CN202798790U

CN202798790U - 一种基于InfiniBand云计算网络的虚拟化系统

Info

Publication number: CN202798790U
Application number: CN 201220481986
Authority: CN
Inventors: 储浩; 沈荣波
Original assignee: NANJING STANDARD COMMUNICATIONS CO Ltd
Current assignee: Nanjing Std Cloud Technology Co ltd
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2022-09-21

Abstract

本实用新型提供了一种基于InfiniBand云计算网络的虚拟化系统，其包括客户机和infiniBand云计算网络，所述客户机通过以太网连接到infiniBand云计算网络，infiniBand云计算网络包括通过infiniBand连接的文件服务器、桥接服务器、存储服务器和管理监视器，管理监视器使用虚拟机管理器管理云计算网络的硬件资源，并基于所述硬件资源安装多个虚拟机以形成虚拟机层，各个虚拟机之间相互隔离；文件服务器用于存储操作系统文件和用户配置文件，在用户登录个人虚拟机时配置个性化的虚拟机；桥接服务器进行协议转换，将InfiniBand云计算网络与外部以太网互联，实现超远距离的虚拟桌面登录。本实用新型的方案利用infiniBand云计算网络的动态资源分配的特点，提高了虚拟化系统的资源利用率。

Description

一种基于InfiniBand云计算网络的虚拟化系统

技术领域

本实用新型涉及计算机领域，，更具体的说，涉及一种基于InfiniBand云计算网络的虚拟化系统。

背景技术

虚拟化是一个广义的术语，在计算机方面通常是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行。虚拟化是把物理资源转变为逻辑上可以管理的资源，以打破物理结构之间的壁垒，扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程。计算机虚拟化是一种前沿的软件技术，它正迅速改变着 IT 的面貌，并从根本上改变着人们的计算方式。如今，个人计算机普遍使用功能齐全的“胖客户端”，但是从计算机总体的角度来看，具有强大处理能力的 x86 计算机硬件仅仅运行了单个操作系统和部分应用程序，这使得大多数计算机资源未得到充分利用，计算机平均资源利用率在15%左右。

20 世纪 90 年代以来，由于硬件设备成本的下降、硬件资源利用率不足、管理成本的攀升、系统安全问题等因素，虚拟化技术已经成为时下的前沿技术。利用服务器虚拟化技术，可以在一台物理机上运行多个虚拟机，因而得以在多个环境间共享这一台计算机的资源，平均资源利用率提升到70%以上，能够显著地提升效率。不同的虚拟机可以在同一台物理机上运行不同的操作系统以及多个应用程序，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。在服务器虚拟化的基础上，与远程登录技术相结合，发展成为支持多用户、任意时间、任意地点、任何设备可访问的桌面虚拟化技术，桌面虚拟化是目前最具应用前景的技术。

总而言之，虚拟化技术具备诸多优势：

1）运用虚拟化技术将原本一台服务器的资源分配给了数台虚拟化的服务器，有效的利用了闲置资源，确保企业应用程序发挥出最高的可用性和性能。终端设备可以使用瘦客户机，获得与传统PC一样的用户体验；

2）虚拟机之间是完全隔离的，就像它们是不同的物理计算机一样，在可用性和安全性方面，虚拟环境中运行的应用程序远优于在传统的非虚拟化系统中运行的应用程序，最主要的原因是隔离；

3）虚拟服务器是独立于硬件进行工作的，通过改进灾难恢复解决方案提高了业务连续性，当一台虚拟服务器出现故障时可在最短时间内恢复且不影响整个集群的运作，在整个数据中心实现高可用性；

4）降低了部署成本，只需要更少的服务器就可以实现需要更多服务器才能做到的事情，也间接降低了安全等其他方面的成本。同时也能降低能耗，节能减排；

5）所有的虚拟服务器都与正常的x86系统相兼容，改进了桌面管理的方式，可部署多套不同的系统，降低兼容性的问题；

6）提高了服务器/管理员比率，一个管理员可以轻松的管理比以前更多的服务器而不会造成更大的负担。

在服务器虚拟化的基本架构下，虚拟化系统可以通过虚拟机管理器VMM（Virtual Machine Monitor）来进行管理，VMM在底层实现对其上的虚拟机的管理和支持。现在许多的硬件，比如Intel 的CPU已经对虚拟化技术做了硬件支持，大多数VMM就可以直接装在裸机上，在其上再装几个虚拟机就可以进行虚拟化环境下的性能体验。

