虛擬化的綜述講述講解

1、虛擬化綜述1 虛擬化技術(shù)概念1. 指在計(jì)算機(jī)上模擬運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)平臺，更多時(shí)候強(qiáng)調(diào)的是虛擬計(jì)算資源。2. 虛擬化就是把實(shí)體資源轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嬌峡梢怨芾淼馁Y源，以打破實(shí)體結(jié)構(gòu)間的壁壘。就其本質(zhì)而言屬于一種資源管理技術(shù)。2 虛擬技術(shù)分類v 按照應(yīng)用領(lǐng)域來劃分：服務(wù)器虛擬化、存儲虛擬化、平臺虛擬化、桌面虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、CPU虛擬化、文件虛擬化等。1. 服務(wù)器虛擬化：應(yīng)用了硬件虛擬化和操作系統(tǒng)虛擬化技術(shù)，在一臺服務(wù)器運(yùn)行安裝多個(gè)操作系統(tǒng)，并且可以同時(shí)運(yùn)行，就相當(dāng)于多臺服務(wù)器同時(shí)運(yùn)行了，利用率大大提高。 1.1操作系統(tǒng)級虛擬化：在操作系統(tǒng)層面增添虛擬服務(wù)器功能。 1.2半虛擬化：改動客戶操作系統(tǒng)，讓它

2、以為自己運(yùn)行在虛擬環(huán)境下，能夠與hypervisor協(xié)同工作。 1.3全虛擬化：使用hypervisor在VM和底層硬件之間建立一個(gè)抽象層，hypervisor捕獲CPU指令，為指令訪問硬件控制器和外設(shè)充當(dāng)中介。2. 存儲虛擬化：將企業(yè)信息化基礎(chǔ)設(shè)施中的所有存儲資源整合為一個(gè)大的存儲系統(tǒng)，通過統(tǒng)一存儲數(shù)據(jù)和管理存儲空間對外以透明的方式提供存儲服務(wù)，根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)對存儲速率和訪問要求的不同，提供不同的存取方式。 2.1對稱式（帶內(nèi)管理）：虛擬存儲控制設(shè)備與存儲軟件系統(tǒng)、交換設(shè)備集成為一個(gè)整體，內(nèi)嵌在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸路徑中。 2.2非對稱式（帶外管理）：虛擬存儲控制設(shè)備獨(dú)立于數(shù)據(jù)傳輸路徑之外。3. 平臺

3、虛擬化：集成各種開發(fā)資源虛擬出的一個(gè)面向開發(fā)人員的統(tǒng)一接口，軟件開發(fā)人員可以方便地在這個(gè)虛擬平臺中開發(fā)各種應(yīng)用并嵌入到云計(jì)算系統(tǒng)中，使其成為新的云服務(wù)供用戶使用。4. 桌面虛擬化：在服務(wù)器上部署好桌面環(huán)境，傳輸?shù)娇蛻舳穗娔X上，而客戶端只采用瘦客戶機(jī)的應(yīng)用模式，即只安裝操作系統(tǒng)，接受服務(wù)器傳輸來的虛擬桌面，用戶看到的就像本地真實(shí)環(huán)境一樣，所有的使用其實(shí)是對服務(wù)器上的桌面進(jìn)行操作。5. CPU虛擬化：對硬件虛擬化方案的優(yōu)化和加強(qiáng)。以前是用虛擬化軟件把一個(gè)CPU虛擬成多個(gè)CPU，而CPU虛擬化直接從硬件層面實(shí)現(xiàn)。無論任何時(shí)間一個(gè)物理CPU只能運(yùn)行一個(gè)虛擬CPU的指令。而多個(gè)虛擬機(jī)同時(shí)提供服務(wù)將會大大

