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虚拟化

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发表于 2018-8-21 15:30:38 | 显示全部楼层 |阅读模式

虚拟化,是指通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机。在一台计算机上同时运行多个逻辑计算机,每个逻辑计算机可运行不同的操作系统,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。
虚拟化使用软件的方法重新定义划分IT资源,可以实现IT资源的动态分配、灵活调度、跨域共享,提高IT资源利用率,使IT资源能够真正成为社会基础设施,服务于各行各业中灵活多变的应用需求。

作用
微软虚拟化技术
微软虚拟化技术
虚拟化 [1]  是一个广义的术语,是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行,是一个为了简化管理,优化资源的解决方案。如同空旷、通透的写字楼,整个楼层没有固定的墙壁,用户可以用同样的成本构建出更加自主适用的办公空间,进而节省成本,发挥空间最大利用率。这种把有限的固定的资源根据不同需求进行重新规划以达到最大利用率的思路,在IT领域就叫做虚拟化技术。
虚拟化技术可以扩大硬件的容量,简化软件的重新配置过程。CPU的虚拟化技术可以单CPU模拟多CPU并行,允许一个平台同时运行多个操作系统,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。
虚拟化技术与多任务以及超线程技术是完全不同的。多任务是指在一个操作系统中多个程序同时并行运行,而在虚拟化技术中,则可以同时运行多个操作系统,而且每一个操作系统中都有多个程序运行,每一个操作系统都运行在一个虚拟的CPU或者是虚拟主机上;而超线程技术只是单CPU模拟双CPU来平衡程序运行性能,这两个模拟出来的CPU是不能分离的,只能协同工作。
虚拟化技术也与VMware Workstation等同样能达到虚拟效果的软件不同,是一个巨大的技术进步,具体表现在减少软件虚拟机相关开销和支持更广泛的操作系统方面。
虚拟化技术有很多定义,下面就给出了一些这样的定义。
“虚拟化是以某种用户和应用程序都可以很容易从中获益的方式来表示计算机资源的过程,而不是根据这些资源的实现、地理位置或物理包装的专有方式来表示它们。换句话说,它为数据、计算能力、存储资源以及其他资源提供了一个逻辑视图,而不是物理视图。” —— Jonathan Eunice, Illuminata Inc。
“虚拟化是表示计算机资源的逻辑组(或子集)的过程,这样就可以用从原始配置中获益的方式访问它们。这种资源的新虚拟视图并不受实现、地理位置或底层资源的物理配置的限制。” —— Wikipedia
“虚拟化:对一组类似资源提供一个通用的抽象接口集,从而隐藏属性和操作之间的差异,并允许通过一种通用的方式来查看并维护资源。” —— Open Grid Services Architecture Glossary of Terms。
目的
虚拟化的主要目的是对IT基础设施进行简化。它可以简化对资源以及对资源管理的访问。
消费者可以是一名最终用户、应用程序、访问资源或与资源进行交互的服务。资源是一个提供一定功能的实现,它可以基于标准的接口接受输入和提供输出。资源可以是硬件,例如服务器、磁盘、网络、仪器;也可以是软件,例如Web 服务。
虚拟化支持的操作系统有:Windows和Linux各种系统。 [1]
消费者通过受虚拟资源支持的标准接口对资源进行访问。使用标准接口,可以在IT基础设施发生变化时将对消费者的破坏降到最低。例如,最终用户可以重用这些技巧,因为他们与虚拟资源进行交互的方式并没有发生变化,即使底层物理资源或实现已经发生了变化,他们也不会受到影响。另外,应用程序也不需要进行升级或应用补丁,因为标准接口并没有发生变化。
