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重点: 基于开源KVM的虚拟化技术的优化

电脑杂谈　发布时间：2020-05-19 05:13:46　来源：网络整理

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文本/欧洲珊瑚

KVM（基于内核的虚拟机）是基于Linux环境的开源虚拟化解决方案. 它最早由Qumranet开发，并于2006年10月出现在Linux内核邮件列表中. 它于2007年2月集成到Linux 2.6.20内核中，并成为该内核的一部分.

基于“ Linux内核”实现的KVM系统在实现上与其他虚拟机管理程序不同. 它的设计目标是通过内核最大化利用现有操作系统的各种功能模块和硬件来支持虚拟化技术，以加载功能模块并将整个Linux内核转换为裸机Hypervisor. 此外，KVM还充分利用了Linux内核的现有成熟功能和基本服务，减少了不必要的重新开发，例如任务调度，物理内存管理，内存空间虚拟化，电源管理等功能. 在KVM系统架构中，将虚拟机实现为常规Linux进程，由标准Linux进程调度程序进行调度，将每个虚拟CPU（vCPU）表示为常规Linux进程，并通过以下方式进行硬件设备仿真: 改进的QEMU，它可以仿真BIOS，PCI总线，USB总线和其他标准设备（例如IDE和SCSI硬盘控制器和网络控制器等）. KVM将Linux内核转换为管理程序. 通常，KVM可以支持支持Linux的硬件设备.

尽管开源KVM具有许多优点，但是原始KVM在服务可靠性，网络控制，可管理性以及运维方面存在缺陷. 首先，开源KVM基于虚拟化内核实现，并且无法解决基础硬件故障，虚拟机故障，虚拟机操作系统故障以及上层应用程序故障. 其次，KVM系统的虚拟交换机是标准化的流量转发模块，无法响应实际生产系统对复杂网络访问控制策略的需求，例如QoS，ACL，VxLAN，端口聚合，流量镜像等. 最后，KVM缺少可视化的配置和管理工具，丰富的业务系统性能监视功能以及资源自动化调度管理功能.

H3C CAS云计算管理平台（以下简称CAS）是H3C基于开源KVM开发的虚拟化管理软件. 与开源KVM相比，H3C CAS云计算管理平台不仅提供了高可靠性，网络控制，可管理性以及运维得到了改善，而且与H3C成熟的网络产品，第三方存储和安全厂商合作，形成了一个完整的集成虚拟化解决方案，已成为CAS的核心竞争力.

对于一些重要的业务入口或访问点（例如: 企业的生产服务器和金融行业的服务器等），即使存在第二级业务中断，也将遭受灾难性的影响后果. 因此，如何在虚拟环境中确保业务应用系统的高可靠性已成为云平台管理软件需要解决的主要问题. CAS的高可用性（HA）技术很好地解决了这个问题.

H3C CAS CVK虚拟内核系统（以下称为CVK）基于开源KVM软件，集成了群集HA软件，以将一组物理主机划分为具有共享存储资源池的逻辑群集. 通过H3C CAS CVM虚拟化管理平台（以下简称CVM）持续监控集群中所有物理主机和虚拟机的运行状态. 发生故障时，CVM将触发虚拟机迁移并自动选择群集中的另一台正常工作的物理主机. 然后重新启动该物理主机上所有受影响的虚拟机.

应用程序高可用性是指在虚拟机操作系统中运行的业务系统的高可靠性. 当业务系统由于自身原因无法在外部提供服务时，可以使用应用程序HA功能在最短的时间内自动恢复业务.

企业级业务系统通常以流程服务的形式驻留在操作系统中. CVM虚拟化管理平台使用CAStools工具来监视业务服务流程的状态. 该工具通过虚拟串行端口安装在虚拟机操作系统上. 该通道与H3C CAS CVM虚拟化管理平台保持实时通信，以确定业务的生存状态. 如果在3个连续的时间段内（1个周期为30秒）检测到监视的服务状态为非活动或非活动，则服务将自动重新启动；如果连续4个时间检测到应用程序服务故障，并且如果服务重启失败，则根据系统管理员配置的应用程序HA策略重新启动虚拟机，或者仅显示应用程序故障无法恢复的警报消息报告.

CVK不仅向开源KVM添加了ACL，QoS，VLAN，链路聚合，端口镜像，硬件SR-IOV和其他基本网络功能，而且还考虑了虚拟机迁移前后的网络策略同步. 虚拟化环境中的问题，分布式虚拟交换机（virtual Distributed Switch，vDS）功能的设计与实现.

在群集中迁移虚拟机时，CVK会自动将虚拟机的网络配置从源虚拟交换机同步到目标虚拟交换机，从而在迁移之前和之后自动感知网络策略并提高其有效性，从而确保虚拟机迁移前后的网络策略一致. 源虚拟交换机和目标虚拟交换机构成逻辑上统一的虚拟交换机，即分布式虚拟交换机. 分布式虚拟交换机的控制由CVM管理，包括虚拟交换机策略的配置和交付，数据平面分布在承载虚拟机的物理主机核心之间.

