服务器虚拟化的未来之路

——2011-02-23 08:59来源：互联网周刊作者：豆瑞星　　
　　移动互联网和物联网的蓬勃发展，使得相关企业特别是运营商的后台数据压力明显增大，预计2011年，在巨大的市场需求带动下，服务器虚拟化将呈现出更加精彩的发展局面。
　　过去的一年是服务器市场由冷转暖的一年。去年中国GDP增长10.3%，摆脱了金融危机的阴霾，经济企稳回升并加速增长，IT市场也随之重新变得活跃起来。IDC统计数字显示，2010年上半年的服务器出货量达到431,153台，与去年同期相比增长率高达25.2%，绝大多数的服务器用于扩展或改造用户的数据中心。
　　购买新的服务器自然可以缓解数据压力，但是更重要的还是要提高服务器的利用效率。虚拟化技术被认为是最有效的IT资源管理技术，通过对数据中心中服务器、存储设备等信息化资源的优化和管理，虚拟化技术能够有效的提高系统使用效率，减轻空间、供电和冷却等各方面的压力。因此，2010年也是服务器虚拟化技术被更广泛应用的一年。
　　移动互联网和物联网的蓬勃发展，使得相关企业特别是运营商的后台数据压力明显增大，预计2011年，在巨大的市场需求带动下，服务器虚拟化将呈现出更加精彩的发展局面。

　　前世今生
　　服务器虚拟化不是一个新名词，上个世纪60年代就已出现，那时服务器只能执行简单的任务，服务器的数量增长很快，但是利用率却非常低，导致计算资源的浪费。虚拟化就是为了实现一种更加经济有效的利用服务器的办法。虚拟化是一个抽象层，它将物理硬件和操作系统分开，从而提供更高的IT资源利用率和灵活性。虚拟化允许具有不同操作系统的多个虚拟机在同一物理机上独立并行运行，每个虚拟机都有一套自己的虚拟硬件，可以在这些硬件中加载操作系统和应用程序，这样一台服务器的功能就被大大的拓展了。
　　虚拟化在大型机系统上已经运行了很多年，最初运行在z/VM、OS/390、z/OS的IBM大型机，后来又运行到IBM的iSeries和pSeries平台，以及惠普的HP9000和Integrity产品上。随着微型计算机和PC实现了更经济有效的方式来分配计算能力，20世纪80年代，虚拟化技术的使用范围大大缩小。到90年代，有人开始探索如何利用虚拟化技术解决一些新问题，例如服务器管理成本不断上升、易受攻击等，虚拟化技术的发展进入了一个新的阶段。
　　虚拟化被广泛接受缘于其在x86服务器上的普及，不过最初使用虚拟化技术的并不是x86服务器，而是IBM7044计算机。IBM在上世纪60年代开发了型号为Model 67的System/360主机，该主机通过虚拟机监视器虚拟所有的硬件接口。虚拟机监视器运行在底层硬件上，允许执行多个虚拟机，每一个虚拟机运行自己的操作系统，这是服务器虚拟化的最初形态。
　　后来虚拟化扩展到RISC服务器和小型机，RISC服务器与小型机通过IBM在1999年提出的逻辑分区的概念，发展成动态逻辑分区(DLPAR)技术，使得在不中断运行的情况下进行资源分配，不仅令系统管理更加轻松，而且更好地使用资源降低总成本。在这样的商业背景下，惠普和SUN等厂商也应用虚拟化技术到自己的服务器产品线，但是由于主要是针对于大型机和小型机用户，价格上的壁垒导致虚拟化技术并没有得到有效的普及。直到虚拟化技术应用在x86服务器上，虚拟化技术在服务器领域才得到了广泛的应用。
　　两大原因促成了这一局面。英特尔、AMD修改了x86处理器的指令集，相继宣布将推出内建虚拟技术的处理器，以实现硬件辅助虚拟化；同时x86服务器本身的性能也有巨大的提高，使得虚拟化技术随着x86服务器的快速普及而得到了广泛应用。虚拟化技术走出历史舞台，进入到一个趋于完整的服务器虚拟化的产业。
　　其实业内在什么是服务器虚拟化上还没有一个确切的定义，不同的厂商有不同的理解，但是广义上讲，虚拟化是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行，虚拟化技术可以扩展硬件的容量，简化软件的重新配置过程。虚拟化技术将服务器物理资源抽象成逻辑资源，让一台服务器变成几台甚至上百台相互隔离的虚拟服务器，或者让几台服务器变成一台服务器来用，从而提高计算资源的利用率。

