任务1.1 认识服务器虚拟化
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任务说明
虚拟化技术很早就在计算机体系结构、操作系统、编译器和编程语言等领域得到广泛应用。该技术实现了资源的逻辑抽象和统一表示，在服务器、网络及存储管理等方面都有着突出的优势，大大降低了管理复杂度，提高了资源利用率，也提高了运营效率，从而有效地控制了成本。由于在大规模数据中心管理和基于互联网的解决方案交付运营方面有着巨大的价值，服务器虚拟化技术受到人们的高度重视，人们普遍相信虚拟化将成为未来数据中心的重要组成部分。
任务分析
本任务的主要内容是理解服务器虚拟化的基本概念，弄清企业为什么要实施服务器虚拟化，以及当前流行的企业级虚拟化解决方案。
任务实施
第1步：理解服务器虚拟化的体系结构。
目前，企业使用的物理服务器一般运行单个操作系统，随着服务器整体性能大幅度提升，服务器的CPU、内存等硬件资源的利用率越来越低。另外，服务器操作系统难以移动和复制，硬件故障会造成服务器停机，无法对外提供服务，导致物理服务器维护工作的难度很大。物理服务器的体系结构如图1.1.1所示。
图1.1.1 物理服务器的体系结构
使用服务器虚拟化，可以在一台服务器上运行多个虚拟机，它们共享同一台物理服务器的硬件资源。每个虚拟机都是相互隔离的，这样可以在同一台物理服务器上运行多个操作系统及多个应用程序。服务器虚拟化的体系结构如图1.1.2所示。
图1.1.2 服务器虚拟化的体系结构
虚拟化的工作原理是直接在物理服务器的硬件或主机操作系统上运行一个被称为虚拟机管理程序（Hypervisor）的虚拟化系统。通过虚拟机管理程序，多个操作系统可以同时运行在单台物理服务器上，共享服务器的硬件资源。
虚拟机管理程序一般分为两类：第一类虚拟机管理程序直接运行在硬件上，也称为裸金属架构（Bare Metal Architecture）；第二类虚拟机管理程序则需要主机安装操作系统，由主机操作系统负责提供I/O设备支持和内存管理，也称为寄居架构（Hosted Architecture）。常见的第一类虚拟机管理程序包括VMware ESXi、微软Hyper-V、开源的KVM（Linux内核的一部分）和Xen等，常见的第二类虚拟机管理程序包括VMware Workstation、Oracle VM Virtual Box和QEMU等。
第2步：理解虚拟化与传统物理服务器的区别。
物理架构存在的问题：难以复制和移动、受制于一定的硬件组件、生命周期短、物理服务器的资源利用率低。
服务器虚拟化是将一台物理服务器虚拟成多台虚拟服务器。虚拟服务器由一系列的文件组成。
与物理机相比，虚拟机最大限度地利用物理机的资源；节省能耗；更方便地获取计算资源；与硬件无关，虚拟机都是文件，方便迁移、保护；生命周期更长，不会随着硬件变化而变化；根据需求的变化，非常容易更改资源的分配；包括更多高级功能，如在线的数据、虚拟机迁移，高可用，自动资源调配，云计算，减少整体拥有成本（管理、维护等）。
在传统应用中，每个应用（或项目）运行在单独的物理服务器中，每个物理服务器只跑1个网站或运行1个项目。在大多数的政府、企业中，单台服务器大多配置了1个CPU、2～3个硬盘作为RAID1或RAID5，单电源，单网络（服务器2块网卡或4块网卡只用一块）。而在虚拟化项目中，虚拟化主机服务器大多配置2～4个CPU，6～10个甚至更多硬盘作为RAID5、RAID50或RAID10，2～4个电源，4个或更多的物理网卡冗余。虚拟化中每台服务器都有冗余，在服务器中的单一网卡、硬盘、电源，甚至CPU出现问题时都会有冗余设备接替。另外，在虚拟化项目中，通常采用共享的存储，虚拟机保存在共享的存储中，即使某台主机完全损坏，运行在该主机上的虚拟机也会在其他物理主机上启动，保证业务系统不会中断。
第3步：了解企业实施服务器虚拟化的优点。
使用服务器虚拟化，可以降低IT成本，提高服务器的利用率和灵活性。使用服务器虚拟化的原因包含以下几个方面。
