虚拟化是⾛向云计算的途径之⼀，是实现云的⼀种技术途径, ⽬前虚拟化技术主要关注于服务器虚拟化。服务器虚拟化技术经过多年发展，⽆论在功能、性能还是安全性⽅⾯，均已基本满⾜企业级⽤户的需求。资源的合理分配是服务器虚拟化的关键所在。当前业界提供PC 服务器虚拟化⽅案的主要有VMware vSphere、Microsoft Hyper—V和Citrix Xen Server。三家公司均采⽤裸⾦属架构，但三者的架构也有着较⼤差别。VMware vSphere主要采⽤的是胖管理层的全虚拟化技术，Microsoft Hyper-V 和Citrix Xen Server采⽤的是瘦管理层的硬件辅助虚拟化技术。随着硬件辅助虚拟化的逐渐发展，全虚拟化的优势逐渐丧失；现在VMware也在其虚拟化架构中也逐渐增加硬件辅助虚拟化技术，它的胖管理层模式，需要投⼊⼤量⼈⼒物⼒去开发专⽤设备驱动，且对新推出硬件设备的⽀持有⼀定延后；Citrix的虚拟化则侧重于Linux系统的企业构建虚拟化架构；Hyper-V 的裸⾦属架构则避免了上述缺点，是今后发展的⽅向，⽽且Hyper-V R2版本在实现功能上已完全可以与VMware ESX抗衡，并在Windows系统的虚拟化上和价格⽅⾯有天然的优势，还能完美⽀持Linux系统，因此本⽂重点研究利⽤Hyper-V R2整合物理服务器时的资源分配和动态调整的问题[2-5]。 本⽂的组织如下：第⼆部分是资源分配定性分析与定量计算规则；第三部分阐述虚拟化后资源分配的动态调整；第四部分给出实施效果分析；第五部分为结束语。
1 资源分配定性分析和定量计算研究
1.1 资源分配定性分析原则
服务器虚拟化是指多个操作系统在同⼀时间⼀起运⾏在同⼀台主机上。即将⼀台物理的计算机软件环境分割为多个独⽴分区，每个分区均可以按照需求模拟出完整的计算机（虚拟机）。虚拟化技术的实质是通过中间层次实现计算机资源的管理和再分配，实现资源利⽤的最⼤化。
Hyper-V R2实施架构物理拓扑图如图1所⽰，该模型是根据微软服务器虚拟化解决⽅案建议书[8]和实际中⼤中型企业已经存在的架构特点以及企业架构新的需求⽽提出，这⼀架构模型在⼀定程度上可以满⾜不同企业的需求，具有⼀定的通⽤性。
实施框架基于这样⼀个假设：企业中存在2种级别的应⽤系统环境，有些应⽤系统部署规模⼩，使⽤压⼒很低，允许短时间停⽌对外提供服务，进⾏离线维护处理。⽽另⼀些应⽤系统，组成系统的服务器环境较为复杂，平时使⽤压⼒较⾼，必须要确保全天侯的在线服务，⽆法忍受离线维护造成的应⽤服务的中断。依据上述假设，我们为企业设计了两种配置的服务器组，⽤于适应上述的2种不同级别的应⽤系统环境
1.1.1 低性能需求虚机服务器组
本模块中提供的虚拟机服务器环境是⽤来满⾜那种规模⼩，压⼒很低的应⽤系统环境。例如：DNS, D
HCP, Print服务器。虚拟机宿主服务器上可以提供更多数量的虚拟机运⾏实例。由于每个虚拟机实例对宿主服务器造成的压⼒不⼤，因此虚拟机实例对应的虚拟机硬盘⽂件将会直接保存在服务器本地⾃带硬盘中，以节省硬件成本。从另⼀个⾓度上描述，本模
块中的每个宿主服务器彼此独⽴，相互不存在依存关系。如果虚拟机出现宕机情况，允许维护⼈员进⾏⼿⼯恢复⼯作。
1.1.2 ⾼性能需求虚机服务器集