　　弊端的一面
　　服务器虚拟化好处多多，不仅可以提高服务器计算资源的利用效率，降低企业的IT成本，还有助于提升服务器的稳定性。不过虚拟化也带来了不少问题。首先并不是所有的服务器都适用虚拟化技术。服务器的虚拟化在提高服务器利用率的同时，也加大了服务器本身的损耗。虚拟化的应用程序运行效率差异很大，有的能够做到接近原始物理环境下运行的效率，有的则低劣到终端用户所难以接受的程度。那些像大数据库系统或者微软的Exchange应用，需要占用大量的I/O和内存资源，并不适合实施虚拟化技术。
　　还有安全问题，进行虚拟化改造就必须将原来运行不同操作系统的大量物理机迁移到虚拟机上，在迁移的过程中有可能导致数据的遗失，并且影响现有业务的运作。一台物理机部署多台虚拟机之后，其承担的任务将会明显加重，一旦出现点击故障，如果不能及时恢复将给企业带来灾难性的后果。
　　企业部署虚拟化，整个网络架构变动很大。当多台虚拟服务器上线运行后，它们之间的网络如何被相互隔离，它们采用什么样的方式来彼此通信，如何保证这些通信不被侦听都是随之而来的问题。尚未进行服务器虚拟化之前，企业可以在前端的防火墙设备上设置多个隔离区，针对不同功能的服务器套用合适的存取规则进行管理，如果有服务器不幸遭到攻击，危害通常也仅局限在单一个DMZ区之内，不容易对所有运作中的服务器都造成影响。虚拟化之后，所有的虚拟机器很可能就集中连接到同一台虚拟平台，与外部网络进行通讯。在这种架构之下，原本可以透过防火墙采取阻隔的防护就会消失不见，届时只要一台虚拟机器发生问题，安全威胁就可以透过网络散布到其它的虚拟机器。
　　还有管理问题，使用虚拟化技术必须防止数据被窃取，因为虚拟机只是存储在实体硬盘的几个文件，一旦有办法取得存取硬盘扇区的权限，就能将这些文件复制到其它装置，然后从企业内部流出。因此必须采取一系列措施避免这一情况的发生，相应的必然会增加管理的难度和成本。而且虚拟化割断了硬件与软件之间的联系，安全人员将看不到他们的网络安全设备背后究竟发生了什么，会给基础设施管理带来混乱。 　由于每台虚拟机对应一个固定的逻辑卷，那么哪台虚拟机对应哪条逻辑卷需要管理员自己去找。如果虚拟机的数量非常多，管理员就要非常辛苦的一个一个的找到对应的逻辑卷，而虚拟机又是不断迁移的，管理员千辛万苦找到了虚拟机与物理机以及存储逻辑卷的映射表，可是有几台虚机迁移了，跑到别的物理机上，管理员又得重新来过，疲于奔命，还不一定能做到虚拟机和逻辑卷的实时对应。
　　虚拟化还需要其他基础设施的配套，例如供电和制冷设施。虚拟化提升了服务器的处理能力，也由此带来了更大的电力消耗，同时负载在不同虚拟机之间的移动会带来电力需求的波动，很容易造成电力过载，因此必须确保现有的供电和制冷基础设施足以应对这种高密度计算环境。而现有的绝大多数传统的制冷基础设施是基于完全静态的密度设计，并不适用于高密度热负载不断迁移的虚拟化环境。企业很可能需要因此购买新的供电和制冷设备，增加支出。
　　服务器虚拟化之后，其高密度热点是不断移动的，因为虚拟化环境下，应用程序动态的启动并终止，在服务器之间移动，机房中的热密度不仅随时间在变化，其位置也在变化。无论是从容量上还是从位置上，房间级制冷系统均无法探测到这些变化，并根据不断变化的密度自动调整制冷，满足其制冷需求。所以传统的方法只能通过不计成本的过度制冷整个机房来应对这些移动的热点，这无疑将导致制冷设施的过度支出和资源的浪费。

　　未来之路
　　2011年，服务器虚拟化将致力于解决目前存在的关键问题，同时也将抓住新的发展机遇，例如云计算。2011年，服务器将呈现出以下的发展趋势：
　　1）备份、恢复和实时迁移工具更加完善。在物理机和虚拟机以及虚拟机之间进行迁移是管理员常常执行的任务，如果缺乏可靠便捷的迁移工具，这一任务将变得困难，并且很可能出现错误，因此对一些特定迁移工具的完善将是虚拟化厂商在2011年的工作重点之一。
