Server 2008 R2和HyperV Server 2008 R2
VMware
• • • • 市场占有率高 应用兼容性好 硬件兼容性好 有免费版的VMware Server/VMware vSphere Hypervisor • 付费版的VMware vSphere提供企业功能， 但授权费用较高
VMware Server/VMware vSphere Hypervisor
什么是虚拟化技术
• 概念上非常类似于模拟 • 一个系统模拟成另一个或多个系统 • 计算机虚拟：一台计算机模拟为多台计算 机 • 在同一个计算机硬件平台上，同时安装并 运行多种操作系统
虚拟化定义
• Illuminata公司的Jonathan Eunice：虚拟化 是以某种用户和应用程序都可以很容易从 中获益的方式来表示计算机资源的过程， 而不是根据这些资源的实现、地理位置或 物理包装的专有方式来表示它们。换句话 说，它为数据、计算能力、存储资源以及 其他资源提供了一个逻辑视图，而不是物 理视图。” • IBM公司：虚拟化是资源的逻辑表示，它不 受物理限制的约束。
Windows Server 2008 R2 和Hyper-V Server 2008 R2
• 服务器硬件虚拟化：直接在硬件上运行虚 拟化 • 操作系统内嵌功能 • 要求x64处理器，要求启用DEP（数据执行 保护） • 能够同时运行32位和64位虚拟机 • 多处理器虚拟机 • 大内存支持 • 支持VLAN
• • • • • •
服务器虚拟化需求 虚拟化技术简介 虚拟化规划 平台选型 部署及实施 经验总结
虚拟化软件
• VMWare vSphere/VMWare Server • 思杰公司的XenServer • 微软公司的Windows Server 2008 R2和 Hyper-V Server 2008 R2 • KVM/RHEV • Virtual Iron/Oracle VM
XenServer功能
• 企业版：Automated workload balancing / Heterogeneous pools / Host power management / Provisioning services (virtual) / Role-based administration / Live memory snapshots and reverts / Citrix StorageLink • 铂金版：Lifecycle management / Provisioning services (physical) / Site recovery
常见虚拟化产品
• VMWare vSphere/VMWare Server • 思杰公司的XenServer • 微软公司的Windows Server 2008和HyperV Server 2008 • KVM/RHEV • Virtual Iron
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服务器虚拟化需求 虚拟化技术简介 虚拟化规划 平台选型 部署及实施 经验总结
虚拟服务器部署
• • • • • • 服务器准备 硬件安装 软件准备 软件安装 网络配置 存储配置
应用系统迁移
• 大部分应用系统，采用重新部署的方法， 之后迁移数据 • 要求具有原来系统的安装文档 • 需要仔细测试 • 旧系统不受任何影响，可以随时切换回旧 平台 少量进行P2V迁移
应用兼容性
• • • • 与应用提供商沟通 多数应用支持虚拟化平台 少量应用需要进行测试和修改 个别应用不支持虚拟化
服务器及相关配套设施增长
以清华大学图书馆为例： • 1996少于5台 • 1998年达到将近110台 • 机房二次扩建 • UPS和电源三次改造 • 空调三次扩容 运行成本大幅提升
百度文库 降低运行成本的方法
• 服务外包：信息服务外包给第三方公司 （成本和服务质量） • 服务整合：多项信息服务整合到同一台服 务器上运行（需求复杂和业务隔离性） • 虚拟化技术：在一台物理服务器上运行多 个平台（物理服务器性能）
灾难备份
• 迁移到虚拟化平台的应用系统，可以很容 易实现灾难备份 • 相对关键应用还可以考虑负载均衡或高可 用解决方案
测试和开发平台部署
• • • • • 快速部署新系统 用于测试和开发目的 节省平台投资 加快应用开发进度 加快数据库试用进度
智能聊天机器人
最新动态
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x86的虚拟化方案
• 二进制改写模式：早期的虚拟化软件 • 半虚拟化：Xen
– 需要修改操作系统，性能损失较小
• 基于硬件的虚拟化：VMX模式
– 不需要修改操作系统，有一定性能损失 – 具有良好的系统隔离性
• 现在的多种虚拟化软件都采用硬件虚拟化 技术
虚拟化架构
应用程序 操作系统 虚拟机 应用程序 操作系统 虚拟机 应用程序 操作系统 虚拟机
KVM
• 集成到Linux 2.6内核中 • Linux进程执行模式：Kernel和User，KVM 增加第三种执行模式Guest • 支持硬件虚拟化 • KVM包括二个组件：
– 设备驱动程序管理虚拟化硬件 – 模块PC硬件的用户空间组件
基于KVM的体系架构
虚拟化软件选择
• • • • • • 采用XenServer 性能表现良好，尤其是I/O性能。 已经有一定市场规模，有成熟应用。 预算有限 逐步实施虚拟化 XenServer提供了与CentOS/RHEL的良好 整合
清华大学图书馆 服务器虚拟化实践
陈武 清华大学图书馆系统部 2010年12月10日
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服务器虚拟化需求 虚拟化技术简介 虚拟化规划 平台选型 部署及实施 经验总结
服务器数量增长
• 电子图书、电子期刊、电子论文的各种数 据库系统 • 数字图书馆相关系统：门户、开放链接、 电子资源管理、机构库 • 读者服务系统：馆际互借、参考咨询、代 检代查 • 业务支持系统：邮件、办公自动化、统计
XenServer功能
• 免费版：XenServer hypervisor / XenMotion live migration / VM Disk Snapshot and Revert / XenCenter multiserver management / Resilient distributed management architecture / Conversion tools • 高级版：High availability / Memory optimization / Performance alerting and reporting