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《虛擬數據中心構建指南》——1.1 虛擬化：IT變革的核心
在過去幾年中，由於技術的變化和快速增長的服務及資源需求，企業信息係統有了很大的改變。計算機資源的需求從未達到如此的高度。利用新的通信手段（如智能手機、社會化網絡和即時消息），用戶希望從任何地方，在任何時候都能立即訪問信息。而且，公司管理層需要高水平的服務，在有限的預算條件下支持企業及業務需求。
1.1 虛擬化：IT變革的核心
IT經理麵臨對信息係統進行變革和現代化改造的巨大壓力。為了滿足日益增長的需求，同時控製成本，就必須實施服務器虛擬化。服務器虛擬化已經成為現代計算的基礎，為雲計算（cloud computing）鋪平了道路。我們已經進入了一個新計算時代，曾經用於測試和開發的技術現在已經用在關鍵應用上。
在2012年，VMware vSphere 5是企業環境中部署得最多的服務器虛擬化解決方案。它已經成為生產環境中的標準。Microsoft、Citrix和Oracle也都提供了替代的方案，但是從硬件和軟件上說，它們與數據中心的各個組成部分的集成度和兼容性都無法和VMware vSphere 5相比。
為了從VMware的許多優勢中獲益，IT團隊必須理解這種技術和數據中心各個組成部分之間的相互作用。這些團隊必須發展跨學科技能，並采納利用該技術潛能和加速與數據中心集成所必需的方法學。虛擬化環境主要對係統管理員和網絡、存儲及安全團隊產生影響。從早期就讓這些成員加入，他們就能夠支持這一項目而不是阻礙它的實施，他們必須具備自我培訓的能力和改變傳統方法的動力，這樣的改變需要培訓、網上信息和Web研討會的支持。在項目的一些階段，請求服務供應商分享他們的知識是很有幫助的。
這是重新思考工作流程和規程的一個機會。可以規劃一次概念驗證（Proof Of Concept，POC）來確定解決方案的功能特征，但是考慮到這一技術已經在各種活動和各類業務中證明了自己的成功，這一過程現在似乎已經沒有意義。
管理團隊也必須了解這一點，他們必須意識到與機構和工作流程相關的變化，以及項目成功所需要的投資。
有了這些支持，機構各個層麵上的每個人都應該意識到與虛擬化相關的問題和深層次變化，以及公司由此得到的利益。
1.1.1 服務器虛擬化
服務器虛擬化是掩蓋硬件設備物理資源的一個抽象層（abs traction layer），為係統提供與實際形式不同的資源。從本質上說，硬件資源是有限的。服務器虛擬化突破了這些限製，開啟了一個具有潛力的新世界。服務器虛擬化並不是一個新概念，它是IBM在20世紀60年代為其大型主機係統創造的概念。在很長的時間內，它似乎是x86環境所無法采用的技術，但是VMware在1998年取得了成功。
VMware技術將整個x86服務器虛擬化為一個邏輯實體—虛擬機（virtual machine，VM）。如圖1-1所示，低級別的虛擬化層次（稱為虛擬化管理器hypervisor）可以在單個物理機器上運行多個操作係統。
圖1-1 沒有虛擬化，一台物理機器上隻能運行一個操作係統， 而虛擬化允許在一台機器上同時使用多個操作係統
虛擬化管理器使得操作係統獨立於所處的硬件，為在單台機器上整合各種基於服務器的服務帶來了許多可能性。
1.1.2 采用服務器虛擬化的要素
後麵幾節將介紹在IT環境中采用服務器虛擬化應該考慮的因素。
1. 資源的浪費
在實體環境中，據估計有80%的數據中心服務器平均使用率低於10%。而從占地麵積、耗能和散熱方麵來說，數據中心都將達到極限。這種浪費的根源在於許多公司都在運行單個應用程序的x86服務器上投入了大量資金。這使得物理服務器數量劇增，考慮到它們的實際使用，運行成本簡直是天文數字。據估計，管理員花費大約70%的時間支持或者維護無法給公司帶來任何價值的運營活動。