4、提高物理CPU的利用率，這樣大大提高的性能。6. 內(nèi)存虛擬化：統(tǒng)一管理物理內(nèi)存，將其包裝成多個(gè)虛擬的物理內(nèi)存分別供給若干個(gè)虛擬機(jī)使用，使得每個(gè)虛擬機(jī)擁有各自獨(dú)立的內(nèi)存空間，互不干擾。 6.1基于軟件的內(nèi)存虛擬化：影子頁表法 6.2硬件輔助虛擬化VT-x 6.3類虛擬化：頁表寫入法7. 網(wǎng)絡(luò)虛擬化，一般是指VPN，它將兩個(gè)異地的局域網(wǎng)，虛擬成一個(gè)局域網(wǎng)，這樣一些企業(yè)的OA、B/S軟件，就可以像真實(shí)局域網(wǎng)一樣進(jìn)行電腦互訪了。7.1縱向分割：多種應(yīng)用承載在一張物理網(wǎng)絡(luò)上，通過網(wǎng)絡(luò)虛擬化分割(稱為縱向分割)功能使得不同企業(yè)機(jī)構(gòu)相互隔離，但可在同一網(wǎng)絡(luò)上訪問自身應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)了將物理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行邏輯縱向分割

5、虛擬化為多個(gè)網(wǎng)絡(luò)。7.2橫向分割：多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)承載上層應(yīng)用，基于冗余的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)帶來復(fù)雜性，而將多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行整合(稱為橫向整合)，虛擬化成一臺邏輯設(shè)備，提升數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)可用性、節(jié)點(diǎn)性能的同時(shí)將極大簡化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。8. 文件虛擬化，是將分布在多臺電腦的文件數(shù)據(jù)虛擬成一臺電腦上的，這樣以前找文件要去不同的機(jī)器上查找，而現(xiàn)在則像在一臺電腦上操作一樣。9. 應(yīng)用軟件虛擬化，將應(yīng)用軟件從操作系統(tǒng)中分離出來，通過自己壓縮后的可執(zhí)行文件夾來運(yùn)行，而不必需要任何設(shè)備驅(qū)動程序或者與用戶的文件系統(tǒng)相連，借助于這種技術(shù)，用戶可以減小應(yīng)用軟件的安全隱患和維護(hù)成本，以及進(jìn)行合理的數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)。v 按照實(shí)現(xiàn)層次來劃分：

6、硬件虛擬化、操作系統(tǒng)虛擬化、應(yīng)用程序虛擬化。1. 硬件虛擬化：硬件虛擬化就是用軟件來虛擬一臺標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的硬件配置，如CPU、內(nèi)存、硬盤、聲卡、顯卡、光驅(qū)等，成為一臺虛擬的裸機(jī)，繼而在上面安裝操作系統(tǒng)。為虛擬機(jī)分配的硬件資源要占用實(shí)際硬件的資源，對性能損耗也較大。因?yàn)槭窃谙到y(tǒng)里安裝虛擬化軟件，再在虛擬的計(jì)算機(jī)上裝系統(tǒng)，所以就有原系統(tǒng)和虛擬化軟件兩層消耗，為了提高性能，出現(xiàn)了另外一種硬件虛擬化形式：直接在裸機(jī)上安裝虛擬化軟件，然后安裝多個(gè)系統(tǒng)，并同時(shí)運(yùn)行。2. 操作系統(tǒng)虛擬化：操作系統(tǒng)虛擬化就是以一個(gè)系統(tǒng)為母體，克隆出多個(gè)系統(tǒng)。它比硬件虛擬化要靈活方便，因?yàn)橹恍柙谙到y(tǒng)里裝一個(gè)虛擬化軟件，就能以原系

7、統(tǒng)為樣本很快克隆出系統(tǒng)，克隆出的系統(tǒng)與原系統(tǒng)除一些ID標(biāo)識外，其余都一樣。3. 指令集虛擬化：通過純軟件的方式模擬各種不同硬件的指令集來達(dá)到虛擬化的目的，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是可以完全的模擬出所需要虛擬設(shè)備的所有特性，這樣必然會帶來的一個(gè)缺點(diǎn)就是性能太差，而且實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。3 虛擬技術(shù)發(fā)展1. VCE聯(lián)盟的成立2009年11月9日，思科、EMC、VMware三家共同組成，英特爾公司參股的Acadia公司正式成立，而三家主要合作公司更建立了虛擬計(jì)算環(huán)境聯(lián)盟VCE（VirtualComputingEnvironment），當(dāng)然這個(gè)聯(lián)盟的首字母縮寫也是這三個(gè)IT巨頭的縮寫，并推出了其類似于虛擬化架構(gòu)基礎(chǔ)軟件包

