如何享受虚拟化的部署之旅(二)

虚拟化已经逐步从服务器虚拟化拓展到了桌面虚拟化，甚至是应用的虚拟化。服务器虚拟化已不是市场上惟一的虚拟化选择了，更多人把关注的目光投向了更宽广的领域：存储虚拟化、桌面虚拟化、云计算……

尽管虚拟化技术作为市场的热点已经超过两年了，但是对大多数企业来说，它仍然还属于新技术的范畴，特别是在虚拟化的部署方面。来自IDC的报告表明，在高端服务器领域，虚拟化的普及率还不到20%，在中国就更低了。不过调查也显示，关注虚拟化的用户越来越多，特别是在云计算铺天盖地的宣传之下，很多CIO对此都跃跃欲试。他们看重的是虚拟化对服务器的整合，提高系统资源的利用率，从而降低企业运营成本。殊不知在经过多年的发展之后，虚拟化带给我们的早已不只这些，存储子系统的虚拟化、桌面的虚拟化以及云计算等新领域的出现，为虚拟化注入了新的动力。下面，我们就以虚拟化的几个典型应用为例来了解一下新的虚拟化应用方向。

服务器虚拟化的优势和缺点

服务器虚拟化是我们为耳熟能详的虚拟化应用。当人们谈及“虚拟化”时，通常都是指服务器虚拟化。对于服务器虚拟化的概念我们在《如何享受虚拟化的部署之旅(一)—探寻虚拟化技术的前世今身》一文中就做了解释。通过服务器虚拟化，用户就能享受到虚拟化所带来的好处：实现服务器集群的整合，在提高资源利用率的同时，降低运行成本，减少项目管理费用等。目前，用来实现服务器虚拟化的产品主要有以下几种：

VMware Server/Workstation/Player/ESX Server
微软的Virtual PC/Virtual Server
Xen
Virtual Iron

在服务器虚拟化领域， VMware无疑是虚拟化应用的领航者，占据了整个市场的半壁江山。和其它虚拟化软件相比，它大的优势是不仅可以支持Windows平台、而且也可以支持Linux和Unix平台，而其它对手目前还做不到这一点。另外，在新功能的实际应用层面，VMware目前也处于领先的地位。因此，下面我们就以VMware Infrastructure 3(以下简称VI3)为例，来看看它为平台的虚拟化带来了什么。

VMware ESX Server软件包

需要说明的是，VI3不是一款服务器虚拟化软件，而是一系列服务器虚拟化软件的集合，由VMware ESX Server、VMFS(Virtual Machine File System)、DRS(Distributed Resourced Scheduler)、Virtual SMP、VMware HA(High Availibility)、VMware Vmotion、Consolidated Backup以及Virtual Center等软件组成。其中，VMware ESX Server是VI3的核心；Vmotion和Virtual Cente则是服务器虚拟化应用管理的主角，提供了动态移动虚拟机和自动监测资源可用性等功能，可以帮助用户佳地利用企业计算资源。

Vmotion实时迁移原理图

从技术上看，VMware ESX Server使用的是半虚拟化技术，服务器上不需要预装任何操作系统，用户可直接将VMware ESX Server安装在服务器上，在把服务器分割成数台虚拟机的同时，直接有效地分配系统资源。

VMware ESX Server将每个虚拟机及其相关硬件资源与其它虚拟机隔离，确保在某个虚拟机崩溃时不会影响其它虚拟机。虚拟机之间不会泄露数据，而且应用程序只能通过配置的网络连接进行通信。其中，VMotion实时迁移功能是VI3大的亮点，这也是很多企业用户选择VI3的重要原因。它可以将工作负载从一台物理服务器迁移到另一台物理服务器，而不需要停机(此前，VMware只能通过P-V(Physical to Virtual，物理机向虚拟机迁移)功能在停机状态下进行应用负载的迁移)。当一台虚拟机发生故障时，管理员可以平滑地将这台虚拟机的资料在线迁移到另外一台虚拟机上。在这个过程中，服务器不需要停机，从而有效保证了服务器运作的连续性。

