服務器虛擬化軟件選型如何做到心中有數?
根據Gartner的預測，到2007年年底，《財富》前1000強中有30%左右的企業，在部署Windows服務器時使用了一種關鍵的虛擬技術--分區。到今年，那些沒有采用虛擬技術的企業將在IA(Intel Architecture，英特爾架構)服務器上多支出25%的費用，而在RISC服務器上的額外支出也高達15%，這其中包括硬件、軟件、勞動力和占地空間等各方面的成本。
在傳統的典型IT架構中，存在許多不合理之處，阻礙著現代企業的靈活性。由于應用被捆綁在固定的平臺上，使得各項應用擁有不同的平臺，需要有專用的、針對特定應用的開發、測試、生產和災難恢復環境，而且每個應用環境都需按預計***負載來構建，彼此之間僅有較低的或根本沒有資源共享。
目前，在國內企業數據中心，這一傳統架構的缺點更加明顯，它們普遍根據需求隨時添加服務器設備，這些設備基本上都是分散的，具有不同品牌、不同配置，甚至架構也不同，最致命的是在其上運行的應用并不能充分利用服務器的所有資源，只用到15%～20%的服務器資源是普遍現象。使用虛擬化技術可以減少服務器數量的增加，簡化服務器管理，同時明顯提高服務器利用率、網絡靈活性和可靠性。將多種應用整合到少量企業級服務器上即可實現這一目標。通過整合及虛擬化，數百臺服務器可以減少至數十臺; 10%甚至更低的服務器利用率將提高到60%或更高，IT基礎設施的靈活性、可靠性和效率也將得到改進。而實施服務的虛擬化技術，首先要面對的就是軟件選型。
VMware和Xen的結構特點
目前Xen和VMware是市場上主流的兩大虛擬化產品。這兩大產品背后的架構區別，將帶來不同的應用體驗。
● VMware
VMware是業界著名的虛擬機產品，其主打產品是VI3 (VMware Infrastructure 3)軟件套裝。VI3以其杰出的管理能力，受到了廣大數據中心的青睞。
在VMware中，最核心的軟件是 ESX Server。ESX Server直接安裝在裸機上，在硬件和操作系統之間形成一個虛擬化層。ESX Server將一臺物理服務器劃分為多個可移植的虛擬機環境。VMFS(Virtual Machine File System)則是封裝ESX Server的存儲載體。ESX的虛擬層級實際上包裹了硬件，ESX創建了一個硬件接口層Hardware Interface Layer，所有虛擬機如果想跟硬件通信，必須經過這個硬件接口層，完成諸如內存偏移轉換的工作。這里需要強調的是，ESX的特點是完全包裹硬件，不允許程序直接訪問硬件。
當然，ESX只是VMware最基礎的技術，VI3中其余的工具，用于完善虛擬化和可視化管理。其中，DRS(Distributed Resourced Scheduler)可以將多個ESX Server資源合并為群集，同時，按照假定所有資源都在一臺主機上的方法，簡單管理群集。Virtual SMP可以讓單個虛擬機同時使用多個處理器。VMware Vmotion可以使虛擬機從一臺物理服務器遷移到另一臺物理服務器，遷移過程中不用宕機。此外，它也提供虛擬的雙機熱備和集成備份等功能。***，所有虛擬化復雜的管理，都可以由Virtual Center虛擬中心控制臺輕松完成。
● Xen
Xen VMM(Virtual Machine Monitor)是由劍橋大學計算機實驗室開發的一個開源項目，它能夠讓我們創建更多虛擬機，每一個虛擬機都是運行在同一個操作系統上的實例。
這些客戶OS可以是修補過的Linux 2.4或2.6內核，也可以是修補過的NetBSD/FreeBSD內核。
用戶應用程序就運行在這些客戶OS上，并不需要修改任何代碼。但是，隨著將來的處理器能支持虛擬化的特性，內核也就不需要打補丁了。比如Intel的VT和AMD的Pacifica處理器都將包括這種功能。
在Xen中， "系統管理程序"運行在0環，客戶OS運行在1環，應用程序運行在3環。這種關系對于x64有一點不同，就是客戶內核和應用程序都運行在3環上。
Xen自稱為"系統管理程序"，是因為它比客戶OS所需的系統管理代碼運行的特權級還高。當系統引導的時候，Xen裝載到0環的內存中。它在1環上啟動修補過的內核，稱做domain 0(domain是指一個運行中的虛擬機，在其上有一個guest OS在執行)。從這個domain開始，可以創建更多的domain，也可以銷毀它們，還可以進行domain遷移、設置參數等。系統創建的那些domain也運行在1環內核中，用戶應用程序運行在3環。
