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使用Intel虚拟化技术和Virtual Server 2005降低技术成本

简介

各行业中的不同规模的组织,都在不断地寻找通过节约时间和金钱的方法,以改善财务业绩。在寻找方法促使业务流程更高效和自动化的方式时,技术往往是人们首先探讨的目标。

技术已经出现在业务流程的方方面面,服务器也随之跨越组织大量部署,但这些服务器的平均使用率往往是比较低的。而另一方面,所有这些服务器的支持成本,包括供电、冷却、更新和其他维护,通常都是相当高的。服务器使用率是非常关键的,无论是5%还是70%,较低的利用率就会进一步增加服务器的总体拥有成本(TCO)。

因此也就不难理解,为何那么多的组织都热衷于通过技术手段降低成本。其中,最主要的一种方法就是服务器虚拟化。服务器虚拟化技术最吸引组织的原因是,该技术可以提高服务器的利用率,同时提高IT的响应速度。简而言之,虚拟化技术可以让组织快速缩减数据中心的规模,并将以往服务器的设置时间由数天甚至数周降低到数分钟。

虚拟化技术通过软件在普通服务器硬件上创建多个执行环境,为企业实现这些利益,使多个不同的操作系统同时运行在一台服务器的多个虚拟机中。微软已经开发了Microsoft Virtual Server 2005 R2 SP1,将服务器虚拟化技术迁移到Microsoft Windows Server2003 R2平台上。Virtual Server 2005 R2 SP1可以在Microsoft.com上获得免费下载,该产品可改善硬件的利用率和管理能力,并可从微软公司获得端到端的支持。

服务器上可以安装操作系统的数量限制,实际上取决于服务器本身的能力。尤其是Virtual Server宿主可以同时运行操作系统的数量,主要由服务器的处理器、内存、磁盘存储,以及运行在虚拟机中操作系统的工作负载决定。

安装在虚拟机中的服务器和物理服务器一样都要求同样的资源,由于企业采用了虚拟化,并且部署的虚拟机越来越多,Intel已经为此提供了专用的客户端和服务器平台解决方案。Intel针对基于Intel产品的服务器和客户端平台,开发了一系列的硬件增强技术,这就是Intel虚拟化技术。Intel虚拟化技术可以改善传统软件虚拟化解决方案中的处理器和I/O性能,通过一种叫做"硬件辅助虚拟化"的技术,直接给虚拟机提供更好的性能。

Virtual Server 2005 R2的Service Pack 1(SP1)中包含了一项新功能,可充分利用Intel的硬件辅助虚拟化技术改善虚拟机性能。如果安装Virtual Server 2005 R2 SP1的服务器包含支持Intel虚拟化技术的硬件,那么虚拟机就可以越过Virtual Server的仿真处理器,直接访问物理处理器。

在Virtual Server 2005 R2 SP1中运行的虚拟机,如果构建在Intel硬件辅助虚拟化技术平台上,则可以带来直接的业务收益。例如,提升的性能让物理服务器可以容纳更多的服务器和服务,进而提升虚拟化硬件利用率,并缩减数据中心的规模。硬件利用率方面的改善和数据中心的优化,可以实现更好的TCO。

虚拟化技术的收益还可以扩展到不同场景中。事实上,虚拟化技术的低成本和灵活性也可以促进业务采用新的方案。组织可以通过服务器整合方案,通过虚拟化技术,减少服务器的使用数量。将多台物理服务器整合到一台服务器上的虚拟机中,可以消除硬件利用率低的问题,同时还可以维持服务器与其配置信息的完整性。

另一种比较吸引人的方案是灾难恢复。灾难恢复通常都是非常昂贵的工作,尤其是对于拥有成百上千台服务器的大型组织。所有完整的灾难恢复解决方案的开发、部署、支持和测试工作都需要投入大量时间、成本和后勤保障。组织可能会制定昂贵的灾难恢复计划,但限于时间和成本的因素,却只能实施计划的一部分。另外,灾难恢复计划也有可能是纯理论化的-从来没有用实际方法进行实施或测试过的。

虚拟化技术有助于克服灾难恢复技术带来的大部分困难。虚拟机可以最小化恢复环境的硬件需求。Virtual Server将每台虚拟机封装为文件,所以这些虚拟机都非常便携,易于部署和快速回滚。这些都有助于灾难发生后,减缓快速测试以及快速恢复的压力。对于组织来说,这往往意味着大量的节约。

