企业虚拟化平台关键技术研究--以制造类公司SKO为例

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3.0 牛悦 2024-11-11 5 4 5.86MB 95 页 15积分

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企业虚拟化平台关键技术研究

——以制造类公司 SKO 为例

摘要

本文首先介绍了课题的背景。接着说明了虚拟化的概论，大致介绍了目前市

场上虚拟化厂商的产品。在虚拟化的创建、部署和管理这三个方面详细说明了虚

拟化的关键技术。在此基础上，有针对性地提出了制造业信息化中虚拟化技术的

应用框架和技术作用。同时，详细介绍了本人所实施的 2 个大型虚拟化项目——

日本 XX 集团下属大型制造业工厂的服务器虚拟化和桌面虚拟化（Demo）项目。

在服务器虚拟化方面，介绍了整个项目的实施流程和服务器虚拟化的性能比

较。在桌面虚拟化方面，介绍了桌面虚拟化 DEMO 的搭建步骤以及虚拟桌面的性

能测试分析。同时，分别对这 2 个项目进行了 TCO 成本分析。

最后，总结了虚拟化的趋势,并且根据个人实施虚拟化环境的经验总结了部

署虚拟化可能遇见的问题、瓶颈与解决建议。

关键词：虚拟化虚拟机资源制造企业

ABSTRACT

. This paper first introduce the background of the subject. Then, explains an overview

of virtualization, and Outlines on the market at present virtualization products. In

virtualization to create and deploy and manage these three aspects detail the

virtualization of key technology. On this basis, the targeted put forward in

manufacturing informatization virtualization application framework and technical

effects. At the same time, which I introduced in the implementation of the two large

virtualization project：server virtualization and desktop virtualization (Demo) project in

a large manufacturing factory of Japanese XX Group.

In the server virtualization, this paper introduces the whole project implementation

process and the server virtualization and performance comparison. In desktop

virtualization, this paper introduces the construction of the desktop virtualization

DEMO steps and virtual desktop performance test analysis. At the same time, the two

respectively on the project TCO cost analysis.

Finally, Summarized the trend of virtualization and according to the personal

experience of the implementation of virtualization environment deployment may meet

problem, virtualization bottlenecks and solving Suggestions.

Keywords：virtualization, virtual machine, resource, manufacturing

industry

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论.......................................................1

