虚拟技术介绍

1.虚拟化技术虚拟化（Virtualization）技术是云计算系统的核心组成部分之一，是将各种计算及存储资源充分整合和高效利用的关键技术。虚拟化的定义是为某些对象创造的虚拟（相对于真实）版本，比如操作系统、计算机系统、存储设备和网络资源等。它是表示计算机资源的抽象方法。通过虚拟化可以用与访问抽象前资源一致的方法访问抽象后的资源，可以为一组类似资源提供一个通用的抽象接口集，从而隐藏属性和操作之间的差异，并允许通过一种通用的方式来查看和维护资源。2.虚拟化技术的发展史虽然虚拟化技术在最近几年才开始大面积推广和应用，但是如果从其诞生时间来看，可以说它的历史源远流长。1959年，克里斯托弗（ChristopherStrachey）发表了一篇学术报告，名为大型高速计算机中的时间共享（TimeSharinginLargeFastComputers），他在文中提出了虚拟化的基本概念，这篇文章也被认为是虚拟化技术的最早论述。可以说虚拟化作为一个概念被正式提出即是从此时开始的。最早在商业系统上实现虚拟化的是IBM公司在1965年发布的IBM7044。它允许用户在一台主机上运行多个操作系统，让用户尽可能充分地利用昂贵的大型机资源。随后虚拟化技术一直只在大型机上应用，而在PC服务器的X86平台上的应用仍然进展缓慢。不过也可以理解，以当时X86平台的处理能力，应付一两个应用都有些捉襟见肘，还怎么可能将资源分给更多的虚拟应用呢？随着X86平台处理能力与日俱增，1999年，VMware在X86平台上推出了可以流畅运行的商业虚拟化软件。从此虚拟化技术终于走下大型机的神坛，来到PC服务器的世界之中。在随后的时间里，虚拟化技术在X86平台上得到了突飞猛进的发展。尤其是CPU进入多核时代之后，PC具有了前所未有的强大处理能力，终于到了我们考虑如何有效利用这些资源的时候了。从2006年到现在，可以说是进入了虚拟化技术的爆发期。诸多厂商如雨后春笋般涌现，而微软这样的主流操作系统厂商也终于按捺不住，从2003年收购Connectix获得虚拟化技术并很快推出VirtualServer免费版到2008年年底推出Hyper-V，可以说每一步都是势头逼人，就连已经成为业内老大的VMware也不得不一再出招应对。纵观虚拟化技术的发展历史，可以看到它始终如一的目标就是实现对IT资源的充分利用。因为随着企业的发展，业务和应用不断扩张，基于传统的IT建设方式导致IT系统规模日益庞大，数据中心空间不够用、高耗能，维护成本不断增加；而现有服务器、存储系统等设备又没有被充分利用起来；新的需求又得不到及时的响应，IT基础架构对业务需求反应不灵活，不能有效地调配系统资源适应业务需求，因此，企业需要建立一种可以降低成本、具有智能化和安全特性并能够及时适应企业业务需求的灵活的、动态的基础设施和应用环境，并希望降低数据中心的运营成本，这时虚拟化技术应运而生。虚拟化技术是一种调配计算资源的方法，它将应用系统的不同层面--硬件、软件、数据、网络存储等一一隔离起来，从而打破数据中心、服务器、存储、网络数据和应用的物理设备之间的划分，实现架构动态化，并达到集中管理和动态使用物理资源及虚拟资源，以提高系统结构的弹性和灵活性，降低成本、改进服务、减少管理风险等目标，如图3-4所示。计算机的虚拟化使单个计算机看起来像多个计算机或完全不同的计算机，从而提高资源利用率或降低IT成本。之后，随着IT架构的复杂化和企业利用计算机需求的急剧增加，虚拟化技术发展到了使多台计算机看起来像一台计算机以实现统一管理、调配和监控。现在，整个IT环境已逐步向云计算时代迈进，虚拟化技术也从最初的侧重于整合数据中心内的资源发展到可以跨越IT架构实现包括资源、网络、应用和桌面在内的全系统虚拟化，进而提高灵活性。3.虚拟化技术概念及分类虚拟化技术经过数年的发展，已经成为一个庞大的技术家族，其技术形式种类繁多，实现的应用也有一个体系。但对其分类，一般的介绍比较含糊，分类属性不一。如将服务器虚拟化、硬件虚拟化、CPU虚拟化相提并论，但其实它们都属一个类别，只是按不同属性分类得出的不同名称。下面按照不同属性，对虚拟化做一个分类。以实现层次来划分：硬件虚拟化、操作系统虚拟化、应用程序虚拟化；以被应用的领域来划分：服务器虚拟化、存储虚拟化、应用虚拟化、平台虚拟化、桌面虚拟化。3.1从实现层次来划分（1）基于硬件的虚拟化硬件虚拟化，应该是中国IT人员最熟悉的技术了，其代表产品VMware可能每个程序员都有使用。硬件虚拟化就是用软件来虚拟一台标准计算机的硬件配置，如CPU、内存、硬盘、声卡、显卡、光驱等，成为一台虚拟的裸机，然后就可以在上面安装操作系统了。使用时，先在操作系统里安装一个硬件虚拟化软件，用其虚拟出一台计算机，再安装系统，做到系统里运行系统，并可虚拟出多台计算机，安装多个相同或不同的系统。其代表产品为VMware，其余几个知名的有微软的VirtualPC、开源免费的VirtualBox。为虚拟机分配的硬件资源要占用实际硬件的资源，对性能损耗也较大。因为是在系统里安装虚拟化软件，再在虚拟的计算机上装系统，所以就有原系统和虚拟化软件两层消耗，为了提高性能，出现了另外一种硬件虚拟化形式：直接在裸机上安装虚拟化软件，然后安装多个系统，并同时运行。