最后一个需要考虑的方案是分支办公室,在这样的办公室中员工比较少,甚至根本没有IT人员负责支持业务运转所需的技术问题。通过使用虚拟机,服务器(甚至有可能包含工作站)都可以被整合到一台服务器上,这就降低了硬件支持需求。如果出现问题或需要更新,从中央位置就可以将解决方案部署到服务器上,完全不需要任何到场协助。同样,还可以集中配置、部署和管理小范围的灾难恢复解决方案,以保证分支办公室的连续性。

通过配合Intel虚拟化技术使用Virtual Server 2005 R2 SP1,上述这些方案的实践都可变为可能,甚至还可以进一步提升Virtual Server宿主服务器的性能、可靠性以及效率。在本白皮书中,我们将探讨如何配合使用Virtual Server 2005 R2 SP1以及Intel虚拟化技术,形成一个虚拟化平台,从而降低总体拥有成本。

Virtual Server 2005 R2 Service Pack 1

微软多年来始终致力于虚拟化技术的研究工作,包括储存虚拟化,应用程序虚拟化, 以及最近发布的服务器虚拟化,Microsoft正在多个领域不断增加对虚拟化技术的研发力度,并发布了应用程序虚拟化解决方案,改善了现有的服务器虚拟化技术。

近几年来,虽然业界有多种服务器和工作站虚拟化解决方案,但只有最近发布的技术才可以利用硬件虚拟化,支持同时运行多个操作系统。因此,如今虚拟化技术的使用更为广泛。微软针对目前的需求开发了Virtual Server,一个针对Windows Server 2003 R2的虚拟机解决方案。

Virtual Server的核心是简化的虚拟机虚拟磁盘(VHD)文件格式,该格式可以将虚拟机封装到一个单独文件中,使虚拟机可以更方便也更便携。微软还提供了VHD映像格式说明文档,并将其纳入开放规格承诺书(OSP)。OSP促进微软专利技术更广泛的使用,并有助于促进相关规格更广泛的使用。通过在开放规格承诺书的标准下让VHD映像格式规格可以被免费使用,用户和合作伙伴将意识到通用的Microsoft VHD格式标准的价值。

自从发布以来,Virtual Server通过更新不断改善性能和易用性。Virtual Server 2005 R2 Service Pack 1中包含了更多重要的新功能,包括兼容Intel虚拟化技术以及提供硬件辅助虚拟化。Virtual Server通过一种相当简单的方式使用Intel虚拟化技术:如果硬件辅助虚拟化可以使用,Virtual Server默认就会直接使用它。如果系统管理员不希望使用该功能,可以将其禁用。

SP1中的其他新功能还包括对卷影副本服务(VSS)的支持,该服务可以捕获存储卷的时点快照,而对VSS的支持意味着宿主服务器的卷影副本中,将会包含该宿主上针对虚拟机捕获的快照,这可以简化和加速备份流程,更易于灾难恢复。

SP1中还包含了脱机VHD加载功能,可以让您像浏览普通存储卷那样浏览没有使用的VHD文件。这样管理员更容易地获得所需的文件,不需要启动每台虚拟机,就直接针对VHD部署脚本和执行病毒扫描。

未来,微软公司其他的虚拟化技术会通过基于Windows的hypervisor,将虚拟化直接集成到操作系统中。这个功能也就是著名的Windows 服务器虚拟化,该产品将会在服务器操作系统的下一个版本中提供,同时可以进一步提高性能和可缩放性。Windows 服务器虚拟化技术也使用VHD格式,这让目前已经在虚拟化领域进行的所有投资得以保存。

最值得称道的是,Virtual Server可以免费从Microsoft.com下载,而且Windows Server还针对虚拟机提供更合理的授权。带有Windows Server 2003 R2 Enterprise Edition授权的服务器,包含有使用四个虚拟化Windows Server实例的权利,而Windows Server 2003 R2 Datacenter Edition则针对每台授权的服务器,提供不限数量的虚拟实例。

Intel虚拟化技术

Intel虚拟化技术通过专门的硬件,改善了性能的同时,最小化软件虚拟化解决方案的延迟。这个Intel架构的拓展将在如下几个方面帮助组织:

l  降低实施服务器虚拟化解决方案的成本和风险。

l  改善虚拟机中运行的应用程序的可靠性、可用性以及安全性。

l  改善与早期软件之间的互操作性。

Intel虚拟化技术还可简化虚拟化软件的开发,从而促进更快速度的创新。Intel已经和微软以及其他软件开发商合作,加速下一代虚拟化软件的交付,以充分利用新架构的增强特性。

