虚拟化技术在数据中心中的应用

虚拟化技术在数据中心中的应用

虚拟化（Virtualization），伴随着计算机技术的发展与应用。在信息化建设的不同时期，虚拟化都受到了计算机厂商和用户的关注。虚拟化的优势在于它能将所有可用的计算和存储资源以资源池的方式组成一个单一的整合视图，通过提供虚拟功能，可将资源看做一个单一公共的平台，最终资源池就像我们日常生活中的水和电一样，成为企业信息系统中的“公用设施”（Utility Computing）。对用户来说，虚拟计算资源带来的益处是明显的：首先提高了资源利用率，避免了复杂的系统集成和大规模的设备占用空间，降低了投资成本；二是简化了管理的复杂性，能对整体系统运行环境进行统一监管和动态分配，从而降低了计算管理和运行成本；三是可以充分利用整体平台的优势，更好地发挥系统的效能;四是从总体上提高了全系统的可靠性。

正是由于虚拟化技术在资源配置和效率方便的巨大优势，虚拟化技术率先推动了数据中心的革命。数据中心的虚拟化有很多的优点。首先，可以通过整合或者共享物理设备来提高资源利用率，据调查，目前全球多数的数据中心的资源利用率在15%~20%之间，通过整合和虚拟化技术可以将利用率提高到50%~60%；其次，可以通过虚拟化技术实现节能环保的绿色数据中心，如可以减少物理设备、电缆、空间、电力、制冷等的需求；更重要的是，可以通过虚拟化技术实现应用部署的灵活和机动，以满足快速增长的业务需求。

一、数据中心相关的虚拟化技术

虚拟化技术的核心思路是，通过软件或硬件设备构成一个虚拟化层并对其进行管理，把各类物理资源映射为统一的虚拟资源。这些虚拟资源在使用上和物理资源的特性相差很少或者没有区别。可以被虚拟化的资源包括服务器、存储、网络等资源（还包括了一些比较专用的设备如防火墙、负载均衡等），映射的方式包括一对多（1->N）、多对一（N->1）和多对多(N->M)几种形式。

1、应用虚拟化

应用虚拟化就是将IT应用的客户端进行集中统一部署，使所有用户的应用和数据在同一平台上进行计算和运行，用户对应用进行透明的访问，并最终获得与本地访问应用同样的感受和计算结果。通俗点说，应用虚拟化就是将用户使用的所有软件安装在服务器端，用户的客户端零安装，用户通过使用服务器上的软件进行工作，通常服务器的性能、安全性都要远远高于用户个人用机；因此，这种方式通常可以给用户带来更高安全性和更好性能的应用体验。

现在的应用虚拟化已经能够较好地支持本地外界设备，如打印机、扫描仪、光驱等。基于应用虚拟化可以解决当今用户所面临的很多问题，通过对应用统一管理和监控，可以实现应用的快速发布和部署，增强应用的安全性，提高员工的工作效率，大幅降低企业在IT上的整体拥有成本。

CITRIX（思杰）的应用虚拟化解决方案是目前比较典型的代表。

2、虚拟桌面基础架构

虚拟桌面基础架构（Virtual Desktop Infrastructure,VDI）的基本原理很简单，用户的桌面环境包括操作系统、应用和其他必要组件都被压缩到一个虚拟机镜像里，然后可以在数据中心的服务器上运行这些虚拟系统，形成用户的“虚拟桌面”。用户通过来自客户端设备（瘦客户机或是家用PC甚至PDA）的瘦客户计算协议与虚拟桌面进行连接，用户访问他们的桌面就像是访问传统的本地安装桌面一样。这些虚拟桌面可能运行Windows、Linux或Unix，并且仍然宿主在相同机器里。思杰、微软和威睿都提供这样的功能。