在进行大规模虚拟机架设时，需要整合巨量的硬件资源，以服务器虚拟化的基本架构为基础，通过互联整合多台计算机的物理资源，构建物理资源池。云计算是一种基于互联网的计算新方式，通过互联网上异构、自治的服务为个人和企业用户提供按需即取的计算。云计算提供了最可靠、最安全的数据存储中心，用户不用再担心数据丢失、病毒入侵等麻烦；同时降低用户端的要求，使得用户端设备大大简化；云计算的扩展性强，能支持超大容量的计算机物理硬件。因此云计算很适合构建虚拟化系统的硬件资源池。

随着高性能计算机技术的发展，云计算网络中的服务器的性能得到巨大提升，各个服务器之间的通信带宽和通信延迟成为制约云计算网络带宽资源的重要因素。因为以太网技术存在的I/O瓶颈、低带宽利用率、高传输延迟、较高的CPU资源消耗、复杂的TCP/IP协议等缺陷，制约了云计算网络的整体性能，采取更高速率、低延迟、低CPU通信消耗的新技术很有必要。

虚拟桌面基础架构（Virtual Desktop Infrastructure，VDI）是服务器虚拟化与远程登录技术相结合的产物，桌面虚拟化的目标是实现多用户、任意时间、任意地点、任意设备可访问虚拟桌面，极大的减少用户设备的硬件，支持企业级桌面系统的远程动态访问与数据中心统一托管。相对于目前的静态数据服务的浏览器，桌面虚拟化能够远程动态地提供传统PC的所有功能。桌面虚拟化最大限度的提供每一个虚拟机的自由化程度，虚拟机之间相互隔离，尽量减少虚拟系统镜像，实现虚拟桌面的操作系统和应用程序分离，在保证用户个性化的同时，减少操作系统的维护成本。

当前在桌面虚拟化领域，主要有三个厂商处于领先地位：Microsoft、Citrix和VMware。Microsoft虚拟化是用Windows Server 2008 Hyper-V进行服务器虚拟化，结合RDP（Remote Desktop Protocol）协议进行虚拟桌面访问。Citrix虚拟化运用XenServer进行服务器虚拟化，使用更高效的ICA（Independent Computing Architecture）协议进行虚拟桌面访问。VMware虚拟化则运用VMware Sphere进行服务器虚拟化，使用RDP（Remote Desktop Protocol）协议进行虚拟桌面访问。

桌面虚拟化具备美好的应用前景，但是也存在潜在的问题：

1）虚拟化技术需要保持服务器与客户机网络连接，在企业级应用中，客户机可能仍然需要在本地安装操作系统，来保证服务器down机时客户机仍然能够使用。瘦客户机不具备PC本地启动的所有必需硬件，脱离服务器将无法运作；

2）多个虚拟机用户同时登陆时，虚拟化系统面临着CPU内存资源不足等问题，同时多用户在进行存储操作时，可能引起的网络阻塞等问题。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提出了一种基于InfiniBand云计算网络的虚拟化系统，其运用 InfiniBand技术组建云计算网络，提供虚拟化系统硬件资源池。

本发明提出了一种基于InfiniBand云计算网络的虚拟化系统，以服务器虚拟化的基本架构为基础，使用云计算网络拓展物理硬件，并采用InfiniBand技术组网，所述虚拟化系统包括客户机和infiniBand云计算网络，所述客户机通过以太网连接到infiniBand云计算网络，所述infiniBand云计算网络包括通过infiniBand连接的文件服务器、桥接服务器、存储服务器和管理监视器，所述管理监视器使用虚拟机管理器管理云计算网络的硬件资源，基于所述硬件资源安装多个虚拟机以形成虚拟机层，各个虚拟机之间相互隔离；所述文件服务器用于存储操作系统文件和用户配置文件，在用户登录个人虚拟机时配置个性化的虚拟机；所述桥接服务器进行协议转换，将InfiniBand云计算网络与外部以太网互联，实现超远距离的虚拟桌面登录。