注意：與購買服務器的成本相比，管理、執行等間接成本和電力消耗成本已經成為巨額的費用，最多的時候，它們高達服務器初始成本的4倍。
維護服務器基礎架構運行條件的高成本浪費了企業的資金，造成運營效率低下，不利於創新和管理新項目的能力。
與這種浪費對立的是，管理層向IT經理施加壓力，要求他們在保證一定服務水平的同時，在相同（甚至更少）的IT預算下應對不斷增加的請求量。虛擬化是滿足這類需求，同時降低成本並且保持公司IT係統最新的一種方法。
2. 服務器虛擬化中的技術
服務器技術在過去幾年有了很大的進步，已經具備了多核64位處理器和更大的內存管理能力。現在，在一個能夠容納幾十個操作係統的服務器上安裝單個操作係統顯然是沒有道理的。
虛擬化技術最大限度地利用了多核處理器，而且可以達到很高的整合水平。現在的服務器在性能上達到4年前的10至12倍。這大大地增強了與AIX、SUN和HP-UX等UNIX服務器競爭的能力。除了一些特殊的配置以外，SAP或者Oracle等策略性應用程序在虛擬化的x86環境中都能工作得很不錯。
硬件中也已經集成了許多支持原生虛擬化的功能特性：
處理器通過Intel VT（虛擬技術Virtualization Technology）和AMD V（Virtulization）擁有了內置虛擬化功能。
存儲設備製造商直接與VMware技術接口，從服務器接管某些與存儲相關的任務（稱作VAAI：vStorage APIs for Array Integration）。
諸如Cisco Nexus 1000V和最近的IBM DVS5000V等一些網絡交換機能夠簡化這種環境中的網絡管理。
從這幾個例子可以看出，硬件和軟件公司已經開始開發完全集成和利用虛擬化技術潛力的產品。
1.1.3 虛擬化環境規範
考慮了實施虛擬化環境的要素之後，你應該熟悉這種環境的基本規範。
1. 更改數據中心模型
用封裝在文件中的虛擬實體代替物理服務器，這改變了數據中心當前的模型。在虛擬化之前，使用的是由許多小規模物理服務器組成的分布式模型。通過虛擬化，這種模型變成圍繞單個服務器站點的集中化整合模型。存儲成為支柱，為了部署虛擬機器，它必須提供高性能和數據安全解決方案。網絡也起著關鍵的作用，因為一旦選擇雲計算模型，公司就完全依賴網絡和互聯網連通性。因此，網絡帶寬必須足夠。
這一變革迫使企業重新定義目前的基礎架構。
2. 虛擬機
在虛擬環境中，管理員管理的是虛擬機（Virtual Machine，VM）。VM包含了一個物理服務器的全部內容：操作係統（稱作客戶操作係統）、應用程序和數據。
至於基礎架構，VM與物理服務器完全相同，不需要進行應用移植。管理員可以很精確地微調VM的大小。這種配置粒度使他們能夠為VM提供所需的資源。
VM相互完全隔離（操作係統、注冊表、應用程序和數據）。如果一個VM遭到病毒感染或者操作係統崩潰，不會危及其他VM。目前，VM之間的屏障還從未打破過。
VM的所有組件都包含在文件中，這稱為封裝（encapsulation）。封裝簡化了備份、複製、災難恢複計劃過程以及新環境的遷移，帶來了很好的使用靈活性。
而且，VM完全獨立於它們所在的硬件。在傳統的物理環境中，操作係統與所安裝的硬件緊密聯係。（這種環境很龐大，要求每個服務器都需要有一個安裝了特定驅動程序的主映像。）而在虛擬化環境中，虛擬化層總是為VM提供相同的虛擬硬件（圖形卡、SCSI卡等），所以可以創建相同的VM而不需要考慮底層硬件。這減少了專用於每種類型硬件的多種主映像的創建，使大規模部署變得更加簡單。
