IT技术架构-服务器虚拟化（上）

汉无为 2024-03-22 发布于湖北

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本期看点

前期发布的“企业IT管理”为IT建设之路（专业技术篇）第一章，后续章节还会有“IT技术架构”、“应用架构”、“数据架构”、“信息安全”。

IT建设之路专业技术篇预计更新150期，码字不易，欢迎关注不迷路。

本期内容：IT技术架构-IaaS-服务器虚拟化-虚拟化的优点及超融合架构。帮助你的企业根据业务特点部署物理机还是虚拟化、超融合虚拟化。

IT技术架构大纲

1. 技术架构概论
2. IaaS
2.1 数据中心
2.2 网络
2.3 存储
2.4 服务器虚拟化 ←←本文
2.5 容器
3. PaaS
3.1 计算集群
3.2 数据库
3.3 基础办公平台
3.4 VDI
3.5 自动化
3.6 通用开发框架
4. 总结

十年前，大多数企业将每台服务器用于一个特定的任务或者应用程序，这就导致多数服务器在运行计算时只会使用他们整体处理能力的一小部分，不能充分利用服务器的处理能力。每个业务系统都单独配置一台物理机，将会造成很大的浪费。而虚拟化就是重点解决这个问题，管理员可以将多台服务器整合到一台物理服务器中，运行多个虚拟环境，最终将节省物理空间。

服务器虚拟化是一种将物理服务器资源(如CPU、内存、存储等)抽象并转化为多个虚拟服务器(也称为虚拟机)的技术。每个虚拟机都可以运行一个独立的操作系统和应用程序，就像运行在一台真实的物理服务器上一样。但实际上，这些虚拟机都是共享同一台物理服务器的硬件资源。

可以将一个物理服务器划分多个虚拟机，而每一个虚拟机都像是能运行自己的操作系统的单独物理机，再在虚拟机上部署业务系统。每个逻辑计算机可运行不同的操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。

服务器虚拟化技术的核心是一个称为“虚拟机监视器”(或称为“hypervisor”)的软件层。这个层直接运行在物理服务器上，负责管理和分配硬件资源给各个虚拟机。虚拟机监视器确保了每个虚拟机之间的隔离性，以及它们对硬件资源的公平访问。

服务器虚拟化的优缺点

服务器虚拟化技术通过优化资源利用、简化管理、提高业务灵活性、降低成本和增强安全性等多方面的作用，为企业带来了显著的价值。随着技术的不断发展和完善，服务器虚拟化将在未来继续发挥更加重要的作用，推动企业数字化转型的步伐。

——优点——

提高资源利用率：在传统的服务器架构中，每台物理服务器通常只运行一个应用程序。这导致了硬件资源的极大浪费。而通过服务器虚拟化，可以将多个虚拟机部署在同一台物理服务器上，从而充分利用硬件资源，提高资源利用率。

简化管理和维护：部署一台虚拟机比部署一台物理机要快的多，新的虚拟服务器的创建和部署通常以分钟为单位，并且目前很多虚拟化管理平台，已经实现了自动化和自助申请的功能。用户和管理员可以很方便的完成机器的申请。而物理机的采购、安装、业务系统上线通常需要以天为单位。服务器虚拟化使得IT管理员可以通过一个统一的界面来管理和维护多个虚拟机。这不仅简化了管理流程，还降低了维护成本。

提高业务灵活性和可用性：虚拟化技术允许企业快速部署和迁移虚拟机，从而快速响应业务需求的变化。此外，通过虚拟机快照和备份，还可以轻松实现业务的恢复和容灾。当出现故障时，可以减少服务器或应用系统的停机时间，提高了业务系统的可用性。
降低成本、运维更便捷：服务器虚拟化可以显著减少物理服务器的数量，从而降低了硬件采购、部署和维护的成本，减少了数据中心的空间占用需求，降低了供电和冷却成本。此外，通过优化资源利用和提高业务灵活性，还可以降低企业的运营成本。虚拟化技术可以整体提高服务器资源的利用率，服务器计算能力。目前许多虚拟化技术都已经十分成熟，并已经能实现高可用、负载均衡、动态迁移、监控和告警、网络隔离等功能，这对于管理和运维更加便捷。

