服務(wù)器虛擬化

虛擬化是一種方法，本質(zhì)上講是指從邏輯角度而不是物理角度來(lái)對資源進(jìn)行配置，是從單一的邏輯角度來(lái)看待不同的物理資源的方法。以此出發(fā)，虛擬化是一種邏輯角度出發(fā)的資源配置技術(shù)，是物理實(shí)際的邏輯抽象。比如說(shuō)，當前只有一臺計算機，通過(guò)虛擬技術(shù)，在用戶(hù)看來(lái)，可以多臺，每臺都有其各自的CPU、內存、硬盤(pán)等物理資源。

對于用戶(hù)，虛擬化技術(shù)實(shí)現了軟件跟硬件分離，用戶(hù)不需要考慮后臺的具體硬件實(shí)現，而只需在虛擬層環(huán)境上運行自己的系統和軟件。而這些系統和軟件在運行時(shí)，也似乎跟后臺的物理平臺無(wú)關(guān)。

服務(wù)器虛擬化技術(shù)是將服務(wù)器物理資源抽象成邏輯資源，讓一臺服務(wù)器變成幾臺甚至上百臺相互隔離的虛擬服務(wù)器，我們不再受限于物理上的界限，而是讓CPU、內存、磁盤(pán)、I/0等硬件變成可以動(dòng)態(tài)管理的“資源池”，從而提高資源的利用率，簡(jiǎn)化系統管理，實(shí)現服務(wù)器資源整合，讓IT對業(yè)務(wù)的變化更具適應力。

虛擬化的概念在20世紀60年代首次出現，利用它可以對屬于稀有而昂貴資源的大型機硬件進(jìn)行分區。隨著(zhù)時(shí)間的推移，微型計算機和PC可提供更有效、更經(jīng)濟的方法來(lái)分配處理能力，因此到20世紀80年代，虛擬技術(shù)已不再廣泛使用。

但是到了20世紀90年代，研究人員開(kāi)始探索如何利用虛擬化解決與廉價(jià)硬件激增相關(guān)的一些問(wèn)題，例如，利用率不足、管理成本不斷攀升和易受攻擊等。虛擬化技術(shù)處于時(shí)代前沿，可以幫助企業(yè)升級和管理他們在世界各地的IT基礎架構并確保其安全。虛擬化技術(shù)可以擴大硬件的容量，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)平臺同時(shí)運行多個(gè)操作系統，并且應用程序都可以在相互獨立的空間內運行而互不影響，從而顯著(zhù)提高計算機的工作效率。

所有的IT設備，不管是PC、服務(wù)器還是存儲，都有一個(gè)共同點(diǎn)：它們被設計用來(lái)完成一組特定的指令。這些指令組成一個(gè)指令集。對于虛擬技術(shù)而言，“虛擬”實(shí)際上就是指的虛擬這些指令集。虛擬機有許多不同的類(lèi)型，但是它們有一個(gè)共同的主題就是模擬一個(gè)指令集的概念。每個(gè)虛擬機都有一個(gè)用戶(hù)可以訪(fǎng)問(wèn)的指令集。虛擬機把這些虛擬指令“映射”到計算機的實(shí)際指令集。硬分區、軟分區、邏輯分區、Solaris Container、VMware、Ken、微軟Hyper—V這些虛擬技術(shù)都是運用的這個(gè)原理，只是虛擬指令集所處的層次位置不同。無(wú)論哪一種虛擬技術(shù)，都要求需要實(shí)施虛擬化的物理服務(wù)器能夠良好地支持這些的虛擬化指令集。

虛擬化程度

全虛擬化方式

全虛擬化方式(Full Virtualization)是指虛擬管理層對底層硬件進(jìn)行完全模擬，把底層硬件平臺的API完整拷貝并提供給上層虛擬機，虛擬機中的客戶(hù)操作系統和應用無(wú)法感知真實(shí)機器的存在。全虛擬化方式的優(yōu)點(diǎn)是兼容性好，可以在虛擬機上使用任何類(lèi)型的操作系統，客戶(hù)操作系統無(wú)需修改，所有軟件都能在虛擬機中運行；但其缺點(diǎn)是性能開(kāi)銷(xiāo)較大，以軟件來(lái)完全模擬底層硬件必然影響硬件調用的性能。

半虛擬化方式

半虛擬化方式(Para—virtualization)是指虛擬管理層對底層硬件進(jìn)行部分模擬，把底層硬件平臺的低級API用一套高級API來(lái)代替并提供給上層虛擬機，客戶(hù)操作系統需要支持底層硬件。這樣，虛擬機在運行時(shí)可減少用戶(hù)模式(User Mode)和特權模式(Supervisor Mode)之間的切換，從而降低運行時(shí)的開(kāi)銷(xiāo)。例如，虛擬化軟件XEN就是使用了半虛擬化方式。

服務(wù)器虛擬化的實(shí)現技術(shù)

實(shí)現虛擬化的技術(shù)主要有純軟件的虛擬化技術(shù)和硬件輔助虛擬化技術(shù)兩種。前者是當前主流的虛擬化技術(shù)，具有成熟的應用，硬件輔助虛擬化技術(shù)是今后的發(fā)展方向。

軟件虛擬化技術(shù)

