一、什么是虛擬化

虛擬化是指計(jì)算機(jī)元件在虛擬的基礎(chǔ)上而不是真實(shí)的基礎(chǔ)上運(yùn)行。虛擬化技術(shù)可以擴(kuò)大硬件的容量，簡(jiǎn)化軟件的重新配置過(guò)程。CPU的虛擬化技術(shù)可以單CPU模擬多CPU并行，允許一個(gè)平臺(tái)同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，并且應(yīng)用程序都可以在相互獨(dú)立的空間內(nèi)運(yùn)行而互不影響，從而顯著提高計(jì)算機(jī)的工作效率。 

二、常見(jiàn)的虛擬化軟件介紹

虛擬化使用軟件的方法重新定義劃分IT資源，可以實(shí)現(xiàn)IT資源的動(dòng)態(tài)分配、靈活調(diào)度、跨域共享，提高IT資源利用率，使IT資源能夠真正成為社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施，服務(wù)于各行各業(yè)中靈活多變的應(yīng)用需求。

1、VmWare ESX

虛擬化方式：完全虛擬化

架構(gòu)：裸金屬架構(gòu)

I/O協(xié)議棧：VMware選擇性能，但是把I/O協(xié)議棧放到了hypervisor里面。不幸的是，VMware kernel是專有的，那就意味著VMware不得不開(kāi)發(fā)和維護(hù)整個(gè)協(xié)議棧，會(huì)導(dǎo)致開(kāi)發(fā)速度會(huì)減慢，你的硬件可能要等一段時(shí)間才會(huì)得到VMware的支持。

架構(gòu)圖:

2、RedHat KVM

虛擬化方式：完全虛擬化

架構(gòu)：寄居架構(gòu)（linux內(nèi)核）;祼金屬架構(gòu)RHEV-H

特點(diǎn)：祼金屬架構(gòu)RHEV-H或在關(guān)鍵的硬盤和網(wǎng)卡上支持半虛擬化VirtIO，達(dá)到最佳性能。

I/O協(xié)議棧：KVM重用了整個(gè)Linux I/O協(xié)議棧，所以KVM的用戶就自然就獲得了最新的驅(qū)動(dòng)和I/O協(xié)議棧的改進(jìn)。

架構(gòu)圖：

3、Citrix XenServer

虛擬化方式：半虛擬化(linux安裝linux);全虛擬化(linux安裝windows),硬件輔助虛擬化

架構(gòu)：裸金屬架構(gòu)

I/O協(xié)議棧：Xen選擇了可維護(hù)這條道路，它將所有的I/O操作放到了Linux guest里面，也就是所謂的domain-0里面。重用Linux來(lái)做I/O, Xen的維護(hù)者就不用重寫整個(gè)I/O協(xié)議棧了。但不幸的是，這樣就犧牲了性能：每一個(gè)中斷都必需經(jīng)過(guò)Xen的調(diào)度，才能切換到domain 0, 并且所有的東西都不得不經(jīng)過(guò)一個(gè)附加層的映射。

架構(gòu)圖：

4、Microsoft Hyper-V

Hyper-V即Hypervisor，它是一種運(yùn)行在基礎(chǔ)物理服務(wù)器和操作系統(tǒng)之間的中間軟件層，可允許多個(gè)操作系統(tǒng)和應(yīng)用共享硬件。也可叫做VMM( virtual machine monitor )，即虛擬機(jī)監(jiān)視器。

Hypervisor是一種在虛擬環(huán)境中的“元”操作系統(tǒng)。他們可以訪問(wèn)服務(wù)器上包括磁盤和內(nèi)存在內(nèi)的所有物理設(shè)備。Hypervisor不但協(xié)調(diào)著這些硬件資源的訪問(wèn)，也同時(shí)在各個(gè)虛擬機(jī)之間施加防護(hù)。當(dāng)服務(wù)器啟動(dòng)并執(zhí)行Hypervisor時(shí)，它會(huì)加載所有虛擬機(jī)客戶端的操作系統(tǒng)同時(shí)會(huì)分配給每一臺(tái)虛擬機(jī)適量的內(nèi)存，CPU，網(wǎng)絡(luò)和磁盤。