本模块中的宿主服务器将会构建出⼀个更加可靠的、⾼效的物理资源环境，⽤以承载对物理资源要求更多，更加重⼤的应⽤系统环境。模块中的宿主服务器间将会构建成⼀个⾼可⽤集环境，为部署在其上每个虚拟机实例提供良好的⾼可⽤基础环境。换句话说，即使因为某种原因宿主服务器出现宕机现象时，运⾏在其上的虚拟机实例也会⾃动、迅速的漂移到⾼可⽤集的其它正常运⾏的宿主服务器上。
在此实施框架下，可以通过使⽤微软的SCOM实现对虚拟机运⾏状态和宿主物理服务器运⾏状态的统⼀监控和维护管理[9]，便于进⾏资源的动态分配和调整。
图1 Hyper-VR2试试架构模型图
1.2 资源分配定量计算规则
在理想的情况下，根据微软的建议，总CPU需求、总内存需求、总⽹络IO需求、总磁盘IO需求，遵循⼀定的计算规则，但是在实际应⽤中往往很难实现，实际操作中需要根据理想状态公式进⾏修正后实施，⽽修正后的操作办法在实践中证明具有通⽤性。由于I/O 则是虚拟化的软肋，在此针对实际重点对磁盘和⽹络做了详细说明。
1.2.1 最理想化的计算公式
1）物理服务器整合总资源需求
使⽤如下公式汇总所有需要整合的服务器总资源量：
总CUP需求可以表⽰为：
（1）
其中，Countkernel表⽰内核数量，Velcpu表⽰CPU速度，单位为MHz,Utlcpu 表⽰CPU 利⽤率，以百分⽐形式表⽰。
总内存需求可以表⽰为：
海与毒药
（2）
其中，Memtotal表⽰全部内存，单位为MB，Memutl表内存利⽤率，以百分⽐形式表⽰。总⽹络I/O需求可以表⽰为：
（3）
其中，AvgR_net表⽰⽹络平均每秒接收字节数，AvgS_net表⽰⽹络平均每秒发送字节数。
总磁盘I/O需求可以表⽰为：
（4）
其中，AvgR_disk表⽰磁盘平均每秒读字节数，AvgS_disk表⽰磁盘平均每秒写字节数 2）宿主机服务器可提供资源
每台宿主服务器能够提供给虚拟机使⽤的物理资源计算公式为：
为虚拟机提供的宿主服务器CPU能⼒：
（5）
其中，Countcpu表⽰CPU数量， Countcpu_kernal表⽰每个CPU的内核数。
为虚拟机提供的宿主服务器内存：
（6）
其中，Memtotal表⽰全部内存，单位为GB。
为虚拟机提供的宿主服务器磁盘IO能⼒：
（7）
为虚拟机提供的宿主服务器⽹络IO能⼒：
（8）
3）宿主机服务器能提供虚拟机数量
宿主机可⽀撑的虚拟机数量可表⽰为：
（9）
即宿主机服务器可提供资源⽐上虚拟机分配资源。
分别⽤CPU、内存、磁盘IO、⽹卡IO算得4个宿主机可⽀持的虚拟机数量数值，其中数值最⼩的就是宿主服务器最终能够⽀持的虚拟机数量。
1.2.2 修正后的资源分配定量规则
以上是理想的计算值(考虑了标准的虚拟化损耗)⽤于采购宿主服务器硬件规划⽤。实际每个虚拟机资源分配定量计算，通过Performance Monitor收集需要整合虚拟化的物理服务器性能指标（注意在典型负载和合理的采样周期下收集），数据收集⽅法如下：确定收集指标为CPU，内存，磁盘，和⽹络，对应的四个计数器为
Memory\Available\Mbytes， Network Interface Bytes Total，PhysicalDisk(_Total)\% Disk Time，Processor(_Total)\% Processor Time。收集时间为24⼩时，数据采集间隔采⽤系统默认值：性能⽇志为15秒钟，⽇志⽂件类型为：⽂本⽂件（逗号分隔），保存位置为“D：\Perfmon”⽬录下。
参照理想化公式，对收集的性能数据做以下数字处理后作为资源分配的计算规则。