Virtual Center

那它是怎么做到的呢？首先，源虚拟机的整个状态由存储在共享存储器上的一组文件封装起来。虚拟机的活动内存及精确的执行状态则通过高速网络快速传输目标虚拟机，并立即从源ESX Server切换到在目标ESX Server。一旦整个内存和系统状态拷贝到目标ESX Server，Vmotion将中止源虚拟机的运行，将位图拷贝到目标ESX Server，并在目标ESX Server上恢复虚拟机的运行，整个过程在以GB/s的千兆网上需要不到两秒的时间。后，虚拟机使用的网络也被底层ESX Server虚拟化，确保即使在迁移后，虚拟机的网络身份和网络连接也能保留下来。一旦目标虚拟机被激活，Vmotion就会与网络路由器联系，以确保它知道虚拟MAC地址的新物理位置，以此实现平滑的过渡。不过需要注意的是，VMotion的实时迁移功不能在Intel和AMD处理器之间进行，之前甚至还不支持不同系列的处理器。而新版本的Vmotion则通过修改硬件底层CPUID掩码的方式实现对不同系列CPU的支持。

除了VMotion之外，VMware ESX Server还可以将服务器底层硬件资源分离出来供虚拟机使用，甚至还具有使用超量内存的功能。这意味着虚拟机的内存总量可以安全地超过服务器的实际物理内存，以此提高服务器内存的整体效率。

虚拟化的管理软件能够很好地管理控制虚拟机，从而降低了大型数据中心的管理复杂性，如VMware Center就是很好的例子。Virtual Center提供了直观的管理界面以及丰富的资料和数据来监控整个数据中心，为数据中心的虚拟机管理提供了强大的手段，成为新的虚拟化数据中心的必备工具。通过Virtual Center，VMware ESX Server虚拟化平台可以实现高效的资源监控，从而有效地降低运营成本。用户可以通过Virtual Center管理上百台服务器，使硬件维护时宕机几率为零。Virtual Center的大优势在于可以用单个控制台管理一个分布式虚拟结构，当然，这只在你确实有那么一大堆服务器的情况下它才能体现出价值。

服务器虚拟化带来的好处是显而易见的，不仅可以在单一服务器上支持不同的应用软件和操作系统，而且还能够动态地将资源分配到需要的地方，可以减少数据处理过程中所需的服务器数量。有了虚拟机，企业在每次部署新的操作系统时，就无需迁移现有的应用软件，从而能延长那些虽然已经过时，但仍非常重要的应用软件的使用周期。这样，那些基于Windows NT的应用程序就可以再次焕发生机。

但是，虚拟化也是一柄双刃剑。对企业来说，它也意味着要将所有的“鸡蛋”放在一个篮子里，增加了风险。虚拟化服务器系统常见的问题就是某一台虚拟机突然崩溃。过去用户可以在他们的多台物理服务器上运行20项工作负载，当其中一台服务器宕机时，虽然情况很糟糕，但不至于波及整个服务器，20项工作负载可以连续运行。但是在虚拟化环境里，如果20项工作负载都在一台服务器上运行，那么一旦该物理服务器宕机，就意味着所有的工作负载都会陷入瘫痪，对企业来说就是灾难。当然，通过合理的部署，这样的危险也可以降到低。但是，服务器虚拟化所带来的整合和成本优势却是企业级用户所不能抗拒的。

新的数据存储时代—虚拟化存储

虚拟化内存早在2002年就被认为是值得关注的技术之一。时至今天，它更是成为HDS、HP、IBM、SUN、VERITAS等存储软硬件厂商的研究重点之一。从小到数据块、文件系统，大到磁带库、各种服务器和阵列控制器，都有虚拟化存储的影子。同时，存储虚拟化并不像几十年刚出现一般是还只是一个概念。今天，它代表的是一种实实在在的领先技术，甚至被人们看作是继SAN(存储区域网络)之后的又一次技术新浪潮。

虚拟化存储顾名思义就是把多个存储介质/模块(如内存、硬盘、SDD)通过一定的手段集中在一个存储池(Storage Pool)中得到统一管理。从服务器和工作站的角度，看到的不是多个硬盘，而是一个统一的分区或者卷，就如同一块超大容量的硬盘。这种可以对多种存储介质、存储设备实现统一管理，为使用者提供大容量、高数据传输性能的存储系统就被称为虚拟存储。

虚拟化存储原理图

早期的虚拟内存技术可以使应用程序认为其自身拥有连续可用的地址空间。而实际上，应用程序的代码和数据可能是被分隔成多个碎片页或段，甚至被交换到磁盘、闪存等外部存储器上，即使物理内存不足，应用程序也能顺利执行。现在所有的x86 CPU都包含了一个称为内存管理的模块MMU(Memory Management Unit)和TLB(Translation Lookaside Buffer)，通过MMU和TLB来优化虚拟内存的性能。

