虚拟化技术及其应用

虚拟化技术及其应用上海市浦东科技信息中心程三艳摘编

虚拟化是一个广义的术语，在计算机方面通常是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行。虚拟化技术的提出可扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程，模拟多CPU并行，允许一个平台同时运行多个操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。

1、虚拟化技术的分类

1.1 从实现层次来分，虚拟化技术可以划分为：硬件虚拟化，操作系统虚拟化，应用程序虚拟化等。

硬件虚拟化，又叫做准虚拟化，就是用软件来虚拟一台标准电脑的硬件配置，如CPU、内存、硬盘、声显卡、光驱等，成为一台虚拟的裸机。

操作系统虚拟化，就是以原操作系统为母体样本，利用虚拟化软件克隆出多个新系统。

应用程序虚拟化，主要任务是虚拟操作系统，保证应用程序的正常运行虚拟系统的某些关键部分，如注册表等，轻量、小巧；还可以实现很多非绿色软件的移动使用，通过局域网方便快捷地分发到企业终端上，不用安装，直接使用，在应用范围和体验上超越绿色软件，大大降低了企业的IT成本。

1.2 以应用领域来划分，虚拟化技术可以划分为：服务器虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化、桌面虚拟化、CPU虚拟化、文件虚拟化等。

服务器虚拟化，应用了硬件虚拟化和操作系统虚拟化技术，在一台服务器运行安装多个操作系统，并且可以同时运行，就相当于多台服务器同时运行了，利用率大大提高。

存储虚拟化，是将一堆独立分布的硬盘虚拟的整合成一块硬盘，存储虚拟化的目的是方便管理和有效利用存储空间。

网络虚拟化，一般是指VPN，它将两个异地的局域网，虚拟成一个局域网，这样一些企业的OA、B/S软件，就可以像真实局域网一样进行电脑互访了。

桌面虚拟化，是在服务器上部署好桌面环境，传输到客户端电脑上，而客户端只采用瘦客户机的应用模式，即只安装操作系统，接受服务器传输来的虚拟桌面，用户看到的就像本地真实环境一样，所有的使用其实是对服务器上的桌面进行操作。

CPU虚拟化，是对硬件虚拟化方案的优化和加强。以前是用虚拟化软件把一个CPU虚拟成多个CPU，而CPU虚拟化直接从硬件层面实现，这样大大提高的性能。

文件虚拟化，是将分布在多台电脑的文件数据虚拟成一台电脑上的，这样以前找文件要去不同的机器上查找，而现在则像在一台电脑上操作一样。

2、虚拟化技术应用

虚拟化技术具有可以减少服务器的过度提供、提高设备利用率、减少IT的总体投资、增强提供IT环境的灵活性、可以共享资源等优点，但虚拟化技术在安全性能上较为薄弱，虚拟化设备是潜在恶意代码或者黑客的首选攻击对象。

目前常用的虚拟软件有VMware、Virtual PC以及微软在推的windows sever 2008中融入的Hyper-v1.0。自从全球经济危机开始，虚拟化技术被广大企业迅速应用，2009年也是虚拟化技术大潮兴起的一年。

2.1 虚拟化技术在高校信息化建设中的应用

高校信息化建设从20世纪90年代开始，已经经历了单机环境、C/S架构、B/S架构、SOA等多个发展阶段。目前，高校信息化建设已经涉及到高校的教学、科研、管理、生活、服务等相关领域，所需要的计算机平台、存储环境和网络环境多种多样，随之也带来了IT基础设施的资源利用率低和管理成本高等问题。将虚拟化技术应用到高校信息化建设中，既能提高高校信息基础设施的效率，也能提升信息化基础平台的可靠性和可维护性，降低IT相关管理成本。

使用存储虚拟化技术，将高校信息化基础设施中的所有存储资源整合为一个大的存储系统，通过统一存储数据和管理存储空间对外以透明的方式提供存储服务，根据应用系统对存储速率和访问要求的不同，提供不同的存取方式。

通过对存储资源的统一整合，将FC SAN、IP SAN和NAS等产品从逻辑上整合起来，构建由集中存储引擎和存储池两部分构成的统一存储资源，同时支持NFS、CIFS、FC、iSCSI等协议，具备强大的动态扩展能力。当业务以及I/O带宽需求增加时，用户可以通过动态增加统一存储引擎节点及存储单元设备，以获得更高的聚合带宽和更大的存储容量。

如高性能计算机平台、高校网络计费系统、校园邮件系统等应用系统对存储资源的访问速率较高，需要较高的传输速率，可以采用FC SAN架构来存储。

图1 存储虚拟化架构

对校园FTP、VOD等业务系统可以采用NAS架构存储，采用NFS、HTTP、CIFS等文件共享协议，简单易用，共享方便，也适合于多个业务系统访问共享资源的情况。

对一般的业务系统，可采用IP SAN架构访问统一整合之后的存储环境。IP SAN使用iSCSI协议，将SCSI 块数据转换为网络封包进行传输，对已有的网络架构变动最小，不需要额外投资购买光纤交换机，主机可以仅安装iSCSI Initiator驱动程序即可，可以很方便地集成很多松散的小型应用的存储，尤其是适合那些以随机数据访问为主，且对访问性能要求不高的应用系统。