增强安全性：虚拟机之间的隔离性可以有效防止一个虚拟机中的应用程序或数据对另一个虚拟机造成干扰或损害，从而增强了系统的安全性。同时使使用者对服务器管理变得更加容易和安全
——缺点——

虚拟化也有相应的缺点，虚拟化实施和配置的较物理机复杂性，虚拟化一般需要配置多个网段，如业务网络、存储网络、管理网络等。需要配置外部共享存储，配置FC交换机连接、自动负载等操作。

另外因为虚拟化平台需要采购专业商业授权，价格往往比较贵，对于使用规模较大的企业来说费用较高。虚拟化平台经常面临软件和系统版本更新、漏洞和补丁更新。IT管理员也需要通过对平台不断进行升级，解决不稳定原因和bug等原因。

如果是虚拟化平台升级，还需要考虑系统迁移问题或者停机问题，可能涉及到影响业务影响范围比较大。但是，如果是单台物理机，通常物理机上只集成某个或者几个业务系统，如果涉及到服务器重启和升级，影响的范围也只是局部。虚拟机与物理机相比，IO读写速度和性能有较大的差异，对于高并发的数据库业务系统，企业非常核心的业务系统使用不太适合。

选择物理机还是虚拟化

用户可以根据企业的实际情况进行规划和部署，对于企业非常核心的业务系统。比如生产系统、数据库业务、邮件系统可以考虑使用物理机并考虑冗余的设置。非核心的业务系统，比如开发测试、较低IO访问需求的系统等可以考虑使用虚拟化方式。目前主流的服务器虚拟化技术包含：VMware、微软Hyper-V、 Citrix XenServer、Linux KVM、Xen等产品，企业可以根据自身的实际情况进行选择，并且可以根据实际情况进行混合部署。

超融合架构

定义

超融合基础架构（hyper-converged infrastructure）是一个软件定义的 IT 基础架构，它可虚拟化常见“硬件定义”系统的所有元素。

超融合架构包含的最小集合是：虚拟化计算（hypervisor），虚拟存储（SDS）和虚拟网络。传统业务方式是按照不同的应用需求，申请对应的IT硬件资源，然后分配对应的服务器。然而超融合就像是一个“盒子”，这个“盒子”将应用服务器的计算、存储、网络资源重新构造在一起。并且通过软件定义将所有资源进行关联，而用户只需根据实际需求，进行申请使用资源。

超融合架构是一场技术变革

超融合基础架构作为近几年IT基础架构领域最重要变革技术之一，已经为越来越多客户所了解。部分的企业已经将超融合架构尝试应用于各种业务场景。

超融合和原有架构差异较大。传统架构下的计算资源和存储资源是分离的，服务器需通过SAN交换机与存储设备连接获取存储空间。超融合技术改变了传统服务器、存储、网络相互孤立的基础架构，实现计算资源、存储资源和网络资源的统一融合，每一台超融合节点单元可同时提供计算资源和存储空间。

超融合架构采用软件定义的体系结构，不再依赖于硬件,计算、存储、网络完全虚拟化并由软件控制。服务器和存储得到了统一的部署和管理，并为整个虚拟化体系提供了简单、通用的管理和自动化平台。

选择超融合其实是选择一种对效率的提升方式，超融将存储、网络、计算融合在一起以保证数据计算存储传输的高效一致性。如需扩容只需增加节点、模块即可，这解决了业务发展、业务规模、IT维护与规模投资等不确定性带来的成本风险。

传统架构向超融合架构过渡

从传统架构向超融合过渡，用户并不必须替换原有的服务器品牌或者虚拟化平台，只需调整存储架构和设置。两者最大的区别是，传统架构使用的是传统SAN或者NAS存储，超融合架构使用的是分布式存储。并且可以很好地基于X86服务器构建一个易扩展、高可靠的存储资源池，这是超融合的基础，也是核心技术点。并且超融合在可靠性、性能方面架构优势非常明显，另外超融合节省了IT资源、降低了设备能耗。

超融合架构缺点

当然超融合也有缺点，超融合硬件选择会更加严格，与典型的融合架构不同，一些超融合系统需要企业组织将所有硬件和软件一起购买，并期望该集群内的节点相同。这限制了在升级或扩展期时系统的灵活性。另外，超融合部署架构复杂，同一集群对服务器配置要求比较苛刻，不支持异构节点。另外超融合对技术运维要求较高，运维人员需要较为全面的技术知识。