目前，修補過的Linux 2.4和2.6內核可以作為domain 0。據Xen開發者所說，將來domain 0僅支持2.6的內核補丁。構造domain 0的大部分工作是在xen/arch/x86/domain_build.c中的construct_dom0()方法中實現的。物理設備驅動程序只能運行在特權級，也就是domain 0上。Xen依靠Linux或其他修補過的OS內核對它所管理的設備提供虛擬化支持。這樣的好處就是Xen的開發者不必再去開發設備驅動程序。在一個有標簽TLB的處理器上使用Xen能夠大大提高性能。標簽TLB能夠把ASID(Address Space Identifier)放在TLB入口處。有了這個特性，當處理器在系統管理程序和客戶OS之間切換時就不需要刷新TLB了，這大大減少了系統開銷。
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***區別體現在對I/O設備的處理上
VMware ESX服務器的架構是建立在直接執行(直接在硬件上運行用戶級的虛擬機編碼)和二進制譯碼(對特權級別編碼進行動態編譯)的基礎上，從根本上說，它是把一個完整的x86平臺導出到虛擬機上。ESX服務器可以使大多數能在x86上執行的操作系統都能在虛擬機上運行，而不需要進行任何修改。
Xen的架構中使用了一種Para虛擬化技術(Para Virtualization)，對虛擬出來的客戶操作系統(Guest OS)進行修改，使它知道自己是在虛擬環境下運行。
這兩種方式***的不同就是對I/O設備的處理。虛擬機I/O端口和每個物理I/O端口設備之間如何路由在很大程度上影響了虛擬平臺架構的性能，以及便攜性、可持續性和穩定性。Xen采用的是分離驅動模式，真實驅動存在于一個中間層，這個中間層叫服務虛擬機，其他虛擬機上的特殊驅動通過這個服務虛擬機進行通信。這種方法能提供很好的性能，但是對于傳統操作系統支持有限。
在ESX中，虛擬機的虛擬設備驅動與ESX內核里的物理設備驅動直接相互連接。ESX虛擬機可以為其虛擬設備使用現成的(off-the-shelf)驅動。這不僅能提供高性能，還能提供更廣泛的操作系統支持。然而在這個模型里，新的設備驅動必須導入到ESX內核中。為了解決I/O虛擬化的平衡問題和復雜性問題，戴爾與英特爾、AMD這樣的合作伙伴以及外設硬件供應商一起，在芯片組和I/O設備中引入了虛擬化支持。
企業級虛擬化解決方案的另外一個重要部分就是管理。戴爾Open-Manage這樣的產品附送VMware Virtual Center、P2V和VMIm-porter，提供了整套工具，能有效進行部署、監控、操作自動化，以及對虛擬IT數據中心進行管理。
Novell和Red Hat都在它們的操作系統中整合了對Xen平臺的管理，方法是運用像YaST和Anaconda這樣的安裝和配置工具，以及Virtual Machine Manager這樣的管理工具。
服務器虛擬化管理解決方案
通過VMware虛擬化技術，某企業信息中心將一臺物理服務器分割成多個相互隔離獨立的"虛擬環境"(以下簡稱VM)，確保各部門間的應用及數據完全隔離，增強了服務器的利用率。
1. 利用虛擬化技術進行服務器整合，全面提高服務保障水平。
2. 利用虛擬化技術進行統一管理維護，極大降低了管理工作量。
服務器整合改變了基礎設施的復雜現狀，允許管理人員使用VMware集中管理控制臺對多臺服務器進行集中管理。同時各部門也可以利用VMware用戶控制面板對單個VM進行管理維護，進行諸如啟動、停止、重啟、備份、恢復及遠??、靈活的集中管理模式將使管理員從簡單機械的重復操作(如重裝系統)中解脫出來，極大地降低了管理工作量。
3. 降低單點故障，提高服務保障水平。
服務器合并后降低了所需要管理的物理服務器數目，降低了單點故障率，與之對應的是管理、維護工作量的極大下降。信息中心的管理人員可以有更多時間管理有限的幾臺服務器，確保所有應用服務全天候正常運轉，從而提高了服務保障水平。
4. 提高資源利用率，改善資源分配。
利用VMware虛擬化技術，信息中心可以按照不同應用所需的不同資源，動態地對物理服務器進行虛擬分區，提供最合適的虛擬環境(即VM)，極大地提高了每臺服務器的利用率，也使得資源分配更加合理。虛擬環境的大量使用，改變了以往在單臺服務器上只能部署單個應用的弊病，而利用虛擬環境(VM)的安全隔離特性，完全實現了應用程序隔離的目的，***程度地保障了多用戶環境下的數據安全。
5. 降低備份/恢復的成本。
