隨著企業(yè)的成長(zhǎng)，業(yè)務(wù)和應(yīng)用的不斷增加，IT 系統(tǒng)規(guī)模日益龐大，帶來高能耗、數(shù)據(jù)中心空間緊張、IT 系統(tǒng)總體擁有成本過高等問題;而現(xiàn)有服務(wù)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)等設(shè)備又沒有充分被利用起來，資源極度浪費(fèi);IT 基礎(chǔ)架構(gòu)對(duì)業(yè)務(wù)需求反映不夠靈活，不能有效第調(diào)配系統(tǒng)資源適應(yīng)業(yè)務(wù)需求。因此，企業(yè)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(dāng)前業(yè)務(wù)環(huán)境相適應(yīng)的靈活、動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用環(huán)境，以更為快速地響應(yīng)業(yè)務(wù)環(huán)境的變化，并且降低數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營成本。

虛擬化技術(shù)是一種調(diào)配計(jì)算資源的方法，它將應(yīng)用系統(tǒng)的不同層面——硬件、軟件、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)等一一隔離開來，從而打破數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)和應(yīng)用中的物理設(shè)備之間的劃分，實(shí)現(xiàn)架構(gòu)動(dòng)態(tài)化，并達(dá)到集中管理和動(dòng)態(tài)使用物理資源及虛擬化資源，以提高系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的彈性和靈活性，降低成本、改進(jìn)服務(wù)、減少管理風(fēng)險(xiǎn)等目的。

計(jì)算機(jī)的虛擬化使單個(gè)計(jì)算機(jī)看起來像多個(gè)計(jì)算機(jī)或完全不同的計(jì)算機(jī)，從而提高資源利用率并降低 IT 成本。而隨著 IT 架構(gòu)的復(fù)雜化和企業(yè)應(yīng)用計(jì)算需求的急劇加大，虛擬化技術(shù)發(fā)展到了多臺(tái)計(jì)算機(jī)看起來像一臺(tái)計(jì)算機(jī)以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的管理、調(diào)配和監(jiān)控。

認(rèn)識(shí)虛擬化技術(shù)

一、虛擬化的起源

傳統(tǒng)構(gòu)架是在每臺(tái)物理機(jī)器上僅能擁有一個(gè)操作系統(tǒng)，而且多數(shù)情況下僅有一個(gè)負(fù)載。很難在服務(wù)器上運(yùn)行多個(gè)主應(yīng)用程序，因?yàn)槿绻@樣做，則可能會(huì)產(chǎn)生沖突和性能問題。實(shí)際上，當(dāng)前計(jì)算的最佳做法是每個(gè)服務(wù)器僅運(yùn)行一個(gè)應(yīng)用程序以避免這些問題。但是，這么做的結(jié)果是大多數(shù)時(shí)間利用率很低。如前面所討論，我們浪費(fèi)了所購買的大部分計(jì)算能力。您必須在浪費(fèi)硬件和降低風(fēng)險(xiǎn)間尋找平衡。隨著業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)，隨之而來的成本壓力也變化，相關(guān)管理效率也會(huì)變低，需消耗的資源也會(huì)變大。

企業(yè)實(shí)施虛擬化戰(zhàn)略的核心目的就是提高 IT 部門作為業(yè)務(wù)支持部門的工作效率，達(dá)到節(jié)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(shí)體服務(wù)器的建置數(shù)量，并將實(shí)體機(jī)器上的操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序，無縫轉(zhuǎn)移至虛擬機(jī)器上，以便集中管理這些不同平臺(tái)的虛擬環(huán)境。

虛擬化發(fā)展由來

• 60 年代在大型機(jī)上虛擬技術(shù)已經(jīng)有所應(yīng)用

• 99 年在小型機(jī)上已經(jīng)出現(xiàn)邏輯分區(qū)的應(yīng)用

• 2000 年 x86 平臺(tái)虛擬技術(shù)開始出現(xiàn)

• 2001 年 x86 平臺(tái)虛擬化技術(shù)在服務(wù)器上應(yīng)用

虛擬化技術(shù)推動(dòng)力

• CPU 速度越來越快，超出軟件對(duì)硬件性能的要求

• INTEL 和 AMD 在 CPU 里加入虛擬指令

• 企業(yè)成本壓力

• 環(huán)保壓力

• 不斷增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)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(shù)的實(shí)現(xiàn)是在系統(tǒng)中加入一個(gè)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(yīng)用

