虚拟化技术分类与介绍

今天的虚拟化可以用来进行服务器、存储、网络、桌面应用程序的整合，提高系统资源利用率，提高管理灵活性，节省服务器空间和电耗成本。虚拟化是云计算的基础，没有虚拟化就没有云计算。虚拟化是一种方法，本质上讲是指从逻辑角度而不是物理角度来对资源进行配置，是从单一的逻辑角度来看待不同的物理资源的方法。虚拟化是一种逻辑角度出发的资源配置技术，是物理实际的逻辑抽象。对于用户，虚拟化技术实现了软件跟硬件分离，用户不需要考虑后台的具体硬件实现，而只需在虚拟层环境上运行自己的系统和软件。而这些系统和软件在运行时，也似乎跟后台的物理平台无关。和传统IT资源分配的应用方式相比，虚拟化有以下优势：虚拟化技术可以大大提高资源的利用率；提供相互隔离、安全、高效的应用执行环境；虚拟化系统能够方便地管理和升级资源。虚拟化技术带来了如此多的优势与好处，下面就介绍现有的较成熟的各类虚拟化技术。一、服务器虚拟化服务器虚拟化能够通过区分资源的优先次序，并随时随地能将服务器资源分配给最需要它们的工作负载来简化管理和提高效率，从而减少为单个工作负载峰值而储备的资源。通过服务器虚拟化技术，用户可以动态启用虚拟服务器（又叫虚拟机），每个服务器实际上可以让操作系统（以及在上面运行的任何应用程序）误以为虚拟机就是实际硬件。运行多个虚拟机还可以充分发挥物理服务器的计算潜能，迅速应对数据中心不断变化的需求。目前常用的服务器主要分为Unix服务器和x86服务器，对Unix服务器而言，IBM、HP、Sun各有自己的技术标准，没有统一的虚拟化技术；因此，目前Unix的虚拟化还受具体产品平台的制约，不过Unix服务器虚拟化通常会用到硬件分区技术。而x86服务器的虚拟化则标准相对开放，下面介绍x86服务器的虚拟化技术。1、完全虚拟化使用hypervisor在VM和底层硬件之间建立一个抽象层，hypervisor捕获CPU指令，为指令访问硬件控制器和外设充当中介。这种虚拟化技术几乎能让任何一款操作系统不加改动就可以安装在VM上，而它们不知道自己运行在虚拟化环境下。完全虚拟化的主要缺点是，hypervisor会带来处理开销。2、准虚拟化完全虚拟化是处理器密集型技术，因为它要求hypervisor管理各个虚拟服务器，并让它们彼此独立。减轻这种负担的一种方法就是，改动客户操作系统，让它以为自己运行在虚拟环境下，能够与hypervisor协同工作，这种方法就叫准虚拟化。准虚拟化技术的优点是性能高。经过准虚拟化处理的服务器可与hypervisor协同工作，其响应能力几乎不亚于未经过虚拟化处理的服务器。3、操作系统层虚拟化实现虚拟化还有一个方法，那就是在操作系统层面增添虚拟服务器功能。就操作系统层的虚拟化而言，没有独立的hypervisor层。相反，主机操作系统本身就负责在多个虚拟服务器之间分配硬件资源，并且让这些服务器彼此独立。一个明显的区别是，如果使用操作系统层虚拟化，所有虚拟服务器必须运行同一操作系统。虽然操作系统层虚拟化的灵活性比较差，但本机速度性能比较高。此外，由于架构在所有虚拟服务器上使用单一、标准的操作系统，管理起来比异构环境要容易。二、存储虚拟化所谓虚拟存储，就是把多个存储介质模块（如硬盘、RAID）通过一定的手段集中管理起来，所有的存储模块在一个存储池中得到统一管理，从主机和工作站的角度，看到就不是多个硬盘，而是一个分区或者卷，就好象是一个超大容量的硬盘。这种可以将多种、多个存储设备统一管理起来，为使用者提供大容量、高数据传输性能的存储系统，就称之为虚拟存储。虚拟存储设备主要通过大规模的RAID子系统和多个I/O通道连接到服务器上，智能控制器提供LUN访问控制、缓存和其他如数据复制等的管理功能。