跳过原系统这一环节，性能大大提高，这种虚拟化又叫做准虚拟化。VMware推出的相关产品叫VMwareESXi，微软的该类产品为Hyper-V，主要应用于服务器领域。（2）基于操作系统的虚拟化操作系统虚拟化就是以一个系统为母体，克隆出多个系统。它比硬件虚拟化要灵活方便，因为只需在系统里装一个虚拟化软件，就能以原系统为样本很快克隆出系统，克隆出的系统与原系统除一些ID标识外，其余都一样。看似与硬件虚拟化一样，都是虚拟多个操作系统出来，但与硬件虚拟化还是有很多不同之处。①操作系统虚拟化是以原系统为样本，虚拟出一个近乎一模一样的系统；硬件虚拟化是虚拟硬件环境，然后真实地安装系统。它们虚拟的东西不一样。②操作系统虚拟化虚拟的系统都只能为同样的系统；硬件虚拟化虚拟的系统可以为不同的系统，如Linux、Mac、Windows家族。③操作系统虚拟化虚拟的多个系统有较强的联系，体现在：①可以为多个虚拟系统同时进行配置，更改了原系统就改了所有；②如果原系统损坏，会殃及所有虚拟系统。硬件虚拟化虚拟的多个系统是相互独立的，与原系统也无联系，原系统的损坏不会殃及虚拟的系统。④操作系统虚拟化的性能损耗低，它们都是虚拟的系统，而非硬件虚拟化那样真实安装的实体，没有硬件虚拟化的虚拟硬件层，也大大降低了性能损耗。（3）基于应用程序的虚拟化前两种虚拟化技术大多应用于企业、服务器和一些IT专业工作领域。随着虚拟化技术的发展，逐渐从企业往个人、往大众应用的趋势发展，便出现了应用程序虚拟化技术，简称应用虚拟化，它是近年虚拟化的新贵和热门领域。前两种虚拟化的目的是虚拟完整的真实的操作系统，应用虚拟化的目的也是虚拟操作系统，但只是为保证应用程序的正常运行虚拟系统的某些关键部分，如注册表、C盘环境等，所以较为轻量、小巧。应用虚拟化技术的兴起最早也是从企业市场而来。一个软件被打包后，通过局域网很方便地分发到企业的几千台计算机上去，不用安装，直接使用，大大降低了企业的IT成本。应用虚拟化技术应用到个人领域，可以实现很多非绿色软件的移动使用，如CAD、3dsMax、Office等；可以让软件免去重装烦恼，不怕系统重装，很有绿色软件的优点，但又在应用范围和体验上超越绿色软件。使用方法大体为：先安装虚拟化软件，此时已经搭建了一个虚拟化环境，然后接收来自网络的应用软件或安装应用软件到虚拟化环境里，最后使用应用软件。应用虚拟化领域比较可喜的是也有国产产品参与其中，下面简单介绍几个有代表性的。①MicrosoftApplicationVirtualization（App-V）。前身是Softgrid，被微软收购，主要针对企业内部的软件分发，方便了企业桌面的统一配置和管理，支持同时使用同一程序的不同版本，在客户端第一次运行程序时可以实现边用边下载等。但是对Windows外壳扩展程序的支持不够好，并且安装实施非常复杂，不是专业的管理员是很难部署起来的。②VMwareThinApp。前身是Thinstall，被VMware收购。它不需要第三方平台，直接把虚拟引擎（重写了几百个Windows的API）和软件打包成单文件，分发简单，支持同时运行一个软件的多个版本；但是和系统的结合不够紧密，比如说文件关联、类似于winrar等的右键菜单、无法封装环境包（.NET框架、Java环境）、无法封装服务。它主要用于企业软件分发。③SymantecSoftwareVirtualizationSolution（SVS）。SVS于2006年左右被Symantec收购，它的虚拟引擎和虚拟软件包是分离的，能做到对应用程序的完美支持，包括支持Windows外壳扩展的程序，支持封装环境包（.NET框架、Java环境）、支持封装服务。但是无法同时运行同一个软件的不同版本。它主要用于企业软件分发。④Installfree。Installfree是后起之秀，其最大特色在于，无须在干净的环境下打包软件，也可以做到很好的兼容性。打包软件是应用虚拟化技术的一大难题。要实现一个软件的随处免安装使用，就必须把软件正常安装后的文件都打成包，但如果系统不干净，就会造成打包文件的不完整，分发到其他计算机上时无法使用。它主要用于企业软件分发。⑤SandboxIE。俗称沙盘，这个是IT爱好者家喻户晓的东西了。它主要用于软件测试和安全使用领域。它像个软件的囚笼，你可以把软件安装在沙盘里，并运行在其中，软件所有行为都不会影响到系统。如果软件带毒或被感染病毒，可以一下扫光，就像把一个真实的沙盘里的各种沙造物体打碎，并下一次重来。⑥云端软件平台（Softcloud）。这是应用虚拟化领域的优秀国产软件，面市不久，其实现原理与SVS很类似。但其最大特别之处在于，不是应用于企业市场，而是针对个人用户使用软件时的诸多问题和烦恼的解决方案。其最大特色：一是让软件使用变得更方便快捷；二是让软件使用不影响系统，保持系统干净、稳定，真正的绿色。云端与其他应用虚拟化软件不同，它自带了打包好的软件资源，使用时无须安装，一点就用，不写注册表、不写系统；无用软件可以一键删除，快速干净不残留。而且最省事的一点莫过于重装系统后，所有软件不用重装。因为在云端使用的软件都在云端的缓存目录里，重装系统后只要安装云端，再次指定这个目录，所有软件就可以立即恢复使用，并且无须重配置，