Intel基于Intel虚拟化技术进行研发,不断增强Intel Architecture(IA)平台的性能,以将传统的性能壁垒转换为全面系统化的虚拟化环境,从服务器到客户端,再到嵌入式系统,最终将虚拟化功能实施于所有的系统类型。而无处不在的虚拟化能力,又会刺激新技术的创新。

当然,将这一目标变成现实还存在一些障碍:传统的IA架构并不适用于直接共享处理器或其他平台资源,因此需要使用软件进行复杂的工作,以成功部署虚拟化。要克服这些障碍,Intel需要识别出不同基于IA并且支持虚拟化技术的系统,然后对硬件架构进行扩展以解决问题。结果是Intel虚拟化技术,一个针对于Intel处理器以及平台架构提供的多代扩展系列,为虚拟化技术提供了虚拟的硬件基础,并为所有类型的基于IA架构的系统建立了通用基础架构。Intel虚拟化技术全面的实用性使得服务器、客户端以及嵌入式系统下新的应用成为可能,并提供了改善系统可靠性、管理能力、安全性以及实时服务质量的新方式。

任何新硬件架构的成功,高度依赖于将新功能投入使用的系统软件。Intel虚拟化技术已经被集成入Virtual Server,为基于Intel Xeon处理器的结构虚拟化提供硬件支持。

当前Intel虚拟化技术架构扩展

基于多核Intel Xeon处理器或者 Intel虚拟化技术架构(VT-x)的Intel虚拟化技术架构,为32位和64位虚拟化环境提供支持。VT-x为虚拟化环境中软件所遇到的挑战提供了硬件辅助的解决方案,这样就可以在开发支持一系列遗留和新操作系统的同时,维持高性能的虚拟化软件的开发。在发布Service Pack 1后,Virtual Server 2005 R2也为VT-x提供了扩展支持。

因为Intel Xeon处理器原本主要是为了运行分配有独占运行特权的单一操作系统,因此类似Virtual Server之类的虚拟机软件都需要使用复杂的代码为运行在虚拟机中的操作系统提供虚拟的处理器特权。VT-x避免了需要使用复杂的代码提供虚拟化的处理器特权的需求,VT-x可为虚拟机中的托管操作系统直接提供所需特权,不仅可以让托管操作系统正常运行,还可以让操作系统相比没有VT-x时更有效率。

数年来,Intel架构下的虚拟化解决方案依然会继续发展,并能为IT组织提供日益增多的强力工具以整合应用程序,并降低成本,优化业务敏捷度。

这种持续创新的一个例子是Intel Virtualization Technology for Directed I/O(VT-d)。VT-d是Intel平台下对虚拟化进行全面的硬件支持的第二个重要步骤。VT-d扩展了Intel虚拟化技术线路图,从现有的对Intel Xeon处理器(VT-x)提供虚拟化支持扩展为对新的I/O设备虚拟化提供支持。

Intel虚拟化技术扩展如何使业务受益

Intel虚拟化技术通过扩展核心平台架构,消除了当前虚拟化技术之间的差距和障碍。这其中一项改进是Higher Privilege Ring(CPU-access privilege level)的虚拟化软件。使用Higher Privilege Ring可以让被托管操作系统以及应用程序,按照原有正常情况下的Ring运行,但同时可以确保虚拟化软件具有通过平台资源进行控制的特权。这种方式解决了很多潜在的冲突,并简化了软件需求,改善了与未经修改的遗留操作系统之间的兼容性。

其他的增强还包括基于硬件的转换和内存保护。基于硬件的转换,确保了虚拟化软件和被托管操作系统之间的交互可以被硬件支持,这样降低了计算密集型软件转换的需求复杂性。而基于硬件的内存保护,为虚拟化软件和每个客户端的操作系统在专用地址空间保留处理器状态信息。这有助于加速转换并确保进程的完整性。