1.1 研究背景....................................................1

1.2 对应........................................................1

1.3 课题的成果..................................................2

1.4 论文组织结构................................................2

第二章虚拟化概论.................................................3

2.1 虚拟化......................................................3

2.1.1 虚拟化的定义 ...........................................3

2.1.2 虚拟化的常见分类 .......................................3

2.2 服务器虚拟化................................................4

2.2.1 基本概念................................................4

2.2.2 典型实现................................................5

2.2.3 核心技术................................................7

2.2.3.1 CPU 虚拟化.........................................7

2.2.3.2 内存虚拟化..........................................9

2.2.3.3 设备与 I/O 虚拟化...................................11

2.2.3.4 实时迁移技术.......................................12

2.3 桌面虚拟化.................................................13

2.4 其他虚拟化技术.............................................13

2.4.1 网络虚拟化.............................................13

2.4.2 存储虚拟化 ............................................14

2.4.3 应用虚拟化 ............................................15

2.5 虚拟化的业界动态...........................................16

2.5.1 IBM...................................................16

2.5.2 VMware ..............................................16

2.5.3 XEN/Citrix.............................................17

2.5.4 Microsoft...............................................17

第三章虚拟化的关键技术..........................................19

3.1 创建虚拟化解决方案.........................................19

3.1.1 基本虚拟镜像...........................................20

3.1.2 虚拟器件镜像...........................................21

3.1.3 发布器件镜像...........................................23

3.1.4 管理器件镜像...........................................26

3.1.5 迁移至虚拟化环境.......................................26

3.2 部署虚拟化解决方案.........................................27

3.2.1 规划部署环境...........................................28

3.2.2 部署虚拟器件...........................................28

3.3 管理虚拟化解决方案.........................................31

3.3.1 集中监控...............................................31

3.3.2 快捷管理...............................................32

3.3.3 动态优化...............................................33

3.3.4 高效备份...............................................33

3.4 当前主流的服务器虚拟化技术和安全性分析.....................35

3.5 当前主流的虚拟桌面解决方案及关键技术分析...................36

3.5.1 当前主流的虚拟桌面解决方案.............................36

3.5.2 虚拟桌面关键技术分析...................................39

第四章制造业信息化中的虚拟化架构及部署..........................42

4.1 制造业信息化中的虚拟化架构.................................42

4.2 虚拟化在制造业信息化中的作用...............................43

4.3 虚拟化的部署...............................................44

4.4 本课题的来源...............................................46

第五章制造类公司 SKO 整体服务器虚拟化...........................47

5.1 项目的背景.................................................47

5.2 项目的目标.................................................47

5.3 项目的提案.................................................47