基于VDI技术，用户可以从任何地方连接到他们的桌面，IT人员可以更易于管理桌面，因为它位于数据中心之内。

3、网络虚拟化

事实上，网络虚拟化并不是什么新概念，多年来，虚拟局域网技术作为基本的隔离技术已经被用户广泛应用。在交换网络上通过VLAN技术来区分不同业务网段，同时配合防火墙等安全产品划分安全区域，历来就是数据中心建设过程常用的方法。现在，数据中心用户对于将多个逻辑网络进行隔离的需求越来越高，VLAN、MPLS-VPN、Multi-VRF技术在路由环境下可以实现对网络访问的隔离，并且虚拟化分割的逻辑网络内部有独立的数据通道，终端用户和上层应用不需要也不知道其他逻辑网络的存在。当然，在每个逻辑网络内部仍人存在着对安全控制的要求。

虚拟专用网（VPN）技术则为用户提供了一种通过公共网络（通常是因特网）建立一个临时的、安全的链接私有隧道的方法。基于VPN可以实现企业内部网的扩展，帮助远程用户、公司分支机构、商业伙伴及供应商同公司的内部网建立可信的安全链接，并保证数据的安全传输。通过将数据流转移到低成本的公用网络上，一个企业的VPN解决方案将大幅度地减少用户话费在城域网和远程网络连接上的费用。同时，可以简化企业网络的设计和成本，极大降低企业在网络建设和管理上的成本。。

从数据中心内部来看，用户在做服务器部署以及网络架构设计时，通常需要考虑多层结构、安全区域、安全等级、策略部署、路由控制、VLAN划分、二层环路、冗余设计等诸多因素，使得传统数据中心在网络架构设计上都是比较复杂的，这就导致数据中心基础网络的运维和管理难度非常高。因此，作为网络虚拟化技术，催生出一种网络及相关设备的虚拟化技术。

网络设备虚拟化的第一种思路是将多台设备连接，“横向整合”起来组成一个“联合设备”，并将这些设备看做单一设备对其进行管理和使用。通过虚拟化整合后的设备组成了单一的逻辑单元，在网络中表现为一个网元接单，这在让管理、配置、跨设备链路聚合等功能更简化的同时，还简化了网络架构，并进一步增强了网络冗余的可靠性。

网络设备虚拟化的另一种思路正好相关，是将一台设备虚拟成多台逻辑的设备，每一台虚拟设备具备完整的功能，可以进行单独的管理和配置。通过将物理设备虚拟成逻辑设备，可以在保障应用网络环境独立的前提下极为方便的进行设备的扩展和管理。

4、存储虚拟化

存储虚拟化就是将多种、多个存储设备通过一定的手段集中管理起来构成一个存储池，进行统一管理，为使用者提供大容量、搞数据传输性能的存储系统。存储虚拟化的实现层面可以分为三层：a、基于主机和操作系统的虚拟存储；b、基于存储设备的虚拟存储；c、基于存储网络的虚拟存储。

基于主机和操作系统的虚拟存储依赖于主机上的逻辑卷管理软件，针对分配给主机的逻辑卷实现进一步的虚拟化，对多个逻辑卷进行统一管理、配置，屏蔽了上层应用对物理磁盘的管理。由于主机的虚拟存储采用的软件实现，因此性能上收到一定限制，并且对于存储的高级功能，例如快照或者数据复制等，不能提供统一管理。典型的有IBM AIX操作系统带的Logical Volume Manager(LVM)和V eritas的V olume Manager，其中ALX的LVM是集成在操作系统上的，而Veritas的VM可以支持多种操作系统。

基于存储设备的虚拟存储将具有虚拟化功能的存储控制器和相应的存储设备接入到SAN网络中，由存储控制器统一对服务器提供存储空间，有些虚拟控制器可以管理多厂商的存储系统，有些虚拟控制器则只能管理单个厂商的存储系统。

基于存储网络的虚拟存储，存储网络虚拟化设备可以是特有的虚拟化设备，也可以是在网络交换机上安装的虚拟化软件来实现。在SAN交换机上加入具有虚拟化的模块来控制存