这些增强无论是针对软件供应商还是IT组织,都可以提供关键性优势,这些优势包括:

l  为IT组织降低成本和风险–独立的虚拟化软件和操作系统软件可改善和未经修改的旧版操作系统之间的互操作性,这也有助于降低数据中心同步升级和安装补丁的需求。同时减少支持费用,而且IT组织能够在一致的硬件和虚拟化软件平台上,支持更广泛的操作系统。

l  改善可靠性和可用性–降低虚拟化软件的大小和复杂性,并使其独立于被托管操作系统,这极大地降低了软件冲突以及相关的缓慢或崩溃的可能性。

l  改善安全性–用硬件而非软件管理虚拟化软件的转换,有助于加强虚拟分区之间的逻辑隔离。另外更小更简单的虚拟化软件,还减少了软件的攻击面。

l  简化虚拟化软件的开发–Intel虚拟化技术的一个关键目标是让虚拟化软件和宿主操作系统软件之间完全独立,这样可以将虚拟化软件供应商从资源敏感任务到操作系统的补丁和升级中解救出来。另外,这样做还可以让现有解决方案进行少量的虚拟化软件开发和调试 ,就可以利用到最新平台的功能。

新技术和新功能越是能够 更快的上市,业务就越可能获得预期的收益,而Intel虚拟化技术将为Hypervisor技术铺平道路。Hypervisor是下一代Windows 服务器虚拟化技术中的重要功能,在该系统中,虚拟化软件将会被合并为一个小而简化的操作系统中。

使用Intel虚拟化技术和Virtual Server实现更低TCO

业务可以通过使用Virtual Server配合Intel虚拟化技术以实现更低的TCO。这可能是Virtual Server 2005 R2 SP1以及针对多核Intel Xeon处理器的服务器上的Intel虚拟化技术中最独一无二的,并且是互补的功能配合实现的-用以改善性能和内存的使用。其结果则可能是整体的硬件利用率提升,这意味着每台安装有Intel虚拟化技术以及Virtual Server 2005 R2 SP1的服务器可以比使用备选硬件/软件配置的情况下做得更多。

Intel虚拟化技术以及Virtual Server解决方案通过在多个关键区域提供优势的方式降低TCO,而涉及的关键区域包括:业务连续性、可缩放性、低入门成本,以及低维护成本。

业务连续性是一个关键的考虑因素。如果某个组织的IT基础架构已经有蔓延和超负荷使用的趋势,不能用的服务器导致的结果是无法接受的或需要产生大量成本,这时就可以使用虚拟化技术,因为该技术支持搞可用性和高安全性,主要表现在:

故障隔离–大部分应用程序故障都是软件出错导致的,虚拟化技术可以在虚拟分区之间提供逻辑的隔离,这样一个分区中的软件出错也不会影响其他分区中的应用程序。逻辑上的隔离还有助于控制数字化的攻击,提升被整合后环境的安全性。

弹性故障切换–虚拟分区可以被配置为一个或多个应用程序提供自动的故障切换。通过使用基于Intel Xeon处理器的服务器平台提供的高可用性功能,服务级别需求通常可通过将同样平台上的某个分区作为主应用程序的方式被满足。如果需要高可用性,那么可以在其他服务器平台上承载故障切换分区。

差分安全性–差分安全性设置可以分别针对每台虚拟机分别实施,这样IT组织即可对最终用户和管理特权维护高级别的控制。

尤其是以Windows Server为基础的Virtual Server,提供完整的高可用性的适应故障切换、计划内和计划外停机时间等场合的能力。通过将其部署到基于带有Intel虚拟化技术的Intel Xeon处理器的服务器平台上,这些系统可以通过改善的性能和Intel架构固有的可用性上获益。

Windows Server被设计为可充分利用Intel处理器的所有运算能力,这使得整个解决方案可被缩放以应对最大的企业应用程序和负载需求。Windows Server 2003 R2 Enterprise Edition可支持2-8颗处理器,而Windows Server 2003 R2 Datacenter Edition可支持2-64颗(被限制只通过OEM渠道销售,Windows Server 2003 R2 Datacenter Edition可跨硬件架构部署)。

为了充分利用到更好的Intel 64位处理器的缩放能力,Windows Server 2003 R2 Enterprise Edition和Datacenter Edition还有64位版本。因此用于使用带有Intel虚拟化技术的Windows Server平台和Virtual Server可为Windows和非Windows操作系统提供更高的整合率以及更好的虚拟机性能,进一步降低TCO。

通过使用Intel虚拟化技术和Virtual Server,您就等于走上了低成本之路。首先,Virtual Server是 免费的,您可以马上从Microsoft.com下载。其次,Microsoft更改了Windows Server 2003 R2 Enterprise Edition中虚拟化方面的使用权利,在单一宿主授权下即可运行四个虚拟机实例。而Windows Server 2003 R2 Datacenter Edition可以在包含合适宿主授权计算机的情况下运行无限制数量的虚拟机实例。另外大量基于Intel Xeon处理器带有Intel虚拟化技术的服务器和解决方案的购置成本也是可忽略的。