为了实现内存的虚拟化，虚拟机需要增加一个新的内存虚拟化层。也就是说，必须虚拟MMU来支持客户操作系统。客户操作系统继续控制虚拟地址到客户内存物理地址的映射，但是客户操作系统不能直接访问实际的物理内存。VMM负责建立客户机虚拟内存到物理内存的映射，通过影子页表来加速执行的效率，从而避免了每次访问进行的两次翻译过程。当客户操作系统更改了虚拟内存到物理内存的映射表，VMM也会更新影子页表来启动直接查询。在支持虚拟化内存硬件辅助技术的处理器的支持下，查询的效率获得了显著的提升，从而使得虚拟化内存的运作更高效。

虚拟化的网络存储架构为企业带来更高效、更低成本的存储新模式

现在，在内存虚拟化的基础上，虚拟化存储技术已经扩展到整个存储领域，包括服务器端、存储子系统端以及网络设备端的虚拟存储。虚拟存储可以提供了一个大容量存储系统集中管理的手段，由网络中的一个环节(比如服务器)进行统一管理，避免了由于存储设备扩充所带来的管理方面的麻烦。例如，在一般的存储系统中，当要增加新的存储设备时，整个系统(包括网络中的诸多用户设备)都需要重新进行繁琐的配置，才可以使这个“新成员”加入到存储系统之中。而使用虚拟存储技术，增加新的存储设备时，只需要网络管理员对存储系统进行较为简单的系统配置更改，客户端无需任何操作，感觉上只是存储系统的容量增大了。

而对于视频网络系统来说，虚拟存储的价值在于它对访问带宽的提升。存储系统是由多个存储模块组成，虚拟存储系统可以很好地进行负载平衡，把每一次数据访问所需的带宽合理地分配到各个存储模块上，这样系统的整体访问带宽就增大了。例如，一个存储系统中有4个存储模块，每一个存储模块的访问带宽为50Mbps，则这个存储系统的总访问带宽就可以接近各存储模块带宽之和，即200Mbps。而虚拟存储技术也能为存储资源的管理提供更好的灵活性，可以将不同类型的存储设备集中管理使用，保障了用户以往购买的存储设备的投资。

除此之外，虚拟存储技术可以通过管理软件，为网络系统提供一些其它有用功能，如无需服务器的远程镜像、数据快照(Snapshot)等。因此，虚拟存储被广泛地应用于：数据镜像、同步以及恢复等领域，通过对整个系统存储的整合获取更大的价值。

全新的应用模式—桌面的虚拟化

虚拟桌面，又称为VDI(Virtual Desktop Infrastructure，即虚拟桌面架构)，正迅速成为一个热门词语。VDI的概念很简单。它不是给每个用户都配置一台运行Windows XP或Vista桌面的PC，而是通过来自客户端设备(瘦客户机或是家用PC)的瘦客户计算协议与数据中心的进行连接，显示出运行在数据中心上的操作系统和应用软件的镜像。典型的实例就是《如何享受虚拟化的部署之旅(一)——探寻虚拟化技术的前世今身》中提到的可以运行Windows的iPhone。

不过，相对于服务器虚拟化而言，桌面虚拟化目前还处于萌芽阶段。随着虚拟化的进步发展，越来越多的企业正在准备部署桌面虚拟产品。据调查，2009年，虚拟机将达到400万台，客户端的虚拟化将高过传统的服务器虚拟化，所以对于桌面虚拟市场的争夺也日趋激烈。微软、Vmware等都是桌面虚拟话市场的强有力争夺者，他们不断推出新的技术和产品来增强自己的市场竞争力。Vmware公司去年推出的Vmware VDI(Virtual Desktop Infrastructure)端对端的虚拟桌面架构解决方案算是早的走入人们视线的综合性桌面虚拟化解决方案。

Windows Vista下的XP虚拟桌面

Vmware VDI的优势源自于VMware服务器虚拟化的成功及其经验。在VDI中，ESX Server包含的不是一系列虚拟服务器，而是用户所熟悉的虚拟桌面(Windows XP或Vista)，因此很快就得到了用户的接受。

典型的Vmware VDI环境都包括以下几个组件：VMware Infrastructure 3、VMware Virtual Desktop Manager、客户端。此外，要运行VMware Virtual Desktop Manager软件还需要有Microsoft Active Directory。
建立Vmware VDI需要以下几个步骤：