虛擬化方式：半虛擬化

架構(gòu)：裸金屬架構(gòu)Hyper-V Server;寄居架構(gòu) Windows 2008

特點(diǎn)：父分區(qū)（宿主機(jī)操作系統(tǒng)）的位置挪到了子分區(qū)（虛擬機(jī)操作系統(tǒng)）的旁邊，宿主機(jī)操作系統(tǒng)和虛擬機(jī)操作系統(tǒng)是平級(jí)的，沒(méi)有誰(shuí)依附誰(shuí)之上的關(guān)系。

I/O協(xié)議棧：虛擬機(jī)看到的所有設(shè)備不再都是虛擬出來(lái)的，有部分的硬件資源是真實(shí)的物理設(shè)備。

架構(gòu)圖：

三、虛擬化技術(shù)分類

1、完全虛擬化

最流行的虛擬化方法，使用Hypervisor這種中間層軟件，在虛擬服務(wù)器和底層硬件之間建立一個(gè)抽象層。

Hypervisor可以捕獲CPU指令，為指令訪問(wèn)硬件控制器和外設(shè)充當(dāng)中介。因而，完全虛擬化技術(shù)幾乎能讓任何一款操作系統(tǒng)不用改動(dòng)就能安裝到虛擬服務(wù)器上，而它們不知道自己運(yùn)行在虛擬化環(huán)境下。主要缺點(diǎn)是，性能方面不如裸機(jī)，因?yàn)镠ypervisor需要占用一些資源，給處理器帶來(lái)開(kāi)銷。

2、準(zhǔn)虛擬化

完全虛擬化是處理器密集型技術(shù)，因?yàn)樗驢ypervisor管理各個(gè)虛擬服務(wù)器，并讓它們彼此獨(dú)立。減輕這種負(fù)擔(dān)的一種方法就是，改動(dòng)客戶操作系統(tǒng)，讓它以為自己運(yùn)行在虛擬環(huán)境下，能夠與Hypervisor協(xié)同工作，這種方法就叫準(zhǔn)虛擬化。

準(zhǔn)虛擬化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是性能高。經(jīng)過(guò)準(zhǔn)虛擬化處理的服務(wù)器可與Hypervisor協(xié)同工作，其響應(yīng)能力幾乎不亞于未經(jīng)過(guò)虛擬化處理的服務(wù)器。它的客戶操作系統(tǒng)(Guest OS)集成了虛擬化方面的代碼。該方法無(wú)需重新編譯或引起陷阱，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)自身能夠與虛擬進(jìn)程進(jìn)行很好的協(xié)作。

3、操作系統(tǒng)層虛擬化

實(shí)現(xiàn)虛擬化還有一個(gè)方法，那就是在操作系統(tǒng)層面增添虛擬服務(wù)器功能。就操作系統(tǒng)層的虛擬化而言，沒(méi)有獨(dú)立的Hypervisor層。相反主機(jī)操作系統(tǒng)本身就負(fù)責(zé)在多個(gè)虛擬服務(wù)器之間分配硬件資源，并且讓這些服務(wù)器彼此獨(dú)立。一個(gè)明顯的區(qū)別是，如果使用操作系統(tǒng)層虛擬化，所有虛擬服務(wù)器必須運(yùn)行同一操作系統(tǒng)。

雖然操作系統(tǒng)層虛擬化的靈活性比較差，但本機(jī)速度性能比較高。此外，由于架構(gòu)在所有虛擬服務(wù)器上使用單一、標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)，管理起來(lái)比異構(gòu)環(huán)境要容易。

4、硬件虛擬化

英特爾虛擬化技術(shù)(IVT，Intel Virtualization Technology)是由英特爾開(kāi)發(fā)的一種虛擬化技術(shù)，利用IVT可以對(duì)在系統(tǒng)上的客操作系統(tǒng)，通過(guò)虛擬機(jī)查看器(VMM，Virtual Machine Monitor)來(lái)虛擬一套硬件設(shè)備，以供客操作系統(tǒng)使用。這些技術(shù)以往在VMware與Virtual PC上都通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，而通過(guò)IVT的硬件支持可以加速此類軟件的進(jìn)行。

AMD虛擬化(AMD Virtualization)，縮寫為“AMD-V”，是AMD為64位的x86架構(gòu)提供的虛擬化擴(kuò)展的名稱，但有時(shí)仍然會(huì)用“Pacifica”(AMD開(kāi)發(fā)這項(xiàng)擴(kuò)展時(shí)的內(nèi)部項(xiàng)目代碼)來(lái)指代它。5、桌面虛擬化