8、的Vblock基礎(chǔ)架構(gòu)包，其整合了思科的統(tǒng)一計(jì)算系統(tǒng)（UCS）的和交換機(jī)，EMC存儲和安全以及VMware虛擬化技術(shù)。Vblock基礎(chǔ)架構(gòu)包是一個(gè)完全集成、經(jīng)過測試和驗(yàn)證的、整裝待發(fā)和蓄勢成長的基礎(chǔ)架構(gòu)包，它融合了思科、EMC和VMware提供的業(yè)內(nèi)最強(qiáng)的虛擬化、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲、安全和管理技術(shù)，并且具備端到端的供應(yīng)商可靠性。通過思科的統(tǒng)一計(jì)算系統(tǒng)、EMC的虛擬化數(shù)據(jù)中心概念機(jī)存儲系統(tǒng)以及控制著絕大部分X86環(huán)境下虛擬化應(yīng)用的VMware虛擬化產(chǎn)品，將通過Vblock基礎(chǔ)架構(gòu)包這是“虛擬計(jì)算環(huán)境聯(lián)盟”所推出的產(chǎn)品，以整合的概念推廣到用戶中。這三家虛擬化巨頭的結(jié)盟，將會給虛擬化產(chǎn)業(yè)帶來深遠(yuǎn)的影響

9、。2. 云計(jì)算時(shí)代的虛擬化技術(shù)通過提供靈活、自助服務(wù)式的IT基礎(chǔ)架構(gòu)，云計(jì)算促使信息處理方式發(fā)生了革命性的轉(zhuǎn)變。在這場變革中，虛擬化技術(shù)發(fā)揮了決定性作用。它所帶來的獨(dú)立性、高度整合性和移動性，改變了當(dāng)前的IT基礎(chǔ)架構(gòu)、流程以及成本。通過消除長期存在于應(yīng)用層與物理主機(jī)之間的障礙，虛擬化使部署更為輕松便捷，工作負(fù)載的移動性顯著增強(qiáng)。當(dāng)虛擬化技術(shù)推廣到互聯(lián)網(wǎng)時(shí)，就是我們所說的云計(jì)算了。云計(jì)算能給企業(yè)帶來兩大價(jià)值：一是企業(yè)可以獲得應(yīng)用所需的足夠多的計(jì)算能力，而且無須對支持這一計(jì)算能力的IT基礎(chǔ)設(shè)施付出相應(yīng)的原始投資成本，現(xiàn)在很多企業(yè)往往都無法負(fù)擔(dān)高額的基礎(chǔ)設(shè)施投資成本；二是在需要時(shí)像購買服務(wù)一樣購買這

10、種計(jì)算能力，按照流量付費(fèi)即可，用戶不用擔(dān)心計(jì)算設(shè)備與資源的日常維護(hù)開銷和閑置成本?，F(xiàn)在，很多軟件開發(fā)企業(yè)、服務(wù)外包企業(yè)、科研單位等都需要擁有處理大數(shù)據(jù)量的計(jì)算能力，因此他們對云計(jì)算存在現(xiàn)實(shí)而迫切的需求?？梢哉f，云計(jì)算改變了企業(yè)對計(jì)算資源的采購和使用方式，改變了對IT應(yīng)用建設(shè)的模式。3. 未來發(fā)展趨勢虛擬化將從三個(gè)方面發(fā)展：1）基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)（稱為InfrastructureServices），可以將服務(wù)器、存儲設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)無縫聚合為按需使用云資源池，并將其分配給最需要它們的應(yīng)用程序。2）應(yīng)用程序服務(wù)（稱為ApplicationServices），可以充分確保所有應(yīng)用程序的可用性、安全性和擴(kuò)展性保持

11、在合適的級別，無論這些應(yīng)用程序是針對哪些操作系統(tǒng)、開發(fā)框架或架構(gòu)所設(shè)計(jì)運(yùn)行。3）云服務(wù)（稱為CloudServices），可以混合多個(gè)內(nèi)部云和外部云，形成統(tǒng)一的計(jì)算力資源池，實(shí)現(xiàn)基于計(jì)算力的按需使用，按需收費(fèi)，最終實(shí)現(xiàn)云計(jì)算。4 虛擬化特征關(guān)鍵特征有：一致性、可控性、高效性，具體表現(xiàn)為：1. 分區(qū)：虛擬機(jī)完全兼容標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)，以及在這些操作系統(tǒng)之上建立的硬件驅(qū)動和應(yīng)用。在一個(gè)物理系統(tǒng)中可以支持多個(gè)應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)可在擴(kuò)展或擴(kuò)張?bào)w系結(jié)構(gòu)中將服務(wù)器整合到虛擬機(jī)中計(jì)算資源被視為以可控方式分配給虛擬機(jī)的統(tǒng)一池2. 隔離：每一個(gè)虛擬機(jī)都與同在一個(gè)服務(wù)器上的其他虛擬機(jī)相隔離。 虛擬機(jī)與主機(jī)和其他虛擬機(jī)