注意：許多公司在老的服務器上部署關鍵應用程序，對這些服務器的升級被無限延後的原因就是遷移的複雜性。利用虛擬化，這些服務器可以簡單地轉換為虛擬服務器，不需要重新安裝操作係統或者應用程序。
3. 靈活性
靈活性是虛擬化環境的主要特征之一。VM可以從一台物理服務器以完全透明的方式轉移到另一台服務器上。這減少了服務中斷並簡化了管理員在執行計劃維護或者向新平台遷移時的日常管理。將負載分配給不繁忙的服務器也很容易。
4. 即時部署
虛擬化革新了傳統服務器管理方法和服務器的運行。利用即時部署能力，新服務器能夠在幾分鍾內投入使用，而在傳統的物理環境中這可能要花費數周。這完全改變了時限性，使公司能夠很快地適應與業務相關的變革，例如，合並、收購和新服務或者新計劃的實施。特殊的需求能夠很快滿足，也能改進用戶服務。
5. 將資源集中到群集
ESXi主機服務器能夠聚集到稱為群集（cluster）的實體中，這時的虛擬環境可以作為一個整體而不是單獨的單元來管理。因為實體資源在群集中共享，可以獲得高級的高可用性功能。在高活動率的時候，負載可以自動地在群集中所有服務器上共享。這簡化了管理員的工作並保證了應用程序的服務水平。
6. 服務質量
為了保證每個VM都能訪問所需的資源，可以實施服務質量（Quality of Service, QoS）。QoS可以在多個級別上設置—VM、ESXi主機服務器或者群集。
1.1.4 虛擬化的好處
服務器虛擬化提供了無法抗拒的直接好處，主要有：
成本降低：成本的降低是企業的主要關注點。虛擬化是降低CAPEX（資金支出）和OPEX（運營支出）的方法之一。數據中心內的服務器越少，意味著投資越低、維護成本越低、占地麵積越小，電力消耗和散熱的成本也越低。降低電力消耗和散熱的成本是最根本的好處，因為這方麵的費用最多可達基礎架構硬件成本的3倍。而且，電費可能逐年增加，限製甚至降低電力消耗也就更加關鍵。
如圖1-2所示，服務器虛擬化是降低數據中心電力消耗的一種方法。
2000～2010年間數據中心的電力消耗增長曲線在2006～2007年開始降低。在2000～2005年間，電力消耗翻了一番（從300億千瓦時/年增長到600億千瓦時/年），而在2005～2010年間，增長率隻有56%，這種情況是由三個因素造成的：經濟危機減緩了投資；數據中心的電力消耗得到了更好的控製；大規模采用虛擬化，從根本上減少了服務器的數量。
服務等級協議（SLA）的改進：利用vSphere 5的先進功能，可以非常簡單地實現高可用性解決方案，同時又將管理員從耗時的群集解決方案中解放出來。而且，實現活動恢複計劃和備份操作也比原來簡單得多，這解決了過度狹窄的備份窗口以及相關的時間約束問題。
靈活性：虛擬化能夠很輕鬆地適應增長的需求，不管這些需求是業務需求、與合並收購相關的企業需求還是用戶需求。靈活性增強了反應能力和創新能力，因為任何項目必需的專用基礎架構可以簡單地建立，而不需要大量的投資。
圖1-2 通過服務器虛擬化，數據中心電力消耗減少的情況（以上圖形 摘自2011年8月Jonathan G. Koomey（斯坦福大學）的研究
操作效率：虛擬化的固有功能極大地簡化了程序化維護操作、遷移的各個階段和軟件更新，而在物理環境中這些操作都極其耗費資源。
自動化：這使管理員可以解放出來，從事其他工作，並允許用戶獨立地使用資源，而不需要來自IT團隊的幫助。自動化減少了不提供附加值的重複工作，對於成本的降低起到關鍵的作用。成本降低和信息係統自動化水平存在直接的聯係。
用戶：用戶得到的益處最多，因為他們將IT當作一個服務消費，而不需要通過IT團隊。
標準化：應用統一標準的能力更好地滿足法規的要求，為日常運營提供更有效的過程。
但是，認為實現這一環境就能解決所有的問題也是個錯誤。在虛擬化展現出所有潛力之前，還需要經曆多個階段。
最後更新：2017-08-16 11:32:31