开源KVM专注于虚拟化内核的实现，就可管理性而言，这与商业水平相去甚远. 此外，企业级功能（例如性能监控，电子邮件，SMS警报和API接口）完全空白. CAS提供了一个简单易用的图形操作界面，为IT系统管理员提供了虚拟化环境的直观视图.

图1虚拟环境的健康状况概述

图2虚拟化拓扑

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图3虚拟业务系统状态

除了基本的视觉管理功能外，CVM还提供了开放的REST API接口和与OpenStack云平台兼容的插件. 通过这两种方法，它可以与第三方云管理平台和基于标准的OpenStack云平台Docking无缝连接（如图所示）. 当客户基于标准OpenStack开发自己的云平台时，他们只需要关注与业务相关的前端流程. H3C CAS CVM虚拟化管理平台完全完成了底层虚拟化基础结构功能.

图4 H3C CAS与标准OpenStack之间的连接技术架构图

开源KVM的定位只是一个开源虚拟化内核实现，不涉及IT运营和云计算. H3C CAS CIC云业务管理中心（以下简称CIC）组件将基础架构资源（包括计算，存储和网络）及其相关策略集成到虚拟数据中心资源池中，从而允许用户申请这些资源，从而构建安全，多重租户的自助服务“基于Internet的私有云”为IT部门提供了新的基础架构交付和使用模型. 该自助服务真正实现了云计算的敏捷性，可控性和效率，并大大提高了业务的响应速度.

借助H3C自身成熟的网络产品和技术，并与第三方存储和安全供应商合作，CAS已形成了业界领先的完全集成解决方案. 例如: H3C CAS云计算管理平台结合了原始DRX（动态资源扩展，动态资源扩展），分布式存储组件vStor，业界最广泛实施的VxLAN解决方案和轻型代理/无代理防病毒解决方案，真正实现了计算，存储，网络和安全虚拟化. 下面对以上程序进行详细分析.

图5 H3C CAS: 完全融合的虚拟化解决方案

动态资源扩展（DRX）是H3C的一项专利技术，可根据用户业务负载实现资源的动态扩展和恢复. 即: 当用户正常运行的业务面临突发流量访问时，CVM可以监视业务所在虚拟机的性能不足，并通过负载均衡设备的协作快速复制虚拟机以提供外部服务；当业务达到访问高峰之后，可以自动恢复资源并删除冗余虚拟机，从而实现了一个自动环境，其中计算资源可以按需移动.

CAS的vStor组件是一种分布式存储技术解决方案，它将多个服务器上的可用磁盘空间集成到一个存储资源池中，依靠“软件+标准x86硬件”来实现存储，从而形成了低成本kvm集群，高度可靠的横向扩展存储虚拟化基础架构，在无需用户购买专用存储设备和SAN网络设备的情况下，就可以简化数据中心存储架构，不仅简化了IT运营，维护和管理工作，而且在降低能耗的同时，帮助企业实现了节能减排. IT环境.

VxLAN网络体系结构在传统物理网络的基础上构建了一个逻辑两层网络. 它是网络支持虚拟化发展的理想选择，也是H3C云网络融合解决方案技术路线中的关键技术.

H3C CAS CVK虚拟内核系统支持分布式虚拟交换机的标准VxLAN打包技术，以实现虚拟网络和物理网络的分离，并且虚拟机可以在大型第2层网络环境中迁移，从而实现跨安全策略数据中心同步跟随. 同时，用户可以创建多达1600万个彼此隔离的虚拟网络，从而突破了VLAN方案中4K隔离网络的限制，并帮助用户构建安全的多租户虚拟网络.

通常，传统的数据中心网络安全解决方案会通过物理设备（如防火墙和IPS）受到攻击并受到病毒的保护. 当数据中心迁移到虚拟化环境时，由于原始业务系统部署在虚拟机中的物理主机“ Deep”上，因此传统安全解决方案的“触角”无法深入物理主机，从而导致灰色区域安全管理.

CAS与的安全厂商合作，已提出了轻代理和无代理防病毒解决方案，以保护数据中心和虚拟机业务免受数据泄露的风险. 其中，轻代理防病毒解决方案需要在每个受保护的虚拟机操作系统中安装一个代理程序，该代理程序触发虚拟机病毒扫描任务；无代理防病毒解决方案需要将防病毒集成到虚拟化的内核系统中. 该引擎在底部实现对整个虚拟机网络整体安装状态的统一管理，并在读写虚拟机磁盘文件时实时检查病毒.

开源KVM作为直接建立在Linux内核上的管理程序，已经成为Linux操作系统中使用最广泛的虚拟化平台. 尽管H3C CAS云计算管理平台是基于开源KVM内核开发的，但与开源KVM相比，H3C CAS云计算管理平台在高可靠性，网络控制，可管理性，和可维护性. 创新，使其更符合企业和行业数据中心对虚拟化的技术和业务要求，并通过开放合作，结合H3C自身深厚的网络技术积累，已形成了计算，网络kvm集群，存储，安全多方向完全集成的虚拟化管理平台. 这些功能和解决方案的设计和开发过程也是不断创新的过程. 这些创新已成为H3C CAS云计算管理平台的核心竞争力.

表1 H3C CAS云计算管理平台核心专利列表

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