5.3.1 VMware 服务器虚拟化的意义..............................47

5.3.2 虚拟化与物理机对比.....................................53

5.3.3 TCO 成本分析...........................................56

5.4 具体实现步骤...............................................57

5.4.1 第一步：搭建服务器基础架构.............................57

5.4.2 第二步：物理服务器迁移与增加 VMware 虚拟化服务器.......59

5.4.3 第三步：后续与最终完成.................................60

第六章 SKO 公司人事工资部门桌面虚拟化环境实现及测试分析.........61

6.1 项目的背景.................................................61

6.2 项目的目标.................................................61

6.3 项目的提案.................................................61

6.3.1 Citrix 桌面虚拟化的意义..................................62

6.3.2 Xendesktop 介绍.........................................63

6.3.3 TCO 成本分析...........................................65

6.4 DEMO 的具体搭建..........................................65

6.5 虚拟桌面测试分析...........................................81

6.5.1 测试环境...............................................81

6.5.2 测试方法...............................................82

6.5.3 测试结果分析...........................................83

6.5.4 测试结论...............................................86

第七章结论......................................................87

7.1 虚拟化的趋势...............................................87

7.2 企业部署虚拟化的可能瓶颈与解决建议.........................87

参考文献

第一章绪论

1.1 研究背景

改革开放以来，中国吸引了越来越多的国外知名全球性企业在国内设立工厂。

近年来，一方面，中国正在成为全球制造业的中心。与此同时，竞争也随之越来

越激烈。另一方面，由于计算机科技的快速发展，加上我国制定的通过信息化带

动工业化的国策，使得国内制造型企业大力应用计算机信息技术，以期改善企业

的经营管理、产品的研发与量产，实现提高生产与质量的效率、降低能耗等，同

时响应国家号召，建设绿色工厂。

广东东莞石龙的SKO 公司隶属于日本著名XX 集团，是国家认定的“双优外

资企业”，是广东省认定的“先进技术型企业”、“高新技术企业”，现有将近

1万名员工、10 万平方米的现代化生产基地，主要生产车载镜头、无机非金属切

削工具（含刀头、刀柄）、液晶显示模块的设计和制造、热敏打印头、LED 打印

头、家用陶瓷厨具（刀具、削皮器、研磨瓶等）等高科技产品。

作为老牌的日本制造型企业，除秉承严谨细致的工作态度外，相当重视降低

企业运营成本与节能减排。随着SKO 公司的 IT 环境的老朽以及当地工业电力费

用的持续上涨等等，如何能较为完善地解决这些问题成为了该公司决策层最为迫

切的问题。

我司作为日本 XX 集团下属的全资信息公司，面对客户提出的需求和期望目

标，在进行长时间的调研、讨论、提案、探讨、测试等流程步骤后，向SKO 公司

提出了全工厂内服务器虚拟化以及客户端桌面虚拟化这二套提案。

虚拟化技术的历史其实从人类发明计算机不久后就诞生了。随着在 x86 体系

架构上的成功突破后，这几年逐渐成为整个 IT 市场上最炙热的IT 技术。虚拟化

技术能使企业用更少的投入做更多的事情，降低整个企业的 IT 运营成本。这样，

企业决策层就能够在降低运行维护成本与推动业务需求之间取得更好的平衡，降

低节省的费用可以用于推动业务的增长和创新之中。

1.2 对应

在详细的事前调查后，我们结合了目前 IT 环境中很火热的虚拟化技术，针对

九大矛盾点，分别向客户提出了服务器虚拟化和桌面虚拟化这二个提案。

经向客户介绍提案以及作出详细说明后，客户针对服务器虚拟化提案进行了

发注确认。在长达一年的时间里，我们陆续地将SKO 所有的物理服务器的系统与

应用全部迁移至虚拟机内，并对虚拟机进行了高可用性与全备份的设定来保障业

务的连续性。

在实施完服务器虚拟化后的 2011 年，SKO 明显感觉到服务器虚拟化给企业

自身带来的诸如整合统一管理、高可用性、节能减排以及维护成本降低等优点。

于是，主动要求开展桌面虚拟化提案的后续工作以及要求我们搭建桌面虚拟化的

模拟环境。

企业虚拟化平台关键技术研究——以制造类公司 SKO 为例

本文第五、第六章的实例介绍中的图片均来自我司KCSS 内部提案资料与模

拟环境的数据测试与分析（请勿外泄）。本人在这二个项目中担任中方项目负责

人，并参与搭建了模拟测试环境。

1.3 课题的成果

在实施完服务器虚拟化后，客户的软硬件成本降低了至少30%以上、能源整

体损耗至少降低了50%。同时，到目前的二年多时间内，成功实现了零故障率。

对于我们公司而言，项目的成功实施，也让我们学习了并初步掌握了当今热

门的虚拟化技术，提升了公司在 IT 行业的竞争力。同时，该项目也成为我司在日

资制造类企业推广虚拟化的范例，给我司带来了巨大的商机。

1.4 论文组织结构

本文第一章简单介绍了论文的背景。第二章介绍了虚拟化的定义、分类。重

点介绍了虚拟化的几种重要分类。第三章从理论角度探讨了虚拟化的关键技术。

较为详细地介绍了服务器虚拟化和桌面虚拟化的相关内容。第四章讲述了制造业

在信息化中的应用框架以及如何成功完成虚拟化的部署。第五章结合公司实际，

介绍了为制造类公司 SKO 整体服务器虚拟化的项目实施过程。第六章在服务器虚

拟化实施完毕的前提下，再次对SKO 公司提出桌面虚拟化的提案以及测试环境与

相关数据测试分析。最后第七章结合自身的工作经验对全文进行了总结。

第二章虚拟化概论

2.1 虚拟化

2.1.1 虚拟化的定义

何谓虚拟化，至今在国内外都是众说纷纭，并无一个权威的定义表述。一般

而言，虚拟化通常是指为将要运行的软件、程序营造所需的可执行环境的一种抽

象技术。当使用了虚拟化技术以后，软件、程序的运行就不再独占或独享底层硬