方案部署后，所有應用全部運行在虛擬環境(VM)中，完全實現了軟硬件的隔離。VMware還真正實現了零宕機遷移技術，可將遷移工作對業務的影響降低為零。無需使用昂貴的專用存儲設備，僅采用備份現有虛擬環境(VM)或進行VM整體遷移，就可以實現高質量備份/恢復方案。
通過部署VMware虛擬化技術，信息中心改善了基礎設施的管理方式，極大降低了管理工作量，節約了服務器管理和維護成本。除了降低單點故障可能性外，還緩解了因資源利用率不高而導致的整體資源緊張問題，增強了數據安全性和災難恢復能力。
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虛擬化一路走來
盡管虛擬化技術只是在近年才變得火爆，但是虛擬化卻有著悠久的歷史。早在20世紀60年代，IBM公司就發明了一種操作系統虛擬機技術，允許用戶在一臺主機上運行多個操作系統，讓用戶盡可能地充分利用昂貴的大型機資源。
最早使用虛擬化技術的是IBM 7044 計算機。此后，IBM在20世紀60年代還開發了型號為Model 67的System/360主機。Model 67主機通過虛擬機監視器(Virtual Machine Monitor)虛擬所有的硬件接口。1965年，IBM公司的"M44/44X"計算機項目，定義了虛擬內存管理機制，用戶程序可以運行在虛擬的內存中，對于用戶來說，這些虛擬內存就好像一個個‘虛擬機'，為多個用戶的程序提供了獨立的計算環境。
IBM提出的虛擬機技術，使一批新產品涌現出來，比如IBM360/40、IBM360/67以及VM/370，這些機器在當時都具有虛擬機功能，通過一種叫VMM(虛擬機監控器)的技術在物理硬件之上生成了很多可以運行獨立操作系統軟件的虛擬機實例。
由于虛擬化技術在商業應用上的優勢，RISC(精簡指令集計算機)服務器與小型機成了虛擬化技術第二代受益者。
1999年，IBM公司在AS/400上提出了上"邏輯分區(LPAR)"技術和新的高可用性集群解決方案。在POWER管理程序上運行的AS/400 LPAR，令單臺服務器工作起來如同12個獨立的服務器。而在2002年，IBM 的虛擬化技術又前行一步，其AIX5L v5.2***包括了IBM實現的動態邏輯分區(DLPAR)。DLPAR允許在無需重啟系統的情況下，將包括處理器、內存和其他組件在內的系統資源分配給獨立的分區。這種在不中斷運行的情況下進行資源分配的能力不僅令系統管理變得更加輕松，而且因為能夠更好地使用資源而幫助降低總擁有成本。
不過，盡管惠普、Sun公司也跟隨IBM在自己的RISC服務器上提供了虛擬化技術，但由于真正使用大型機和小型機的用戶還是少數，加上各家產品和技術之間并不兼容，虛擬化技術仍舊不太被公眾所關注。而現在，虛擬化技術的發展已經惠及到了x86處理器架構。
此前，虛擬化技術在x86架構上進展緩慢的主要原因是x86架構本身不適合進行虛擬化，不過這個障礙已經由英特爾、AMD修改，x86處理器的指令集得到解決; 還有一個原因是x86處理器的性能不足，也隨著x86處理器在性能上的飛速提高得到了解決。由于x86架構的廣泛普及，x86架構上的虛擬化技術得到了比以前更大的關注。
x86平臺上虛擬化技術的實現，***向人們展示了虛擬化應用的廣闊前景，因為x86平臺可以提供便宜的、高性能和高可靠性的服務器。更重要的是，一些用戶已經開始配置虛擬化的生產環境，他們需要得到新的管理工具，從而隨著虛擬化技術的發展而得到更大的收益。
不過，與已經有多年歷史的Unix服務器、大型主機上的虛擬化技術相比，x86服務器上的虛擬化仍舊處于早期階段--根據英特爾的藍圖，在處理器當中集成硬件輔助虛擬化指令只是IA平臺上的***步; 而在第二步則要實現I/O(輸入輸出)方面的虛擬化，直到***實現整個IA平臺的虛擬化。也就是說，目前的x86平臺上，僅僅能夠實現在處理器級別的虛擬化，在I/O以及其他方面的虛擬化還需要進一步發展。不僅如此，x86架構上的虛擬化技術還無法***實現虛擬分區之間動態遷移，而這些功能在Unix平臺、大型主機上早已不是問題。目前，x86架構上的虛擬化技術的***規劃是支持8路SMP(對稱多處理)系統，可以實現對單個CPU資源的配置。
自2006年以來，從處理器層面的AMD和英特爾到操作系統層面的微軟的加入，從數量眾多的第三方軟件廠商的涌現到服務器系統廠商的高調，我們看到一個趨于完整的服務器虛擬化的產業生態系統正在逐漸形成。這也使得在過去一兩年時間里，虛擬化開始成為廣受關注的熱點話題。整體看來，隨著計算機新技術的飛速發展，虛擬化的前景和一年前相比幾乎徹底改變了，新的虛擬化平臺前景十分樂觀。
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