服務(wù)器虛擬化主要針對(duì)服務(wù)器而言，而虛擬化最接近用戶的還是要算的上桌面虛擬化了，桌面虛擬化主要功能是將分散的桌面環(huán)境集中保存并管理起來(lái)，包括桌面環(huán)境的集中下發(fā)，集中更新，集中管理。桌面虛擬化使得桌面管理變得簡(jiǎn)單，不用每臺(tái)終端單獨(dú)進(jìn)行維護(hù)，每臺(tái)終端進(jìn)行更新。終端數(shù)據(jù)可以集中存儲(chǔ)在中心機(jī)房里，安全性相對(duì)傳統(tǒng)桌面應(yīng)用要高很多。桌面虛擬化可以使得一個(gè)人擁有多個(gè)桌面環(huán)境，也可以把一個(gè)桌面環(huán)境供多人使用，節(jié)省了license。另外，桌面虛擬化依托于服務(wù)器虛擬化。沒(méi)有服務(wù)器虛擬化，這個(gè)桌面虛擬化的優(yōu)勢(shì)將完全沒(méi)有了。不僅如此，還浪費(fèi)了許多管理資本。

四、云計(jì)算

云計(jì)算中的虛擬化指的是IaaS層虛擬化解決方案，而不是虛擬機(jī)技術(shù)。IaaS層虛擬化解決方案，要符合IaaS層的基礎(chǔ)特點(diǎn)，除了最基礎(chǔ)的虛擬化軟件之外，還包括，共享存儲(chǔ)服務(wù)，鏡像服務(wù)，身份認(rèn)證服務(wù)，統(tǒng)一監(jiān)控服務(wù)，以及收費(fèi)管理等其他配套的服務(wù)。當(dāng)然，既然是IaaS服務(wù)，必須支持對(duì)外API接口開(kāi)放，支持定制開(kāi)發(fā)。一般來(lái)說(shuō)不是一個(gè)軟件，而是一組軟件組成的整理解決方案。

VMware vSphere是基于VMware虛擬化技術(shù)的虛擬化管理軟件，目前在行業(yè)內(nèi)來(lái)說(shuō)算是最成熟，生產(chǎn)環(huán)境應(yīng)用度最廣的IaaS層虛擬化技術(shù)的解決方案。目前對(duì)整個(gè)集群的虛擬機(jī)監(jiān)控管理也是最好的。(vSphere本身收費(fèi)，而且監(jiān)控軟件還需要單獨(dú)收費(fèi))。

Openstack是基于linux的IaaS層解決方案(支持多種虛擬化技術(shù)，比如KVM)，是目前用戶最多，影響最大的開(kāi)源解決方案，得到了HP，IBM等知名廠商的大力支持，國(guó)內(nèi)的虛擬化解決方案也大部分是基于Openstack開(kāi)發(fā)定制。主要運(yùn)行在cent os和ubuntu server操作系統(tǒng)上。

CloudStack是使用 java開(kāi)發(fā)的基于linux的IaaS層解決方案(支持多種虛擬化技術(shù)，比如KVM)，目前發(fā)展?jié)摿Ψ浅２诲e(cuò)，也得到了很多知名廠商的認(rèn)可，不過(guò)相對(duì)起步比較晚，在國(guó)內(nèi)的推廣度也不如Openstack。

五、虛擬化技術(shù)與云計(jì)算的未來(lái)

不可否認(rèn)，未來(lái)的虛擬化和云計(jì)算發(fā)展將會(huì)是多元化的，包括服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等更多的元素，用戶將無(wú)法分辨哪些是虛，哪些是實(shí)。虛擬化將改變現(xiàn)在的傳統(tǒng)IT架 構(gòu)，而且將互聯(lián)網(wǎng)中的所有資源全部連在一起，形成一個(gè)大的計(jì)算中心，而我們卻不用關(guān)心所有這一切，而只需關(guān)心提供給自己的服務(wù)是否正常。雖然虛擬化技術(shù)前景看好，但是這一過(guò)程還有很長(zhǎng)的路要走，因?yàn)檫€沒(méi)有哪種技術(shù)是不存在潛在缺陷甚至陷阱的。不過(guò)，未來(lái)虛擬化技術(shù)和云計(jì)算將成為市場(chǎng)應(yīng)用發(fā)展的主要方向。

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