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探究云計算關鍵技術「虛擬化技術」

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作者:云說君來源:Cloud云說


隨著企業的成長,業務和應用的不斷增加,IT 系統規模日益龐大,帶來高能耗、數據中心空間緊張、IT 系統總體擁有成本過高等問題;而現有服務器、存儲系統等設備又沒有充分被利用起來,資源極度浪費;IT 基礎架構對業務需求反映不夠靈活,不能有效第調配系統資源適應業務需求。因此,企業需要建立一種可以降低成本、具有智能化和安全特性、并能夠與當前業務環境相適應的靈活、動態的基礎設施和應用環境,以更為快速地響應業務環境的變化,并且降低數據中心的運營成本。

虛擬化技術是一種調配計算資源的方法,它將應用系統的不同層面——硬件、軟件、數據、網絡、存儲等一一隔離開來,從而打破數據中心、服務器、存儲、網絡、數據和應用中的物理設備之間的劃分,實現架構動態化,并達到集中管理和動態使用物理資源及虛擬化資源,以提高系統結構的彈性和靈活性,降低成本、改進服務、減少管理風險等目的。

計算機的虛擬化使單個計算機看起來像多個計算機或完全不同的計算機,從而提高資源利用率并降低 IT 成本。而隨著 IT 架構的復雜化和企業應用計算需求的急劇加大,虛擬化技術發展到了多臺計算機看起來像一臺計算機以實現統一的管理、調配和監控。

認識虛擬化技術

一、虛擬化的起源

傳統構架是在每臺物理機器上僅能擁有一個操作系統,而且多數情況下僅有一個負載。很難在服務器上運行多個主應用程序,因為如果這樣做,則可能會產生沖突和性能問題。實際上,當前計算的最佳做法是每個服務器僅運行一個應用程序以避免這些問題。但是,這么做的結果是大多數時間利用率很低。如前面所討論,我們浪費了所購買的大部分計算能力。您必須在浪費硬件和降低風險間尋找平衡。隨著業務的增長,隨之而來的成本壓力也變化,相關管理效率也會變低,需消耗的資源也會變大。

企業實施虛擬化戰略的核心目的就是提高 IT 部門作為業務支持部門的工作效率,達到節約成本與提高效率并重的目的。虛擬化的重要使命之一就是提高管理效率,從而降低成本、提高硬件使用率,把管理變得更加輕松。虛擬化的主攻方向集中在減少實體服務器的建置數量,并將實體機器上的操作系統及應用程序,無縫轉移至虛擬機器上,以便集中管理這些不同平臺的虛擬環境。

虛擬化發展由來

  • 60 年代在大型機上虛擬技術已經有所應用

  • 99 年在小型機上已經出現邏輯分區的應用

  • 2000 年 x86 平臺虛擬技術開始出現

  • 2001 年 x86 平臺虛擬化技術在服務器上應用

虛擬化技術推動力

  • CPU 速度越來越快,超出軟件對硬件性能的要求

  • INTEL 和 AMD 在 CPU 里加入虛擬指令

  • 企業成本壓力

  • 環保壓力

  • 不斷增長的業務壓力

二、什么是虛擬化

虛擬化(Virtualization)是資源的邏輯表示,其不受物理限制的約束

虛擬化技術的實現是在系統中加入一個虛擬化層,將下層的資源抽象成另一種形式的資源,提供給上層應用

虛擬化的優勢:

  • 提高硬件利用率

  • 降低能耗,綠色節能

  • 提高 IT 運維效率,系統管理人員減少

  • 操作系統和硬件的解耦

三、虛擬化的本質

  • 分區

分區意味著虛擬化層為多個虛擬機劃分服務器資源的能力;每個虛擬機可以同時運行一個單獨的操作系統(相同或不同的操作系統),使您能夠在一臺服務器上運行多個應用程序;每個操作系統只能看到虛擬化層為其提供的「虛擬硬件」(虛擬網卡、CPU、內存等),以使它認為運行在自己的專用服務器上。

  • 隔離:虛擬機是互相隔離的:

i. 一個虛擬機的崩?;蜆收?例如,操作系統故障、應用程序崩潰、驅動程序故障,等等)不會影響同一服務器上的其它虛擬機

ii. 一個虛擬機中的病毒、蠕蟲等與其它虛擬機相隔離,就像每個虛擬機都位于單獨的物理機器上一樣

iii. 可以進行資源控制以提供性能隔離:您可以為每個虛擬機指定最小和最大資源使用量,以確保某個虛擬機不會占用所有的資源而使得同一系統中的其它虛擬機無資源可用

iv. 可以在單一機器上同時運行多個負載/應用程序/操作系統,而不會出現我們剛才討論傳統 x86 服務器體系結構的局限性時所提到的那些問題(應用程序沖突、DLL 沖突等)

  • 封裝

封裝意味著將整個虛擬機(硬件配置、BIOS 配置、內存狀態、磁盤狀態、CPU 狀態)儲存在獨立于物理硬件的一小組文件中。這樣,您只需復制幾個文件就可以隨時隨地根據需要復制、保存和移動虛擬機。

四、虛擬化幾個重要的概念

  • 宿主(Host Machine):指物理機資源

  • 客戶(Guest Machine):指虛擬機資源

  • Guest OS 和 Host OS:如果將一個物理機虛擬成多個虛擬機,則稱物理機為 Host Machine,運行在其上的 OS 為 Host OS;稱多個虛擬機為 Guest Machine,運行在其上的 OS 為 Guest OS

  • Hypervisor:通過虛擬化層的模擬,虛擬機在上層軟件看來就是一個真實的機器,這個虛擬化層一般稱為虛擬機監控機(Virtual Machine Monitor,VMM)

五、虛擬化類型與主要內容

類型

  • 寄居虛擬化:虛擬化管理軟件作為底層操作系統(Windows 或 Linux 等)上的一個普通應用程序,然后通過其創建相應的虛擬機,共享底層服務器資源。

  • 裸金屬虛擬化:Hypervisor 是指直接運行于物理硬件之上的虛擬機監控程序。它主要實現兩個基本功能:首先是識別、捕獲和響應虛擬機所發出的 CPU 特權指令或?;ぶ噶?其次,它負責處理虛擬機隊列和調度,并將物理硬件的處理結果返回給相應的虛擬機。

  • 操作系統虛擬化:沒有獨立的 hypervisor 層。相反,主機操作系統本身就負責在多個虛擬服務器之間分配硬件資源,并且讓這些服務器彼此獨立。一個明顯的區別是,如果使用操作系統層虛擬化,所有虛擬服務器必須運行同一操作系統 (不過每個實例有各自的應用程序和用戶賬戶)

虛擬化主要內容包含三個方面的內容:計算虛擬化、存儲虛擬化和網絡虛擬化。