傳統的計算機層次結構分為三層，即硬件層(Hardware Layer)、主機操作系統層(HostOS Layer)和應用層(Application Layer)。在這種結構中，主機操作系統統一控制、管理和分配整個(gè)計算機的硬件和軟件資源，這種結構的缺點(diǎn)主要在于未能充分發(fā)揮CPU的性能，利用率較低；還有就是一臺計算機無(wú)法滿(mǎn)足同時(shí)運行多平臺的應用需求，如果對于一種不同的應用程序采用一臺獨立的物理服務(wù)器，解決方案是增加服務(wù)器的數量，這無(wú)疑將增加投資成本。

服務(wù)器虛擬化技術(shù)采用純軟件的方法，就是在硬件層之上仍然安裝被稱(chēng)為主機操作系統的系統，在其上部署虛擬機軟件(Virtual Machine Software，VMS)，根據實(shí)際應用需求，VMS可以將物理計算機虛擬出多個(gè)分區，每一個(gè)分區稱(chēng)為一個(gè)虛擬機(Virtual Machine，VM)。虛擬機具有完整的計算機應用環(huán)境，包括硬件層(由VMS提供)、驅動(dòng)接口層(由VMS提供)、操作系統(Guest OS Layer)及應用層(Applications)，都是建立在計算機的應

用環(huán)境上，屬于用戶(hù)級軟件。這樣用戶(hù)可以“隨心所欲”地安裝應用程序。實(shí)現這種虛擬化技術(shù)關(guān)鍵在于虛擬機軟件的可靠性。

對于一臺獨立的物理服務(wù)器，在這臺服務(wù)器上安裝操作系統，在操作系統安裝相應的應用程序，這種傳統架構是一臺獨立的物理服務(wù)器作為一種應用程序服務(wù)器使用。服務(wù)器虛擬化之后，一臺獨立物理服務(wù)器的資料被虛擬化為若干個(gè)獨立的主機，這些主機可以單獨安裝其他的操作系統，在操作系統之上又可以分別安裝各種不同的應用程序。

基于軟件虛擬化技術(shù)實(shí)現的虛擬機軟件主要有VMware的Workstation、Microsoft的Hvper-V、Parallels等，這些軟件在近年來(lái)得到了迅速的推廣和應用。

硬件虛擬化技術(shù)

硬件輔助虛擬化技術(shù)源于Intel公布的Vanderpool技術(shù)，即VT技術(shù)，該技術(shù)對于服務(wù)器系統，包括處理器VT技術(shù)和IO虛擬分配技術(shù)進(jìn)行了規范。Intel和AMD公司發(fā)布的CPU產(chǎn)品中都集成了VT技術(shù)，為進(jìn)一步推動(dòng)和發(fā)展虛擬化計算環(huán)境提供了硬件支持。 

虛擬化技術(shù)的特點(diǎn)

由于虛擬化技術(shù)將物理服務(wù)器進(jìn)行了抽象，形成邏輯上的服務(wù)器，因而有助于我們更好管理服務(wù)器的計算資源，與傳統應用相比．有以下四大突出的特征。

(1)分區：將物理服務(wù)器進(jìn)行虛擬化后。使得在一個(gè)物理服務(wù)器上同時(shí)運行多操作系統，每個(gè)操作系統單獨運行在一臺虛擬機，通過(guò)在多個(gè)虛機之間劃分系統資源以滿(mǎn)足使用需求，顯然，這將提高服務(wù)器的利用效率。

(2)隔離：由于在硬件層實(shí)現了虛擬機之間的故障和安全隔離，因而因操作系統或應用軟件帶來(lái)的安全問(wèn)題能夠更好地進(jìn)行隔離，更好地保證安全性。而且通過(guò)高級資源調控還能動(dòng)態(tài)地保證不同虛機的性能。

(3)封裝：運行的每個(gè)虛機都被封裝為文件，這樣在移動(dòng)和復制虛機時(shí)就如同移動(dòng)和復制文件一樣簡(jiǎn)單，提高管理和部署的便利。

(4)硬件獨立性：虛擬機可以在異構硬件安裝和移動(dòng)，基于虛擬化技術(shù)，可以在A(yíng)MD或Intel架構的服務(wù)器上進(jìn)行不同操作系統的安裝和移動(dòng)，可以更好地整合現有的異構硬件資源來(lái)提高使用效率和節約投資。

虛擬化技術(shù)應用

基于服務(wù)器虛擬化技術(shù)所體現的特點(diǎn)，采用虛擬化技術(shù)帶來(lái)的好處非常明顯通過(guò)整合物理服務(wù)器，提高的資源利用率相當充分，絕大多數應用的傳統部署利用率不超過(guò)10%，虛擬化后利用率往往超過(guò)70%；此外，虛擬化意味著(zhù)降低成本，節能減排，成為構建綠色IT的必然選擇，因為數據中心每減少一臺服務(wù)器，可以降低約4 t的二氧化碳排放量，這相當于減少了1．5輛在路上行駛的汽車(chē)或多種植55棵樹(shù)木，對于環(huán)境的保護意義非凡；虛擬化實(shí)現上是對物理硬件進(jìn)行抽象，形成池化的計算資源，使得用戶(hù)面對多臺服務(wù)器時(shí)的管理復雜度大大降低．將大幅節約在傳統架構上的管理成本。正是基于這些優(yōu)勢，虛擬化技術(shù)得到廣泛認可和應用。不僅服務(wù)器被廣泛進(jìn)行虛擬化．由于云計算的驅動(dòng)，傳統的桌面PC也以新的虛擬化應用方式提供，存儲、網(wǎng)絡(luò )也被虛擬化，以全池化的形式進(jìn)行資源的分配和管理，通過(guò)虛擬化層的軟件重新對數據中心的建設和應用方式進(jìn)行定義。