这种方式的优点在于存储设备管理员对设备有完全的控制权，而且通过与服务器系统分开，可以将存储的管理与多种服务器操作系统隔离，并且可以很容易地调整硬件参数。从虚拟化存储的拓扑结构来讲主要有两种方式：即对称式(带内管理)与非对称式(带外管理)。对称式虚拟存储技术是指虚拟存储控制设备与存储软件系统、交换设备集成为一个整体，内嵌在网络数据传输路径中；非对称式虚拟存储技术是指虚拟存储控制设备独立于数据传输路径之外。三、网络虚拟化网络虚拟化从总体来说，分为纵向分割和横向整合两大类概念。1、纵向分割早期的网络虚拟化，是指虚拟专用网络(VPN)。VPN对网络连接的概念进行了抽象，允许远程用户访问组织的内部网络，就像物理上连接到该网络一样。网络虚拟化可以帮助保护IT环境，防止来自Internet的威胁，同时使用户能够快速安全的访问应用程序和数据。随后的网络虚拟化技术随着数据中心业务要求发展为：多种应用承载在一张物理网络上，通过网络虚拟化分割(称为纵向分割)功能使得不同企业机构相互隔离，但可在同一网络上访问自身应用，从而实现了将物理网络进行逻辑纵向分割虚拟化为多个网络。如果把一个企业网络分隔成多个不同的子网络――它们使用不同的规则和控制，用户就可以充分利用基础网络的虚拟化功能，而不是部署多套网络来实现这种隔离机制。网络虚拟化并不是什么新概念，因为多年来，虚拟局域网（VLAN）技术作为基本隔离技术已经广泛应用。当前在交换网络上通过VLAN来区分不同业务网段、配合防火墙等安全产品划分安全区域，是数据中心基本设计内容之一。2、横向整合从另外一个角度来看，多个网络节点承载上层应用，基于冗余的网络设计带来复杂性，而将多个网络节点进行整合(称为横向整合)，虚拟化成一台逻辑设备，提升数据中心网络可用性、节点性能的同时将极大简化网络架构。使用网络虚拟化技术，用户可以将多台设备连接，“横向整合”起来组成一个“联合设备”，并将这些设备看作单一设备进行管理和使用。虚拟化整合后的设备组成了一个逻辑单元，在网络中表现为一个网元节点，管理简单化、配置简单化、可跨设备链路聚合，极大简化网络架构，同时进一步增强冗余可靠性。四、应用虚拟化应用虚拟化通常包括两层含义，一是应用软件的虚拟化，一是桌面的虚拟化。所谓的应用软件虚拟化，就是将应用软件从操作系统中分离出来，通过自己压缩后的可执行文件夹来运行，而不必需要任何设备驱动程序或者与用户的文件系统相连，借助于这种技术，用户可以减小应用软件的安全隐患和维护成本，以及进行合理的数据备份与恢复。桌面虚拟化就是专注于桌面应用及其运行环境的模拟与分发，是对现有桌面管理自动化体系的完善和补充。当今的桌面环境将桌面组件（硬件、操作系统、应用程序、用户配置文件和数据）联系在一起，给支持和维护带来了很大困难。采用桌面虚拟化技术之后，将不需要在每个用户的桌面上部署和管理多个软件客户端系统，所有应用客户端系统都将一次性地部署在数据中心的一台专用服务器上，这台服务器就放在应用服务器的前面。客户端也将不需要通过网络向每个用户发送实际的数据，只有虚拟的客户端界面（屏幕图像更新、按键、鼠标移动等）被实际传送并显示在用户的电脑上。这个过程对最终用户是一目了然的，最终用户的感觉好像是实际的客户端软件正在他的桌面上运行一样。桌面虚拟化带来的成本效益也是相当诱人的。通过将IT系统的管理集中起来，企业能够同时实现各种不同的效益，从带宽成本节约到提高IT效率和员工生产力，以及延长当前系统的使用寿命等。在以上的虚拟化技术中，服务器虚拟化技术、应用虚拟化中的桌面虚拟化技术相对成熟，也是使用得较多的技术，而其他虚拟化技术，则还需要在实践中进一步检验和完善。