件平台的物理资源。它运行在一个与真实物理环境完全相同的逻辑环境中，而其

面对的底层硬件的物理资源的实际情况可能与之前所运行的体系结构全然不同。

虚拟化的目标是要对硬件底层的基础设施、系统和软件等在内的 IT 环境与资源的

访问、表示和管理进行简化，并通过对这些IT 环境与资源所提供的标准接口来接

受数据输入和提供信息输出。使用虚拟化的客户端可以是最终用户本身，也可以

是应用程序、操作系统、访问资源或与资源交互相关的其他服务[1]。利用一系列

标准接口，虚拟化可以使得在IT 基础设施发生变化时对客户端的使用影响减少到

最小。即使底层资源的实现方式已经发生了改变，但对于客户端而言，却因为他

们与虚拟资源进行交互的方式并没有发生变化，因此他们完全可以仍旧采用原有

的标准接口工作，而感觉不到丝毫的影响。由于虚拟化技术明显降低了IT 环境与

资源的使用者和IT 环境与资源的具体实现方式之间的关联程度，使用者不需要像

以往那么依赖于某些IT 资源的特定实现，于是就能在对使用者产生最低影响的基

础上，让系统管理者以服务级协定（SLA）、半自动、手动等多种方式来实现对

IT 环境与资源的管理。

2.1.2 虚拟化的常见分类

虚拟化技术中，被虚拟的实体资源是多式多样的IT 环境与资源。按照这些

IT 环境与资源的种类，我们可以把虚拟化技术分为以下四种不同类型。

① 平台（Platform）虚拟化。它是针对计算机本身和操作系统 OS 的虚拟化，

而且又可以分为服务器虚拟化和桌面虚拟化。服务器虚拟化是通过 IT 环境与资源

的优先次序的区分，把服务器硬件资源分配给所需要的工作负载的一种虚拟化模

式。它通过降低与控制单个工作负载的峰值所储备的 IT 环境与资源来提高效率和

简化管理。桌面虚拟化是为达到提高使用者对计算机的操控，降低使用计算机的

复杂性，同时为使用者提供更加简捷快速的使用环境的一种虚拟化模式。平台虚

拟化主要通过 CPU 虚拟化、内存虚拟化和 I/O 接口虚拟化来实现[2]-[3]。

② 资源（Resource）虚拟化。它是针对特定的 IT 环境与资源所进行的虚拟化，

例如，存储虚拟化、网络资源虚拟化等。存储虚拟化是把操作系统 OS 有机地分

布在若干个内、外存储器内，随后这两者存储器再形成为虚拟存储器。网络资源

虚拟化中，网格计算是其最典型的例子。网格计算就是使用资源虚拟化技术来管

理所在网络的数据，并且作为一个逻辑系统展现给使用者，它动态提供了符合使

企业虚拟化平台关键技术研究——以制造类公司 SKO 为例

用者或应用程序所需求的IT 资源，同时还提供对IT 底层基础设施的共享和访问

的简单化。目前，有部分研究人员提出利用软件代理技术来实现计算网络空间资

源的虚拟化[4]，如Net Chaser 、Gaia、Spatial Agent。

③ 应用程序（Application）虚拟化，它包括解释技术、模拟、仿真等。典型

的应用层虚拟化技术就是大家所熟悉的JAVA 虚拟机[5]。在应用层的虚拟化技术基

础上，利用保存使用者个性化环境的配置信息，可以让使用者个性化环境重现在

任意计算机上[6]。服务虚拟化是最近几年研究的一个热点方向，它可以使使用者

快速按需地构建应用的需求，通过服务的整合，同时屏蔽服务资源使用的复杂性

使实际使用者更简单直接的将业务需求映射到虚拟化的服务资源。现代软件体系

结构及其配置的复杂性阻碍了软件开发生命周期，通过在应用层建立虚拟化的模

型，可以提供最佳开发测试和运行环境[7]。

④ 表示层（Presentation layer）虚拟化。类似于应用程序虚拟化，二者不同

之处在于表示层虚拟化中的应用程序运行在服务器上，客户机只显示应用程序的

UI 界面和用户操作[8]。表示层虚拟化软件主要有微软的Windows 操作系统内附带

远程桌面、思杰公司的 Citrix Metaframe Presentation Server、微软的Windows 操作

系统内的终端服务、赛门铁克的PCAnywhere 软件等。

本文将重点介绍平台虚拟化，即讨论服务器虚拟化和桌面虚拟化的概念、应

用、具体实施等方面内容；对于存储虚拟化、网络虚拟化以及其他类型的虚拟化

技术等将只作简要的说明。

2.2 服务器虚拟化

2.2.1 基本概念

第二章虚拟化概论

服务器虚拟化是将系统的虚拟化技术应用在物理服务器上，同时让单一的物

理服务器虚拟为多个逻辑服务器，如图 2-1 所示。原本，一个企业内，三套不同

的系统应用:HR 系统、门禁系统、Amoeba 系统分别运行在三套独立互不影响的

物理服务器上。当实施服务器虚拟化后，三套系统的应用运行仍然在三个独立互

不影响的服务器内，但这三台服务器已经变成了三个虚拟服务器，并且它们实际

上是构筑在同一个物理服务器上。简单地说，服务器虚拟化技术能够让一个物理

服务器上同时运行多个虚拟服务器，这就使虚拟服务器拥有了能够支持原本系统

运行所需的底层硬件资源的抽象资源，例如虚拟的 CPU、虚拟的内存、虚拟输入

输出I/O 设备、虚拟的硬盘空间、虚拟的光驱等，同时为各个虚拟机之间提供了

优秀的隔离性与安全性[1]。

图2-1 什么是服务器虚拟化

2.2.2 典型实现

服务器虚拟化技术是通过虚拟化软件来实现对底层的硬件设备与资源进行抽

象表现和系统管理虚拟服务器。有以下二种专用术语来描述服务器虚拟化软件：

●虚拟机监视器（Virtual Machine Monitor，VMM）。VMM 的职责是对虚拟机提

供硬件设备与资源的抽象表现，从而为客户操作系统提供所需的运行环境。

●虚拟化平台（Hypervisor）。Hypervisor 的职责是虚拟机的系统管理和托管。它

直接运行在它所对应的硬件之上，因此底层硬件体系结构也直接影响它的实现。

上述两个专用术语其实都来源于虚拟化软件的实现模式的不同，通常也不做

严格的区分。在服务器虚拟化中，相关的虚拟化软件需要实现对硬件的抽象表现

各种物理资源的分配，资源的动态调度、多个虚拟机之间的相互隔离、虚拟机和

宿主操作系统及虚拟机与硬件资源的管理等功能。因此，这种虚拟化软件提供的

虚拟化层是夹在处于硬件的平台之上、客户的操作系统之下的层次中。这样的话

根据虚拟化层实现方式的不同，服务器虚拟化又可以分为两种主要模式：寄宿虚

拟化和原生虚拟化，如图 2-2 所示。表2-1 比较了这两种实现方式的差别。

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摘要：

企业虚拟化平台关键技术研究——以制造类公司SKO为例摘要本文首先介绍了课题的背景。接着说明了虚拟化的概论，大致介绍了目前市场上虚拟化厂商的产品。在虚拟化的创建、部署和管理这三个方面详细说明了虚拟化的关键技术。在此基础上，有针对性地提出了制造业信息化中虚拟化技术的应用框架和技术作用。同时，详细介绍了本人所实施的2个大型虚拟化项目——日本XX集团下属大型制造业工厂的服务器虚拟化和桌面虚拟化（Demo）项目。在服务器虚拟化方面，介绍了整个项目的实施流程和服务器虚拟化的性能比较。在桌面虚拟化方面，介绍了桌面虚拟化DEMO的搭建步骤以及虚拟桌面的性能测试分析。同时，分别对这2个项目进行了TCO成本分析。...

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