Intel虚拟化技术和Virtual Server虚拟化平台有助于控制维护成本。维护和管理成本是IT组织最昂贵的开销之一,通过省略尽可能多的物理服务器,硬件支持和维护的需求就会减少很多。另外通过使用Virtual Server简单和便携的VHD格式,部署的速度可被加快,而在安装SP1之后,即可充分利用Intel虚拟化技术。

Intel虚拟化技术和Windows服务器虚拟化技术的未来

当组织进一步应用Intel多核处理器节约成本时,虚拟化会变得越来越有价值。通过和Intel的超线程技术配合使用,双核处理器的双路平台将支持最多八个软件线程,而四路平台最支持最多支持16线程,8路平台支持32线程,16路平台可支持多达64线程。这能够提供更好的灵活性,以更高效地支持多个应用程序或虚拟操作系统在一个平台下运行。

Intel承诺为高端服务器提供四核处理器,而核心的Intel虚拟化技术还会继续增长和提高,使其更健全,更紧密。正如上文中提到的,VT-d的规则显示可提供直接I/O。这些创新的类型将持续提高性能和缩放能力。

更重要的是,Intel还在推动可靠性、可用性以及支持能力。例如RAS提供给工业标准的组件和平台。这些功能使得基于Intel Xeon硬件的虚拟化平台的高可靠性价格更低,并提供附加值和降低TCO的收益。

在使用64位版本的Windows Server时,服务器性能和可缩放性对于IT和业务的效率得到了前所未有的提高。可以想象,随着多路多核心处理器的采用,整个业务都将可以运行在一个小型(4U)服务器中,而其作用甚至可以等同一个小型的数据中心。

Windows Server 2008,会将虚拟化技术直接集成在操作系统中,并提供基于Windows的Hypervisor。这个下一代的Windows Server虚拟化技术将为虚拟机提供多处理器能力,这个功能是通过硬件辅助技术实现的,例如Intel虚拟化技术。随着Windows Server虚拟化技术的发布,Microsoft计划保留便利、灵活的VHD虚拟机文件格式。继续使用VHD格式意味着虚拟机可以实现向前兼容,这样您在Virtual Server和Intel虚拟化技术虚拟化解决方案上的投资可以得到保护。

这些虚拟机之间越来越高的专注性不仅可以提供附加值,而且可以通过使用Intel虚拟化技术以及微软虚拟化技术进一步降低TCO。

结论

所有企业都在寻找降低成本的方法,很多IT部门开始转向虚拟化,将其作为降低成本和提高硬件利用率的方法。虚拟化无论在硬件和软件方面,正在不断改善,不断为虚拟化创建出新的应用场景,这包括灾难恢复以及分支办公室解决方案。微软 Virtual Server 2005 R2 SP1和Intel虚拟化技术的提供了一个强大的平台,以及增值虚拟化的措施,例如,提供性能和增加服务器虚拟化的商业价值。在安装Service Pack 1后,Virtual Server 2005 R2为硬件辅助的虚拟化技术提供了支持,其中主要是通过基于Intel Xeon处理器的服务器平台提供的对Intel虚拟化技术的支持。该平台由多代Intel处理器扩展和平台架构组成,Intel虚拟化技术提供了全新的硬件辅助虚拟化技术基础,克服了硬件辅助虚拟化的障碍,例如处理器和其他平台资源的直接共享。因此,Virtual Server 2005 R2 SP1和Intel虚拟化技术作为低成本高效的服务器整合方案,确实可以降低TCO。

微软和Intel都对虚拟化技术表示了持续的兴趣。Intel已经宣布了VT-d扩展,该技术提供了直接I/O,能够进一步改善性能和可缩放性。类似的,双核和四核技术也正在快速进入主流计算领域,而且已经被包含在高端系统中。

微软正在不断开发Windows 服务器虚拟化技术,而一种基于Hypervisor的虚拟化解决方案将会在"Windows Server 2008"中发布。Windows 服务器虚拟化技术将虚拟化软件直接封装到了操作系统中,从而让虚拟化更加高效。而且微软也计划将VHD格式保留到Windows服务器虚拟化技术中。

综上所述,微软和Intel提供的虚拟化解决方案的开发和测试都证明可配合使用。如今部署基于Intel虚拟化技术和Virtual Server的虚拟化解决方案,有助于改善性能、可缩放性以及保护长期投资,进而降低总体拥有成本。

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