虚拟化技术揭秘系列(一):数据中心虚拟化概述
之乎者也子路  2024-10-18 11:09   published in China

虚拟化技术揭秘系列(一):数据中心虚拟化概述

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从虚拟化到数据中心虚拟化

迄今为止,我们谈的虚拟化还只是聚焦在计算资源的虚拟化,可以称之为计算虚拟化或者服务器虚拟化,但是虚拟化绝不只是针对服务器资源。


站在数据中心的视角,虚拟化的对象应当包含计算、存储和网络三大类资源。计算虚拟化,在第一节已经有了较多讨论。存储虚拟化则可追溯至上世纪80年代,由加州大学伯克利分校Patterson教授,在论文“A Case of Redundant Array of Inexpensive Disks”中提出的RAID(Redundant Array of Independent Disk)技术。RAID本来是一种可靠性提升的技术,即把多块独立的物理硬盘按不同方式组合形成一个硬盘组,以此提供比单个硬盘更高的存储性能和数据冗余的技术,但是,无心插柳,RAID技术在提升可靠性的同时也实现了资源的抽象化,用户不用关注自己的数据存储在哪块硬盘,而是由磁盘阵列提供一系列的LUN(Logic Unit)供用户使用。从物理硬盘到逻辑硬盘,RAID技术将虚拟化之风吹进了存储。

在传统的企业存储中,所谓的存储控制器,一个主要的功能就是对磁盘阵列进行虚拟化,提供LUN给主机使用。随着数据量的增大,尤其是海量非结构化数据的爆炸,和对于存储系统的容量和可扩展有了更高的要求,分布式存储应运而生。与传统企业存储不同,分布式存储没有专门的控制器,而是通过分布式软件,将服务器节点内的硬盘组合成一个存储池,再以虚拟卷(Volume)的方式提供给主机使用。实现原理不一样,但是最终结果都是将多块硬盘虚拟化成存储池后,以LUN或卷的方式提供给用户使用。


分布式存储做得比较成功的有VMware的vSAN,EMC的Isilon以及华为的OceanStor Pacific,开源则有著名的Ceph,由于门槛比较低,逐步成为存储虚拟化的主流,所以很多场景提到的存储虚拟化,也就等同于分布式存储,尤其是超融合场景。


在三大件虚拟化之中,网络虚拟化是出现的较晚的技术,也是实现难度较大的技术。简单来讲,网络虚拟化是就是指把逻辑网络从底层的物理网络分离开来。早期网络虚拟化主要解决的是在交换网络中,如何进行隔离和QoS保证,VLAN、VPN、VPC、VPLS等都可以归为网络虚拟化的技术。


随着数据中心的发展,对网络虚拟化提出了更高的要求:其一是服务器内部,不同虚拟之间、容器与容器之间,怎么构建一个虚拟的网络,实现交换、隔离和转发等网络功能。其二是,服务器组成了集群,集群内的物理网络怎么与逻辑网络分离,满足多租户访问,按需服务的特性,同时具有高度的扩展性。应对这些挑战,2008年,斯坦福大学教授Nick McKeown提出了OpenFlow的概念,并发表了经典论文《OpenFlow:Enabling Innovation in Campus  Networks》,大胆构想了软件定义网络(Software- Defined Network,SDN),揭开了网络虚拟化的新篇章。


SDN,简言之,就是在网络之上建立一个控制平面,统一管理和控制下层设备的数据转发,而所有下级节点的管理功能被剥离,只剩下转发功能。SDN控制下的网络,变得更加简单,管理者只需要像配置软件一样,配置网络,实现路由、转发、隔离等功能。随着SDN技术的发展,逐步形成了两个流派。其一是经典派——OpenFlow派,OpenFlow一直有一个理想,希望底层的交换网络能够实现白牌化,交换机就只提供一个简单的交换能力,交换协议和南北向接口也全部统一,所有网络控制由SDN控制器完成,甚至SDN控制器都应该只是一个软件,可以运行在这个理想对于广大网络设备制造商来说,当然是致命的,因此,2013年,在Linux基金会的支持下,Cisco联合IBM、微软等公司,一起发起成立了开源组织OpenDaylight。和OpenFlow不同,OpenDaylight虽然也赞同要有一个SDN控制器来统一管控网络,但是这个SDN控制器应该是一台专业的设备,通过专业的硬件来使SDN控制有更好的性能与可靠性。同时,对于底层的交换网络,也不能全部白牌化,应当与SDN控制器有一些协同的能力,以提高SDN网络的效率,所以又称为硬SDN。这个流派当然更多体现了设备厂商的意愿,但是实际使用中,网络的复杂性决定了,大部分客户还是选择相对稳妥的硬SDN方向或者硬软混合的SDN方向,只有Google等少数技术能力超前,网络也相对封闭的企业,真正在践行经典的OpenFlow路线。计算虚拟化、存储虚拟化和网络虚拟化,共同组成了数据中心虚拟化,虚拟化技术也从解决单一的服务器集群化资源管理问题,走向了解决数据中心资源管理问题。

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