虛擬化的優(yōu)勢(shì)：

• 提高硬件利用率

• 降低能耗，綠色節(jié)能

• 提高 IT 運(yùn)維效率，系統(tǒng)管理人員減少

• 操作系統(tǒng)和硬件的解耦

三、虛擬化的本質(zhì)

• 分區(qū)

分區(qū)意味著虛擬化層為多個(gè)虛擬機(jī)劃分服務(wù)器資源的能力;每個(gè)虛擬機(jī)可以同時(shí)運(yùn)行一個(gè)單獨(dú)的操作系統(tǒng)(相同或不同的操作系統(tǒng))，使您能夠在一臺(tái)服務(wù)器上運(yùn)行多個(gè)應(yīng)用程序;每個(gè)操作系統(tǒng)只能看到虛擬化層為其提供的「虛擬硬件」(虛擬網(wǎng)卡、CPU、內(nèi)存等)，以使它認(rèn)為運(yùn)行在自己的專用服務(wù)器上。

• 隔離：虛擬機(jī)是互相隔離的：

i. 一個(gè)虛擬機(jī)的崩潰或故障(例如，操作系統(tǒng)故障、應(yīng)用程序崩潰、驅(qū)動(dòng)程序故障，等等)不會(huì)影響同一服務(wù)器上的其它虛擬機(jī)

ii. 一個(gè)虛擬機(jī)中的病毒、蠕蟲等與其它虛擬機(jī)相隔離，就像每個(gè)虛擬機(jī)都位于單獨(dú)的物理機(jī)器上一樣

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

iv. 可以在單一機(jī)器上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)負(fù)載/應(yīng)用程序/操作系統(tǒng)，而不會(huì)出現(xiàn)我們剛才討論傳統(tǒng) x86 服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)的局限性時(shí)所提到的那些問題(應(yīng)用程序沖突、DLL 沖突等)

• 封裝

封裝意味著將整個(gè)虛擬機(jī)(硬件配置、BIOS 配置、內(nèi)存狀態(tài)、磁盤狀態(tài)、CPU 狀態(tài))儲(chǔ)存在獨(dú)立于物理硬件的一小組文件中。這樣，您只需復(fù)制幾個(gè)文件就可以隨時(shí)隨地根據(jù)需要復(fù)制、保存和移動(dòng)虛擬機(jī)。

四、虛擬化幾個(gè)重要的概念

• 宿主(Host Machine)：指物理機(jī)資源

• 客戶(Guest Machine)：指虛擬機(jī)資源

• Guest OS 和 Host OS：如果將一個(gè)物理機(jī)虛擬成多個(gè)虛擬機(jī)，則稱物理機(jī)為 Host Machine，運(yùn)行在其上的 OS 為 Host OS;稱多個(gè)虛擬機(jī)為 Guest Machine，運(yùn)行在其上的 OS 為 Guest OS

• Hypervisor：通過虛擬化層的模擬，虛擬機(jī)在上層軟件看來就是一個(gè)真實(shí)的機(jī)器，這個(gè)虛擬化層一般稱為虛擬機(jī)監(jiān)控機(jī)(Virtual Machine Monitor，VMM)

五、虛擬化類型與主要內(nèi)容

類型

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

• 裸金屬虛擬化：Hypervisor 是指直接運(yùn)行于物理硬件之上的虛擬機(jī)監(jiān)控程序。它主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)基本功能：首先是識(shí)別、捕獲和響應(yīng)虛擬機(jī)所發(fā)出的 CPU 特權(quán)指令或保護(hù)指令;其次，它負(fù)責(zé)處理虛擬機(jī)隊(duì)列和調(diào)度，并將物理硬件的處理結(jié)果返回給相應(yīng)的虛擬機(jī)。

• 操作系統(tǒng)虛擬化：沒有獨(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) (不過每個(gè)實(shí)例有各自的應(yīng)用程序和用戶賬戶)

虛擬化主要內(nèi)容包含三個(gè)方面的內(nèi)容：計(jì)算虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化和網(wǎng)絡(luò)虛擬化。