IT 基础设施的总体管理也可以得到简化,因为虚拟化降低了消费者与资源之间的耦合程度。因此,消费者并不依赖于资源的特定实现。利用这种松耦合关系,管理员可以在保证管理工作对消费者产生最少影响的基础上实现对 IT 基础设施的管理。管理操作可以手工完成,也可以半自动地完成,或者通过服务级协定(SLA)驱动来自动完成。
在这个基础上,网格计算可以广泛地利用虚拟化技术。网格计算可以对 IT 基础设施进行虚拟化。它处理 IT 基础设施的共享和管理,动态提供符合用户和应用程序需求的资源,同时还将提供对基础设施的简化访问。
软件简介
似乎与所有颠覆性技术一样,服务器虚拟化技术先是悄然出现,然后突然迸发,最终因为节省能源的合并计划而得到了认可。如今,许多公司使用虚拟技术来提高硬件资源的利用率,进行灾难恢复、提高办公自动化水平。本组文章分别从服务器、存储、应用程序和桌面虚拟化技术三个角度介绍了如何消除物理硬件的限制。
有了虚拟化技术,用户可以动态启用虚拟服务器(又叫虚拟机),每个服务器实际上可以让操作系统(以及在上面运行的任何应用程序)误以为虚拟机就是实际硬件。运行多个虚拟机还可以充分发挥物理服务器的计算潜能,迅速应对数据中心不断变化的需求。
虚拟化概念并不是新概念。早在20世纪70年代,大型计算机就一直在同时运行多个操作系统实例,每个实例也彼此独立。不过直到当今,软硬件方面的进步才使得虚拟化技术有可能出现在基于行业标准的大众化x86服务器上。
实际上,如今数据中心管理人员面临的虚拟化解决方案种类繁多,有些是专有方案,而有些是开源方案。总的来说,各自都基于以下三种基本技术当中的一种,但哪种技术效果最好,这取决于要进行虚拟化处理的具体工作负荷以及优先业务目标。
完全虚拟
最流行的虚拟化方法使用名为hypervisor的一种软件,在虚拟服务器和底层硬件之间建立一个抽象层。VMware和微软的VirtualPC是代表该方法的两个商用产品,而基于核心的虚拟机(KVM)是面向Linux系统的开源产品。
hypervisor可以捕获CPU指令,为指令访问硬件控制器和外设充当中介。因而,完全虚拟化技术几乎能让任何一款操作系统不用改动就能安装到虚拟服务器上,而它们不知道自己运行在虚拟化环境下。主要缺点是,hypervisor给处理器带来开销。
在完全虚拟化的环境下,hypervisor运行在裸硬件上,充当主机操作系统;而由hypervisor管理的虚拟服务器运行客户端操作系统(guest OS)。
IBM也有自已的虚拟化产品,Z/VM。
准虚拟
完全虚拟化是处理器密集型技术,因为它要求hypervisor管理各个虚拟服务器,并让它们彼此独立。减轻这种负担的一种方法就是,改动客户操作系统,让它以为自己运行在虚拟环境下,能够与hypervisor协同工作。这种方法就叫准虚拟化(para-virtualization)。
Xen是开源准虚拟化技术的一个例子。操作系统作为虚拟服务器在Xen hypervisor上运行之前,它必须在核心层面进行某些改变。因此,Xen适用于BSD、Linux、Solaris及其他开源操作系统,但不适合对像Windows这些专有的操作系统进行虚拟化处理,因为它们无法改动。
准虚拟化技术的优点是性能高。经过准虚拟化处理的服务器可与hypervisor协同工作,其响应能力几乎不亚于未经过虚拟化处理的服务器。准虚拟化与完全虚拟化相比优点明显,以至于微软和VMware都在开发这项技术,以完善各自的产品。
系统虚拟
实现虚拟化还有一个方法,那就是在操作系统层面增添虚拟服务器功能。Solaris Container就是这方面的一个例子,Virtuozzo/OpenVZ是面向Linux的软件方案。
就操作系统层的虚拟化而言,没有独立的hypervisor层。相反,主机操作系统本身就负责在多个虚拟服务器之间分配硬件资源,并且让这些服务器彼此独立。一个明显的区别是,如果使用操作系统层虚拟化,所有虚拟服务器必须运行同一操作系统(不过每个实例有各自的应用程序和用户账户)。
