云计算中的Server Consolidation

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Server Consolidation & Server Virtualization

       The primary objective behind server consolidation is to consume all of a server’s available resources and reduce the capital and operational expenses associated with multiple servers. Traditionally, only 15-30 percent of a physical server’s overall capacity is used. With server consolidation, the utilization rate can be increased to well over 80 percent. Server consolidation works on the principles of server virtualization, where one or more virtual servers resides on a physical server.
       Server consolidation uses a multi-tenant architecture where all the installed and hosted virtual servers share a processor, storage, memory and other I/O and network processes. However, each virtual server has a separate operating system, applications and internal services.

       Server consolidation refers to the use of a physical server to accommodate one or more server applications or user instances. Server consolidation makes it possible to share a server’s compute resources among multiple applications and services simultaneously. It is mainly used to reduce the number of servers required in an organization.

       服务器聚合，是通过让多个用户进程共享同一台物理服务器的计算资源，目的是充分发挥一台服务器的性能，以提高利用率来减少服务器数量与开销。

        Server virtualization is used to mask server resources from server users. This can include the number and identity of operating systems, processors, and individual physical servers.

       服务器聚合是基于服务器虚拟化实现的。

服务器虚拟化定义和分类

       服务器虚拟化：向用户隐藏服务器端的实现细节，即对于实现的服务器集群，向用户隐藏服务器所包含的操作系统的数量，内核进程数，物理服务器数量和id。虚拟化服务器可以通过软件应用程序，将物理服务器分为多个唯一（id）且隔离的虚拟服务器的过程。每个虚拟服务器可以独立运行自己的操作系统。
       这是一种将多个操作系统同时运行在一台物理服务器上的技术，服务器虚拟化和双操作系统有所不同：双操作系统一台物理服务器只能同时运行其中一个操作系统，而服务器虚拟化一台物理服务器可以同时运行多个操作系统。
       服务器聚合可以实现在共享CPU，存储器，IO设备和网络进程的前提下，运行不同的操作系统，应用程序和网络服务，个人理解为同一台服务器上不同应用程序的应用层协议可以不同。
        在一台服务器主机上将一台服务器主机划分为几个逻辑上独立的虚拟服务器主机，也叫作虚拟机。虚拟化之后，指令在原来特权指令和用户指令的基础上，添加了敏感指令的。
        定义：敏感指令是操作特权资源的指令，敏感指令=所有的特权指令+部分用户指令。具体包括：

1.企图访问或修改虚拟机模式或机器状态的指令。
2.企图访问或修改敏感寄存器或存储单元，如时钟寄存器、中断寄存器等的指令。
3.企图访问存储保护系统或内存、地址分配系统的指令。
4.所有I/O指令。

       个人认为后三条本身就是特权指令，第一条是添加了虚拟功能之后的新增指令。

1.按照虚拟化平台分类

完全虚拟化

       完全虚拟化是在虚拟机（VM）和硬件之间加了一个软件层Hypervisor/虚拟机管理程序（VMM）。VMM可以运行在另一个OS上，或者直接运行在硬件上。不同虚拟机的OS通过Hypervisor最终实现对服务器硬件的共享。
       这种软件程序也叫作系统管理程序，它可以直接与服务器的CPU和硬盘通信，负责监控整个物理服务器的内存资源，保持虚拟服务器相互独立，而且使每个虚拟服务器对于其他虚拟服务器透明。这种方法的限制在于系统管理程序在调度虚拟服务器和监管的时候，自身也要消耗物理服务器的资源。

准虚拟化

       准虚拟化把整个所有和服务器相连的用户是做一个网络，这样用户进程的操作系统之间可以相互了解，减少了系统管理程序的开销。

操作系统虚拟化

       操作系统级虚拟化不使用管理程序。相反，把虚拟化功能作为物理服务器操作系统的一部分，物理机的操作系统可以执行虚拟机监控程序的所有任务。但是，所有虚拟服务器必须在这种服务器虚拟化方法运行相同的操作系统。

2.按虚拟化架构分类

裸金属

       未虚拟化的计算机，OS是用户程序调用软件的接口，对于我们来说，是先安装操作系统，在操作系统上安装应用软件。

寄居

                            虚拟化的一个例子：VMWare。
        ESXi是VMware的企业级服务器虚拟化技术，本身是一个操作系统，直接安装的物理服务器上。
       先在物理服务器上安装ESXi，然后在ESXi中创建各种虚拟硬件（虚拟硬件的集合），不包括操作系统，也可以称为虚拟机，再在虚拟机上安装操作系统，最后才能在这些操作系统中安装应用程序。

3.按虚拟化层次硬件分类

硬件辅助虚拟化

        硬件辅助虚拟化借助硬件（需要CPU、芯片组、BIOS、hypervisor这些硬件设备都支持）实现CPU虚拟化，不同的技术与特定型号的硬件绑定。硬件辅助虚拟化效率更高，主流的企业级服务器虚拟化都是采用硬件辅助虚拟化技术。