　　2010年有不少厂商推出了新的迁移工具，例如甲骨文公司推出Oracle Tuxedo Application Runtime for CICS and Batch 11g和Oracle Tuxedo Application Rehosting Workbench 11g，这些新产品提供运行环境和迁移工具，可通过提供标准化的API仿真和工具，使代码和数据迁移自动化，从而加速大型机迁移项目的进行，并降低项目的成本和风险。甲骨文公司软件开发副总裁Frank Xiong在接受本刊采访时表示：“尽管与目前的大型机部署相比，虚拟化可明显节省成本，但是一些企业可能在迁移问题上仍然会犹豫不决，因为迁移项目本身蕴含极高的复杂性和风险。我们的目标是加速并简化迁移。”
　　2011年，迁移工具改善的空间还很大，特别是在自动化迁移上，手动维护和管理成百上千台主机是一件费时又费力的工作，自动化迁移是虚拟化必需的技术，也是2011年虚拟化技术的一个热点所在。
　　2）硬件辅助虚拟化的进一步跟进。服务器的虚拟化不仅包括软件如操作系统的虚拟化，更需要硬件虚拟化的配合。硬件厂商必须在硬件上作出一定的改动，才能让软件虚拟运行得更好更快，例如虚拟化在x86服务器上的普及，就得益于英特尔、AMD修改了x86处理器的指令集，使得服务器的芯片更有利于虚拟化的操作。不过尽管单核心x86 CPU都能实现对硬件虚拟技术的支持，但是在双核心、多核心时代，硬件虚拟技术所展现的魅力才更为惊人。由于主流软件不可能都为双核心CPU优化，因此在双核心CPU平台上通过硬件虚拟技术运行多套操作系统，这样就能最大限度地发挥出双核心CPU的潜力。
　　硬件辅助虚拟化的发展已经经过了三个阶段，第一阶段是处理器的虚拟化支持，即英特尔的VT-X和AMD的AMD-V；第二阶段为内存的虚拟化支持，即由硬件来辅助解决繁重的内存映射（Memory Mapping）工作；第三阶段为IO的虚拟化支持，包括IOMMU和VT-D。通过提供一个灵活统一的架构，不同产品采用同一个VMM结构来支持结合不同虚拟技术的虚拟环境。2011年，预计在硬件辅助虚拟化上还会有新的进展。
　　3）借势云计算。目前云计算成为整个IT行业的发展趋势，服务器虚拟化是对云计算的有力支持。为了提供“按需使用，按使用付费”服务模式，云计算供应商必须利用虚拟化技术。因为只有利用虚拟化，他们才能获得灵活的基础设施以提供终端用户所需的灵活性。云计算和虚拟化技术可以实现优势互补，云计算解决方案依靠并利用虚拟化提供服务，而那些尚未部署云计算解决方案的公司仍然可以利用端到端虚拟化从内部基础设施中获得更佳的投资回报和收益。
　　知名虚拟化厂商红帽曾对媒体阐述了其未来的云计算发展战略：第一步是提高数据中心虚拟化程度；第二步是帮助客户在虚拟化的基础上添加相关服务，也就是搭建私有云；第三步是利用公共云平台资源进行按需分配，也就是一种按需式的云服务。可见虚拟化技术实是云计算的基础性支持技术。
　　高科技咨询公司CIMI的首席执行官汤姆·尼勒认为虚拟化技术的三项基本使命——作为客户端技术，作为服务器技术和作为网络技术，如今正在围绕云计算理念相结合在一起。2011年将是云计算真正实现落地的一年，服务器虚拟化大有可为。
　　4）中小企业会成为普及的重点。伯顿咨询公司的分析师克里斯·沃尔夫曾经表示，服务器虚拟化对服务器数量在50台以上的企业来说绝对是不二的选择，在这种应用环境下，在8到18个月内实现投资回报是轻而易举的事。但是对多数服务器数量小于20台的中小企业来说，实施虚拟化就会得不偿失。因此服务器虚拟化在中小企业中一直没有得到普及。
　　但是随着时间的推移，服务器虚拟化的技术和成本都在发生着变化，如今中等规模的企业，甚至是只有几台服务器的小型企业用户也能从虚拟化部署中受益。服务器虚拟化厂商也在针对中小企业推出专门的虚拟化解决方案，例如微软Hyper-V 就是面向中小企业的一种虚拟化解决方案。