虽然操作系统层虚拟化的灵活性比较差,但本机速度性能比较高。此外,由于架构在所有虚拟服务器上使用单一、标准的操作系统,管理起来比异构环境要容易。
桌面虚拟
服务器虚拟化主要针对服务器而言,而虚拟化最接近用户的还是要算的上桌面虚拟化了,桌面虚拟化主要功能是将分散的桌面环境集中保存并管理起来,包括桌面环境的集中下发,集中更新,集中管理。桌面虚拟化使得桌面管理变得简单,不用每台终端单独进行维护,每台终端进行更新。终端数据可以集中存储在中心机房里,安全性相对传统桌面应用要高很多。桌面虚拟化可以使得一个人拥有多个桌面环境,也可以把一个桌面环境供多人使用,节省了license。另外,桌面虚拟化依托于服务器虚拟化。没有服务器虚拟化,这个桌面虚拟化的优势将完全没有了。不仅如此,还浪费了许多管理资本。
硬件助力软件
不像大型机,PC的硬件在设计时并没有考虑到虚拟化,而就在不久前,它还是完全由软件来承担这项重任。随着AMD和英特尔推出了最新一代的x86处理器,头一回在CPU层面添加了支持虚拟化的功能。
遗憾的是,这两家公司的技术各自独立开发,这意味着它们的代码不相兼容。不过,硬件虚拟化支持功能让hypervisor从极其繁重的管理事务中脱离出来。这除了提高性能外,还有操作系统不用改动就能在准虚拟化环境下运行,包括Windows环境。
CPU层虚拟化技术不会自动发挥作用。为了专门支持它,必须开发虚拟化软件。不过,因为这种技术的优点非常诱人,预计各种类型的虚拟化软件会源源不断地开发出来。
厂商
随着虚拟化应用变得越来越热门热门,简单分析几大虚拟化厂商之间的优缺点
Citrix公司:Citrix公司是近两年增长非常快的一家公司,他得益于云计算的兴起,Citrix公司主要有三大产品,服务器虚拟化XenServer,优点是便宜,管理一般;应用虚拟化XenAPP,桌面虚拟化Xendesktop。后两者是目前为止最成熟的桌面虚拟化与应用虚拟化厂家。企业级VDI解决方案中不少都是使用Citrix公司的Xendesktop与Xenapp的结合使用。
IBM:在2007年11月的IBM虚拟科技大会上,IBM就提出了“新一代虚拟化”的概念。只是时之今日,成功的案例全并不多见,像陕西榆林地区的中国神华分公司的失败案例到是不少。不过笔者认为IBM虚拟化还是具备以下两点优势:第一,IBM丰富的产品线;对自有品牌良好的兼容性,第二,强大的研发实力,可以提供较全面的咨询方案,只是成本过高,不是每一个客户都这么富有的。加上其对第三方支持兼容较差,运维操作也比较复杂,对于企业来说是把双刃剑。并且IBM所谓的虚拟化只是服务器虚拟化,而非真正的虚拟化。
VMware:做为业内虚拟化领先的厂商VMware公司,一直以其易用性和管理性得到了大家的认同。只是受其架构的影响限制,VMware还主要是在X86平台服务器上有较大优势,而非真正的IT信息虚拟化。加上,其本身只是软件方案解决商,而非像IBM与微软这样拥用各自己阵地用户基础的厂商。所以当前,对于VMware公司来说将面临着多方面的挑战,这其中包括微软、XenSource(被Citrix购得)以及Parallels、IBM公司。所以,未来对于VMware公司来说这条道虚拟化之道能否继续顺风顺水下去还真不好说。
微软:2008年,随着微软Virtualization的正式推出,微软已经拥有了从桌面虚拟化、服务器虚拟化到应用虚拟化、展现层虚拟化的完备的产品线。至此,其全面出击的虚拟化战略已经完全浮出水面。因为,在微软眼中虚拟化绝非简单的加固服务器和降低数据中心的成本。他还意味着帮助更多的IT部门最大化ROI,并在整个企业范围内降低成本,同时强化业务持续性。这也是微软为什么研发了一系列的产品,用以支持整个物理和虚拟基础架构。
并且,近两年随着虚拟化技术的快速发展,虚拟化技术已经走出了局域网,从而延伸到了整个广域网。几大厂商的代理商业越来越重视客户对虚拟化解决方案需求的分析,因此也不局限于仅与一家厂商代理虚拟化产品。
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