使用服务器虚拟化技术，将高校中的PC服务器统一虚拟整合为一个服务资源池，根据各个业务系统的需求，为其分配适合的CPU、内存和存储资源。

图2 服务器虚拟化架构

目前，VMware、Citrix、IBM和Microsoft都能提供完整的服务器虚拟解决方案，通过安装部署，可以整合所有的PC服务器，然后根据业务系统的需求，安装相应的操作系统环境。这些虚拟解决方案都可使人们在一台物理机器上，安装多个不同版本、不同类型的操作系统，独立地对外提供服务。

2.1.3 Web虚拟主机

网站的运行平台和开发技术有很多的共性，而高校二级部门所建立的各类服务网站大部分形式简单，功能单一，不需要较高的服务资源。针对这种情况，可以提供相应平台的Web虚拟主机环境，将这些网站整合在一起，提高资源的利用率和安全性。这样如果一个部门需要开设新的Web网站，可以根据其使用的技术平台，分配相应的Web服务器空间和数据库服务器。通过以上服务器虚拟化技术，可以对校园网站整个系统的资源进行动态优化。

随着高校信息化的不断深入，校园网络上承载的应用越来越多，通过网络虚拟化技术可以实现不同应用的相互隔离，而同一类应用却可在全网范围内访问，实现将物理网络的逻辑纵向划分。

应用VLAN、VPN等技术，将网络划分为多个网段，提高了各类网络应用的安全性。如通过VPN技术，用户可以在任意地方访问校内资源，校内图书馆，也可以为校内网络办公系统提供方便通道。同时可以使用隧道技术，实现使用IPv4网络访问IPv6网络相关资源的能力。

在某些对网络流量有特别需求的地方，可以通过端口聚合的模式，使物理上多个端口互连成逻辑上的一个端口，提高并发I/O吞吐率，并且在某一个物理网络端口出现故障时，可以保证网络服务的通畅。

通过网络虚拟化技术，可以为高校信息化的网络基础设施建设提供一个新标准，定义新一代网络架构，使得各种基础网络都能使用这种灵活的架构，使高校在构建连续和高度可用的网络服务的同时，优化网络资源的使用效率。

2.2虚拟化技术在企业管理上的应用

企业应用虚拟化技术时，主要集中在与对企业服务器虚拟化管理以及企业信息化建设应用中。

服务器虚拟化提高资源的利用率，简化系统管理，实现服务器整合，可以给企业带来以下优势：

a) 减少服务器的数量，虚拟化技术可以支持实现物理资源和资源池的动态共享，可通过动态资源配置提高IT对业务的灵活适应力，满足不断变化的业务需求，同时也减少硬件采购成本。

b) 降低管理复杂度，通过服务器虚拟化减少必须进行物理资源管理；隐藏物理资源的部分复杂性；简化了服务器部署、管理和维护工作，降低了管理费用。通过实现自动化、获得更好的信息和实现中央管理来简化公共管理任务；实现负载管理自动化。

c) 提高兼容能力，一些应用之间的版本、数据库、操作系统等之间可能产生的冲突，应用虚拟化技术可以避免类似问题。

d) 提高数据备份的可靠性，支持快速转移和复制虚拟服务器，提供一种简单便捷的灾难恢复解决方案，虚拟可以实现较简单的共享机制无法实现的隔离和划分，可实现对数据和服务进行可控和安全的访问，带来具有透明负载均衡、动态迁移、故障自动隔离、系统自动重构的高可靠服务器应用环境。

以下介绍Citrix虚拟化平台在服务器虚拟化管理中的应用特点。

Citrix虚拟化平台，通过应用虚拟化技术，应用都可以集中到一个统一的平台上，应用程序不再需要客户端方式安装，而是安装在数据中心服务器上，这样系统管理员就能够集中监控、管理、更新。而下层的用户工作站实际上没有安装应用程序，摆脱了应用程序对客户端工作站软硬件系统的依赖。应用集中安装到数据中心服务器上，应用只需维护中心服务器的应用客户端即可，不需面对大量的终端用户。应用程序的升级、修复只需要完成这几台服务器上安装即可；用户工作站的软硬件性能、操作系统、浏览器版本等等都与应用程序脱钩，不再会产生兼容性的影响。这种工作方式有些类似于远程桌面，但是Citrix虚拟化平台无需用户远程登录至该服务器，用户知识访问平台提供的Web页面，通过身份认证后即可使用相应的应用程序，也大大提高了数据中心服务器的安全性。