进一步，所述InfiniBand云计算网络还能通过连接远距离传输交换机进行数据中心扩展。

进一步，客户机是仅仅保留输入输出联网功能的瘦客户机。

进一步，客户机是无线路由器或平板电脑。

本发明运用InfiniBand技术架设云计算网络，提供虚拟化系统的物理资源池，利用云计算网络的动态资源分配的特点，提高虚拟化系统的资源利用率。基于InfiniBand技术组建的云计算网络可以克服以太网的I/O瓶颈、低带宽利用率、高传输延迟、较高的CPU资源消耗、复杂的TCP/IP协议等缺陷，实现高吞吐率、低延迟、低CPU资源占用的高速云计算网络，优化云计算网络的性能，进一步提高资源的利用率。具体而言，其优势体现在：

1）硬件优势：利用InfiniBand的高带宽、低延迟和低CPU占用等优点，支持更高流量的数据服务，可以使用高性能计算机作为云计算网络的节点，扩展硬件资源总量；

2）架构优势：支持虚拟化平台的冗余策略，云计算网络中部分节点故障时，仍能够继续提供虚拟桌面服务，保持服务的连续性。监测到故障之后，可进行在线维护；

3）隔离与个性化：虚拟机之间隔离，应用程序与操作系统分离，操作系统集中维护，用户可以定制个性化的应用程序和数据服务，提升用户体验，同时降低维护成本；

4）安全性和效益：云计算网络提供高性能的计算机服务，提供高速的数据处理、集中冗余的数据存储服务，能够保证数据安全，同时降低硬件成本、管理成本和能耗。

本技术可广泛应用于中小型办公系统、视频监控系统、智能控制系统、多媒体物联网等领域。

附图说明

图1为本发明的服务器虚拟化的架构。

图2 为基于InfiniBand云计算网络的虚拟化系统。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明的服务器虚拟化的架构如图1所示，包括外围设备、接口层、虚拟机层、管理层以及物理硬件资源层。所述物理硬件资源层由CPU、内存、硬盘等组成，并使用管理层中的虚拟机管理器VMM（Virtual Machine Monitor）管理上述的物理硬件资源，在此之上安装多个虚拟机以形成虚拟机器层，各个虚拟机之间相互隔离，每个虚拟机具备传统PC的全部功能，用户的外围设备通过接口层访问虚拟机从而使用服务器提供的硬件资源。物理硬件资源的总量决定了虚拟机的数量和性能。

推荐虚拟机的配置为：每个虚拟机配置1个虚拟CPU、2G内存、100G硬盘、100Mbps的网络带宽的资源。以单套STD-YQ-H2000存储服务器和STD-YQ-B2000存储单元为例，其硬件资源见表1。结合表1可知，单套服务器可以支持约20个推荐配置的虚拟机。如果架设小型的虚拟化系统，一个服务器即可完成虚拟化的基本架构。

表1

类别	存储服务器+存储单元
		CPU	2个六核2.4GHz
内存	48G
		最大磁盘容量	480T
网络接口	1个40Gbps IB接口，2个万兆以太网口
		读写速度	3GB/s
延迟	<100ns

当架设支持200个虚拟机的服务器时，总计需要200个虚拟CPU、200G内存、20000G硬盘、20000Mbps网络带宽的资源，显然单独一个服务器难以提供如此大量的硬件资源，此时将使用云计算技术连接多套服务器硬件设备，将多个服务器的硬件资源整合为一个总的资源池，可以完成大规模虚拟机群的架设。然后再把服务器虚拟化为多个虚拟机，用户使用客户机登录后，在单个虚拟机上加载操作系统、用户的个性化配置和应用程序，用户在远端即可使用虚拟化的桌面系统。

虚拟机的操作系统、用户个性化配置和应用程序具有独立的存储空间，不占用虚拟机的磁盘资源。虚拟机管理器负责虚拟机登录时系统文件的调度，具备以下优点：1）使用尽量少的操作系统镜像，节约磁盘空间；2）操作系统、用户配置信息和应用程序进行隔离，实现用户的个性化；3）各部分逻辑的分离，方便服务器的维护工作。