软件辅助虚拟化

        软件辅助虚拟化是通过hypervisor实现CPU虚拟化。

为什么要服务器虚拟化？

        服务器虚拟化可以有效利用现有IT基础架构中的现有资源（更为简单的结构，更少的物理服务器主机数量）。没有服务器虚拟化，服务器仅使用其处理能力的一小部分。
        由于工作负载仅分布到网络服务器的一部分，因此导致服务器处于空闲状态。数据中心因数据未被及时处理而堆积，造成存储数据的资源的浪费。
        通过将每个物理服务器划分为多个虚拟服务器，服务器虚拟化允许每个虚拟服务器充当唯一的物理设备。每个虚拟服务器都可以运行自己的应用程序和操作系统。此过程通过使每个虚拟服务器充当物理服务器来提高资源利用率，并增加每个物理机的容量（共享资源相当于增加了n倍的访问速度，因为hypervisor的存在，不会出现访问冲突，因为hypervisor是不同虚拟机操作系统访问硬件的唯一接口）。

虚拟化与云计算

        云计算数据中心有三种常用的虚拟化技术：服务器虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化。

服务器虚拟化

        服务器虚拟化实际是将这“多个操作系统”安装在hypervisor中，这“多个操作系统”使用hypervisor将物理服务器的物理硬件经过hypervisor虚拟化得到的虚拟硬件。
        我们将服务器虚拟化中“一个操作系统”使用的虚拟硬件集合和这个操作系统本身一起称做一台虚拟机。

优点

灵活

        对于低配置要求的客户，不需要单独建立一台服务器，可以用更高配置的服务器虚拟一台虚拟机给客户或业务，剩余空间可以用于其他业务或者以后的性能升级。

效率高

        X86计算机一台只能运行一个操作系统，即使服务器性能好，利用效率很低。而且虚拟机提供的总性能可以大于硬件的性能。比如某台物理服务器CPU为10核，在此物理服务器上创建出3台4核的虚拟机。从表面上看物理机提供了虚拟的12核，但是实际能够使用的只有10核。但是同时出现四核同时工作的机会是很小的，因此可以这样分配，扩大了本身的能力。

稳定

        我们使用Windows系统，如果一个应用程序死机，导致操作系统死机，那么所有正在运行的APP都会停止工作。服务器也一样，如果多个业务部署在一台服务器上，某个业务故障，导致服务器宕机，则会影响到该服务器上的所有业务。而服务器虚拟化，虚拟机之间是相互隔离的，单台虚拟机宕机，并不会影响其它虚拟机。

云计算

        虚拟化软件一般创建一台虚拟的电脑，是需要人工指定这台虚拟电脑放在哪台物理机上的。这一过程可能还需要比较复杂的人工配置。对于数据极为庞大的数据中心，当物理服务器非常多的时候，就会是一个非常庞大的工程。这个规模，一方面虚拟化软件的管理能力是无法处理的，另一方面人工配置的成本太高。
        用机器去做虚拟化过程的算法叫做调度。比如有一个调度中心，把所有的服务器都放在一个池子里面，无论用户需要多少CPU、内存、硬盘的虚拟电脑，调度中心会自动在大池子里面找一个能够满足用户需求的地方，把虚拟电脑启动起来做好配置，供用户直接使用。这个阶段我们称为池化或者云化。这个阶段才可以称为云计算，之前的都只能叫虚拟化。

云计算的分类

公有云

IAAS：提供虚拟机

        最基础的公有云服务就是云计算服务商建设好机房，配置好物理服务器、网络等，根据用户（其它公司）需求提供虚拟机。服务器的分配，维护，界面GUI设计，都是由服务商的运维负责，用户只需要支付租金使用。

PAAS：提供虚拟机和在虚拟机中部署环境的服务

        再进一步，云计算平台还可以提供服务器中环境的部署。比如说网页服务器可能需要安装MySQL等软件，而这些软件的安装、维护、优化工作由云平台服务商专业的运维人员来处理。

SAAS：直接提供网页应用（官网、论坛、网页版PS、财务管理系统，人事管理系统等等）

        再进一步，云计算服务商可以针对特定的业务类型提供好模板，用户直接向模板中填入数据，就可以使用。

私有云

        数据是企业的命脉，对于一些大企业来说，将数据存放在公有云服务商太不安全，因此建设私有云。私有云就是自己或第三方公司搭建，仅供本公司内部使用的云计算。
        私有云一般只提供类比于公有云的ASSA/PAAS服务。

混合云

        混合云融合了公有云和私有云。私有云主要是面向企业用户：出于安全考虑，企业更愿意将数据存放在私有云中。但是同时又希望可以获得公有云的计算资源。在这种情况，下混合云被越来越多的采用，它将公有云和私有云进行混合和匹配，以获得最佳的效果。

Tips：简单来说，把核心的业务部署在私有云，把非核心的业务部署在公有云，两者之间可以快速迁移。