（1）提高服务器硬件资源利用率。通过服务器虚拟化，可以使一台服务器同时运行多个虚拟机，每个虚拟机运行一个操作系统。这样，一台服务器可以同时对外提供多种服务。服务器虚拟化可以充分利用服务器的CPU、内存等硬件资源。
（2）降低运营成本。使用服务器虚拟化，一台服务器可以提供原先几台物理服务器所提供的服务，明显减少了服务器的数量。服务器硬件设备的减少，可以减少占地空间，电力和散热成本也会大幅度降低，从而降低运营成本。
（3）方便服务器运维。虚拟机封装在文件中，不依赖物理硬件，使虚拟机操作系统易于移动和复制。一个虚拟机与其他虚拟机相互隔离，不受硬件变化的影响，方便服务器运维。
（4）提高服务可用性。在虚拟化架构中，管理员可以安全地备份和迁移整个架构，不会出现服务中断的情况。使用虚拟机在线迁移可以消除计划内停机，使用 HA （High Availability，高可用性）等高级特性可以从计划外故障中快速恢复虚拟机。
（5）提高桌面的可管理性和安全性。通过部署桌面虚拟化，可以在所有台式计算机、笔记本电脑、瘦终端、平板电脑和手机上部署、管理和监控云桌面，用户可以在本地或远程访问自己的一个或多个云桌面。
第4步：了解当前流行的企业级虚拟化解决方案
目前流行的企业级虚拟化厂商及其解决方案包括VMware vSphere、微软Hyper-V、Red Hat KVM、Citrix Xen App等。
（1）VMware vSphere：VMware（中文名为“威睿”）是全球数据中心虚拟化解决方案的领导厂商。VMware vSphere是VMware推出的企业级虚拟化解决方案，vSphere不是一个单一的软件，而是由多个软件组成的虚拟化解决方案，核心组件包括 VMware ESXi、VMware vCenter Server等。除了VMware vSphere，VMware还有很多其他产品，包括云计算基础架构产品VMware vCloud Suite、桌面与应用虚拟化产品VMware Horizon View、个人桌面级虚拟机VMware Workstation等。
（2）微软Hyper-V：Hyper-V是微软推出的企业级虚拟化解决方案，微软在企业级虚拟化领域的地位仅次于VMware。微软从Windows Server 2008开始集成了Hyper-V虚拟化解决方案，到Windows Server 2019的Hyper-V已经是第六代，Hyper-V是Windows Server中的一个服务器角色。微软还推出了免费的Hyper-VServer，其实际上是仅具备Hyper-V服务器角色的 Server Core 版本服务器。微软在 Windows 8 之后的桌面操作系统中也集成了Hyper-V，仅限专业版和企业版。
（3）Red Hat KVM：KVM（Kernel-based Virtual Machine，基于内核的虚拟机）最初是由以色列 Qumranet 公司开发的，在2006年，KVM 模块的源代码被正式接纳进入 Linux Kernel，成为Linux内核源代码的一部分。作为开源Linux系统领军者的Red Hat公司，也没有忽略企业级虚拟化市场。
2008年，Red Hat收购了Qumranet公司，从而拥有了自己的虚拟化解决方案。Red Hat在Red Hat Enterprise Linux的6.x和7.x中集成了KVM，另外，Red Hat还发布了基于KVM的RHEV（Red Hat Enterprise Virtualization）服务器虚拟化平台。
（4）Citrix Xen App：Xen是一个开源虚拟机管理程序，于2003年公开发布，由剑桥大学在开展“Xeno Server范围的计算项目”时开发。依托于Xeno Server项目，一家名为Xen Source的公司创立，该公司致力于开发基于Xen的商用产品。2007年，Xen Source被Citrix收购。Citrix 即美国思杰公司，是一家致力于移动、虚拟化、网络和云服务领域的企业，产品包括Citrix Xen App（应用虚拟化）、Citrix Xen Desktop（桌面虚拟化）、Xen Server（服务器虚拟化）等。目前，Citrix公司的桌面和应用虚拟化产品在市场中占有比较重要的地位。