InfiniBand技术是一种支持多并发链接的转换线缆技术，可以将磁盘阵列、SANs、LANs、服务器和集群服务器进行互联，也可以连接外部网络（比如WAN、VPN、互联网），在相对短的距离内提供高带宽、低延迟的传输。InfiniBand技术具备以下特点：

1）高带宽、低延迟：InfiniBand网络理论带宽可以达到120GB/s，当前常用的QDR设配的单端口单向带宽为40GB/s，延迟小于200ns；

2）支持远程存储器直接访问（RDMA，Remote Direct Memory Access）：RDMA技术可以有效的减少数据传输的环节，减少CPU的占用率；

3）系统扩展性好：可轻松实现完全无拥塞的数万端设备的Infiniband网络；

4）用户层I/O访问：使得用户数据可以旁路核心，实现零拷贝传输；

5）支持SRP、iSER存储协议，适合于存储网络的搭建；

6）支持多种传输服务，多层次的QOS服务保障；

因此，在本申请中将在云计算网络中将采用InfiniBand从而组建高性能云计算网络。

基于InfiniBand云计算网络的虚拟化系统如图2所示，包括客户机和infiniBand云计算网络，客户机通过以太网连接到infiniBand云计算网络， infiniBand云计算网络包括通过infiniBand连接的文件服务器、桥接服务器、存储服务器和管理监视器。该虚拟化系统以服务器虚拟化的基本架构为基础，使用云计算网络拓展物理硬件，云计算网络中的存储服务器节点由高性能计算机构成，能够提供大量物理硬件资源，并采用InfiniBand技术组网，其能够提供更高的网络带宽和更低的网络延迟，适应云计算网络的发展趋势。

客户机可以是各种联网的设备，如无线路由器、平板电脑等，由于服务器提供了大部分的虚拟化服务，客户机可以是仅仅保留输入输出联网功能的瘦客户机。管理监视器使用虚拟机管理器管理云计算网络的硬件资源，基于所述硬件资源安装多个虚拟机以形成虚拟机层，各个虚拟机之间相互隔离；文件服务器用于存储操作系统文件和用户配置文件，在用户登录个人虚拟机时配置个性化的虚拟机；桥接服务器进行协议转换，将InfiniBand云计算网络与外部以太网互联，实现超远距离的虚拟桌面登录。同时，InfiniBand云计算网络还可以通过远距离传输交换机进行数据中心扩展，从而将各种硬件配置不同的计算机整合进云计算网络。如果在infiniBand云计算网络中配置在超大容量的硬件资源池，将支持超大规模的虚拟机。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于InfiniBand云计算网络的虚拟化系统，以服务器虚拟化的基本架构为基础，使用云计算网络拓展物理硬件，并采用InfiniBand组网，所述虚拟化系统包括客户机和infiniBand云计算网络，所述客户机通过以太网连接到infiniBand云计算网络，所述infiniBand云计算网络包括通过infiniBand连接的文件服务器、桥接服务器、存储服务器和管理监视器，所述管理监视器使用虚拟机管理器管理云计算网络的硬件资源，基于所述硬件资源安装多个虚拟机以形成虚拟机层，各个虚拟机之间相互隔离；所述文件服务器用于存储操作系统文件和用户配置文件，在用户登录个人虚拟机时配置个性化的虚拟机；所述桥接服务器进行协议转换，将InfiniBand云计算网络与外部以太网互联，实现超远距离的虚拟桌面登录。

2.根据权利要求1所述的一种基于InfiniBand云计算网络的虚拟化系统，所述InfiniBand云计算网络还能通过连接远距离传输交换机进行数据中心扩展。

3.根据权利要求1所述的一种基于InfiniBand云计算网络的虚拟化系统，客户机是仅仅保留输入输出联网功能的瘦客户机。

4.根据权利要求1所述的一种基于InfiniBand云计算网络的虚拟化系统，客户机是无线路由器或平板电脑。