12、完全隔離。如果一個(gè)虛擬機(jī)崩潰，所有其他虛擬機(jī)不會受到影響 虛擬機(jī)之間不會泄露數(shù)據(jù)，而且應(yīng)用程序只能通過配置的網(wǎng)絡(luò)連接進(jìn)行通信3. 硬件獨(dú)立：在其他服務(wù)器上不加修改的運(yùn)行虛擬機(jī)。4. 封裝：將整個(gè)系統(tǒng)，包括硬件配置、操作系統(tǒng)以及應(yīng)用等封裝在文件里。完整的虛擬機(jī)環(huán)境保存為單個(gè)文件；便于進(jìn)行備份、移動和復(fù)制為應(yīng)用程序提供標(biāo)準(zhǔn)化的虛擬硬件，可保證兼容性5 虛擬化優(yōu)勢1. 大大提高資源的利用率為了達(dá)到資源的最大利用，虛擬化把一個(gè)硬件虛擬成多個(gè)硬件，這里的一個(gè)硬件指的不是一個(gè)個(gè)體，而是有多個(gè)個(gè)體組成的一組資源。用戶將許多資源組成一個(gè)龐大的、計(jì)算能力十分巨大的“巨型計(jì)算機(jī)”，再將這個(gè)巨型計(jì)算機(jī)虛擬成多個(gè)獨(dú)立

13、的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)相互獨(dú)立，但共享資源，這就是虛擬化的精髓。傳統(tǒng)的IT企業(yè)為每一項(xiàng)業(yè)務(wù)應(yīng)用部署一臺單獨(dú)的服務(wù)器，服務(wù)器的規(guī)模通常是針對峰值配置，服務(wù)器規(guī)模（處理能力）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于服務(wù)器的平均負(fù)載，服務(wù)器在大部分時(shí)間處于空閑狀態(tài)，資源得不到最大利用。虛擬化技術(shù)能夠動態(tài)調(diào)用空閑資源，減小服務(wù)器規(guī)模，提高資源利用率。2. 提供相互隔離、安全、高效的應(yīng)用執(zhí)行環(huán)境用戶可以在一臺計(jì)算機(jī)上模擬多個(gè)系統(tǒng)，多個(gè)不同的操作系統(tǒng)，虛擬系統(tǒng)下的各個(gè)子系統(tǒng)相互獨(dú)立，即使一個(gè)子系統(tǒng)遭受攻擊而崩潰，也不會對其他系統(tǒng)造成影響，而且，在使用備份機(jī)制后，子系統(tǒng)可以被快速的恢復(fù)。同時(shí)，應(yīng)用執(zhí)行環(huán)境簡單易行，大大提高了工作效率，降低總體投資成本。3. 虛擬化系統(tǒng)能夠方便地管理和升級資源傳統(tǒng)的IT服務(wù)器資源是硬件相對獨(dú)立的個(gè)體，對每一個(gè)資源都要進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)和升級，會耗費(fèi)企業(yè)大量的人力和物力，虛擬化系統(tǒng)將資源整合，在管理上十分方便，在升級時(shí)只需添加動作，避開傳統(tǒng)企業(yè)進(jìn)行容量規(guī)劃、定制服務(wù)器、安裝硬件等工作，提高了工作效率。6 總結(jié)虛擬化技術(shù)現(xiàn)在主要的一個(gè)焦點(diǎn)是服務(wù)器和操作系統(tǒng)的虛擬化，比如像Linux,虛擬化給性能,可移植性和復(fù)雜性提供了許多選項(xiàng).這也意味者你能夠?yàn)槟愕膽?yīng)用程序和項(xiàng)目選擇最合適的虛擬化方法。但隨著近年來Linux桌面技術(shù)的快速，虛擬化另一個(gè)新的而且重要的領(lǐng)域個(gè)人電