1）CPU分配核数计算公式如下：
（10）
这⾥Kerneltotal为总核数，表⽰每台服务器的所有逻辑CPU核数， Utlmost为CPU 的最⼤利⽤率，Valuephy为物理值，表⽰虚拟化宿主机的CPU速度（MHz）。σ为系数，⼀般取值为0.8～1.0，本⽂中系数根据经验选择为0.8。
2）内存分配计算公式为：
（11）
即总的物理内存⼤⼩减去可⽤内存的最⼩值即可得到需要的最⼤内存。分配原则是内存取峰值，避免磁盘交换。中国典籍与文化
3）磁盘格式的分配：
⼀般使⽤固定盘，因为固定的 VHD 优先考虑它有更好的性能，然后再考虑空间分配的问题。⽽动态扩展⽅式则可节省空间，实现动态调整。对于⼤的数据⽂件采⽤直通⽅式直接访问存储空间。磁盘空间的具体分配参考原物理机磁盘空间利⽤率。
基于三种磁盘⽅式的优缺点、微软建议[8] 以及实际的实施经验，我们的做法如下：做法⼀：针对仅系统要求的系统，或者系统空间需求⽐较⼩的系统，我们推荐使⽤最⼤值不超过特定限制的固定⼤⼩磁盘。如Windows 2003 空间分配10G；Windows 2008 及 2008 R2 空间分配15G。
做法⼆：针对系统空间扩展的可能性较⼤的系统，但磁盘性能要求不⾼，则我们推荐使⽤最⼤值不超过30-60G之间的⼤⼩的动态扩展磁盘；
做法三：针对系统空间扩展的可能性较⼤的系统，并且磁盘性能要求⽐较⾼，则我们推荐使⽤最⼤值不超过30-60G之间⼤⼩的固定⼤⼩磁盘；
上海通用sail
做法四：如果出现空间紧张的情况，则可以采取扩展VHD或者另外附加额外的VHD磁盘来解决。⼀些
2010年1月3日共享的软件或者备份，建议不要放在虚拟服务器上，⽽放在集中的⽂件服务器上，这样可以节省存储空间。
4）⽹络IO计算公式：
（12）
分配原则是取峰值⽹卡 I/O bytes/s ，Bytes为每秒传送字节数，最终单位换算成Mbps。
说明：在Hyper-V中，对需要进⾏互通的虚拟机，通过配置其⽹络设置可以让虚拟机之间以⾼达10G的⽹络连通速度通讯。对于需要彼此隔离的虚拟机，在⽹络上可将其放置到某个独⽴的虚拟⼦⽹中，实现虚拟机之间在⽹络上的隔离；除此之外Hyper-V内置内存隔离技术，可确保虚拟机在运⾏过程中的内存数据安全。
Hyper-V有三种类型的⽹卡:
External virtual networks：使⽤这种类型时允许同⼀物理服务器上的虚拟机相互访问，并且允许虚拟机和物理机直接访问，还允许虚拟机和外部的⽹络进⾏访问。
Internal virtual networks：使⽤这种类型时允许同⼀物理服务器上的虚拟机相互访问，并且允许这台物理机上的虚拟机和物理机直接访问。
Private virtual networks：使⽤这种类型时只允许同⼀物理机上的虚拟机互相访问，不能访问本机和外部⽹络。
通过灵活使⽤这三种⽹络可有效实现虚拟机和物理机、外部⽹络的隔离。
2 虚拟化后资源分配的动态调整
虚拟化时，起初的资源最优化分配只是⼀种初始状态，初始阶段⾮常有效，然⽽不同业务应⽤的数据增长速度也不同，⼀段时间后某个虚拟机的资源可能就会出现紧张，进⾏资源的动态分配调整就⾮常有必要。微软的虚拟化管理⼯具SCVMM 2008的性能和资源的最优化（PRO）组件可以实现动态分配、调整资源，实时响应资源，使⽤预警提⽰形成⾃动执⾏解决⽅案，⽐如：增加分配磁盘空间给报警虚拟机。但是这需要事先定制和设定监控包，也是难点所在。在此结合实践经验提出了定制和设定管理包的通⽤⽅法，从⽽给出了资源分配的动态调整智能⽅案。