1.在ESX服务器上创建一个虚拟机；
2.安装VDI代理连接；
3.在虚拟机上安装一个桌面操作系统，比如Windows XP或Vista；
4.接着在虚拟机上安装相应的应用软件；
5.允许通过网络使用任何一些可能的远程控制选项访问虚拟桌面系统。

运行Vmware VDI的同时，可以使用VMware Virtual Desktop Manager (VDM)。它是一种企业级桌面管理服务器，可安全地将用户连接到数据中心的虚拟桌面，并提供易于使用的基于Web的界面来管理集中的环境。企业可以在位于中央数据中心的虚拟机内部运行桌面。使用VMware Virtual Desktop Manager连接代理，用户可通过远程显示协议(如RDP)从PC或瘦客户机远程访问这些桌面。也就是说，企业桌面虚拟化在以往基础上更进一步，除去了桌面上的计算机，取而代之的是超小型、完全安全的智能网络应用终端，它们连接到各自位于数据中心的虚拟桌面。通过整合到数据中心中的桌面环境，企业可以提供始终可用的安全、独立的桌面。从网络上的任何位置都可以集中管理和访问每台智能网络应用终端。通过这种方式，企业便可从高效的管理和控制中获益，而终端用户也会获得它们熟悉的桌面环境。

不过肯定有人会问：与终端服务或数据共享比较，虚拟化桌面系统的优势在哪里？实际上，这种优势是显而易见的。首先，与应用程序共享不同的是，在集中式服务器上运行的VMware VDI桌面是完全独立的，这有助于阻止对桌面映像进行未经授权的访问，提高了可靠性。其次，使用虚拟机模板和自动部署功能可以轻松地部署虚拟化桌面，而且无需更改应用程序，用户只需通过远程连接访问即可。再次，企业可以利用VMware Infrastructure 3组件(如VMware Consolidated Backup)和共享存储来提供终端服务解决方案目前无法提供的桌面灾难恢复功能。除此之外，它还能提供基于服务器计算技术所能带来的一些引人注目的好处，包括简化桌面管理以及便于升级和维护等。后，通过对服务器的整合，虚拟化技术能减小企业的成本压力，而用户又能得到自己所需的个性化桌面系统，满足了多方面的需求。

当然，VMware VDI也存在这一些不足。相关报告显示，虚拟化桌面需要强大的数据中心支持。比如，在运行过程中，每个Windows XP镜像只能提供给一个客户端使用。当有N个客户端使用相同的网络镜像时，则要在数据中心建立N个这样的镜像，ESX上要运行N个Windows XP系统，这对数据存储设备的要求相当高。因此，虚拟桌面技术更适合于拥有庞大的数据中心或磁盘阵列的大型企业用户。

对于中小企业来说，部署虚拟桌面系统有些得不偿失。首先，网络架构上要求比较高，需要比较完善的数据存储中心、设备冷却以及监控等系统来配合。其次，管理技术的复杂性大大提升。虽然拥有服务器集群整合的优势，但服务器管理成本大幅提高。这也是目前很多中小企业对于部署虚拟化上持有观望的态度原因。但不管怎么说，桌面虚拟化所带来的全新体验都值得每一个用户去尝试。

实际上，云计算就是虚拟化、效用计算、IaaS(基础设施即服务)、PaaS(平台即服务)、SaaS(软件即服务)等概念混合演进并跃升的结果。云计算中的每个云都是一些可以自我维护和管理的虚拟计算资源，通常为一些大型服务器集群，包括计算服务器、存储服务器、宽带资源等。云计算将所有的计算资源集中起来，并由软件实现自动管理，无需人为参与。这使得应用提供者无需为繁琐的细节而烦恼，能够更加专注于自己的业务，有利于创新和降低成本，同时也带来了运营模式和管理模式的转型。

目前，虚拟化技术在高端服务器集群的推广正进行得如火如荼。它带来的不仅是服务器资源效率的提升，企业运营成本的降低，更重要是提供了一个全新的应用模式，这是值得期待的。尽管目前虚拟化技术还有待进一步开发完善，使之更加平民化，但是对它的期待却更加强烈了。在下一个部分中我们将以一个实际的虚拟化部署案例为例子，详细介绍虚拟化部署中可能遇到的问题，敬请关注。(目前，《如何享受虚拟化部署之旅》已经连载了两期，为了吸引更多读者的关注，我们需要收集您的批评和建议，让更多的读者朋友参与进来，共同探讨。如果您有什么好的意见和建议，请发送邮件到leij@cniti.cn，我们将在第一时间给您回复。)