⾸先要部署SCOM对主机进⾏健康检查和资源监控，定制时可以针对现有监视器创建替代或创建其他管理包元素来⾃定义PRO，如规则和监视器，从⽽满⾜其虚拟化环境的要求。定制时将以下两类必备闲来笔潭下载
管理包导⼊ VMM 2008 R2 管理包：Microsoft SQL Server 管理包和 Microsoft Windows Server Internet Information Services (IIS) 2000/2003/2008 管理包，调整管理包中的默认设置和阈值如下：
然后在SCOM中创建所有 Hyper-V 主机的替代，调整每台宿主服务器的资源预留值为80%，当资源产⽣瓶颈时，PRO会提⽰你应当把此虚拟机迁移到其它宿主机上。此时的PRO 功能需要构建在Windows Server 2008故障转移集的基础之上，决定迁移⾄哪个宿主机，是由智能放置来完成的。
窄带滤波器3 科技项⽬背景与实施效果分析
3.1 科技项⽬承办单位的项⽬背景
上述资源分配规则，在湖南中烟⼯业有限责任公司2010年下半年的科技项⽬中成功实施，并得到了组织鉴定单位湖南中烟公司科技委办公室和主持鉴定单位湖南中烟公司科学技术委员会的⾼度认可。该项⽬由著名⾹烟品牌芙蓉王制造⼚商常德卷烟⼚承办。随着IT技术的进步，常德卷烟⼚已建⽴起包括⼩型机、PC服务器、存储系统、⽹络系统为⼀体的⼤型数据中⼼，承载了多种数据及应⽤系统。⽬前的PC服务器已经由三年前的14台增加到了70台，基本涵盖了各种服务器，⼩型机也由4台增加到了现在14台，随着新增业务系统的⼤量部署，⾯对不断增长的信息需求，如何有效的进⾏服务器资源整合，合理⾼效地分配和动态调整资源，提升服务器资源的利⽤率，成为常德卷烟⼚信息化建设解决⽬前⾯临问题的关键所在。本⽂的资源整合分配办法基于此背景进⾏实践验证。
表1 Hyper-V主机的PRO监视器调整
表2虚拟机的PRo监视器调整
图2虚拟前后物理服务器CPU数⽬⽐较
图3虚拟前后物理服务器CPU平均利⽤率⽐较
图4虚拟前后物理服务器内存分配⽐较
图5虚拟前后物理服务器内存需求利⽤率⽐较
3.2 资源分配的实验分析
实验对象为常德烟⼚的12台物理服务器：趋势集中管理平台，档案管理系统，图书管理系统，考试管理系统，流媒体系
统，BO开发(实验⽤)，BOXI(BOXI程序 SQL2000)，数据挖掘系统(websphere5.1 oracle客户端)，OA测试系统，邮件系统，公⽂\政⼯⽹系统和离退管理系统。图2是虚拟化前后资源分配的性能对⽐。
⽬前Hyper-V可分配给每个虚拟机的逻辑CPU数最多为4核，若CPU空闲会通过“内核停车”技术节约⽤电。Vmware也不推荐给虚拟机分配超过4个CPU，因为Vmware的CPU共享机制要求有⾜够设置数⽬的CPU空闲才进⾏分配，否则会等待。
从CPU可以看得出来，尽管虚拟化后分配的CPU数⽬较少，但是性能并不受影响，在实际中依然可以正常的替代原来的物理机，同时还节省了资源，提⾼了资源的利⽤率，证明了性能虚拟后的优越性，也证明了上述提出的资源分配⽅法合理实⽤。
虚拟化前后服务器内存分配的变化如图5所⽰，只有数据挖掘根据实际情况调⼤了内存，以适应实际中新的要求。注：Hyper-
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议