工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺核心技術(shù)之二：虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)是一種調(diào)配計算資源的方法，它將應(yīng)用系統(tǒng)的不同層面的硬件、軟件、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)存儲等一一隔離起來，從而打破數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和應(yīng)用的物理設(shè)備之間的劃分，實現(xiàn)架構(gòu)動態(tài)化，并達到集中管理和動態(tài)使用物理資源及虛擬資源，以提高系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的彈性和靈活性，降低成本、改進服務(wù)、減少管理風險等目標。IaaS技術(shù)是一系列技術(shù)而非一種技術(shù)。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)IaaS層，是基于虛擬化、分布式存儲、并行計算、負載調(diào)度等技術(shù)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲等計算機資源的池化管理。根據(jù)需求進行彈性分配，并確保資源使用的安全與隔離，為用戶提供完善的云基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。其中虛擬化技術(shù)是IaaS的關(guān)鍵技術(shù)。實際上，我們通常所說的虛擬化是指服務(wù)器虛擬化技術(shù)。而除此之外，還有網(wǎng)絡(luò)虛擬化和存儲虛擬化技術(shù)等等。其中網(wǎng)絡(luò)虛擬化應(yīng)用于企業(yè)核心和邊緣路由，利用交換機中的虛擬路由特性，用戶可以將企業(yè)劃分為使用不同規(guī)則和控制的多個子網(wǎng)，而不必再為此購買和安裝新的機架或設(shè)備。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，它具有更少的運營費用和更低的復(fù)雜性。存儲虛擬化則是將企業(yè)中的存儲資源整合在一起，通過一臺邏輯存儲設(shè)備供用戶訪問。一

虛擬化技術(shù)概念虛擬化技術(shù)，通常是指計算元件在虛擬的基礎(chǔ)上而不是真實的基礎(chǔ)上運行?？梢酝瑫r運行多個操作系統(tǒng)，而且每一個操作系統(tǒng)中都有多個程序運行，每一個操作系統(tǒng)都運行在一個虛擬的CPU或者是虛擬主機上；可以在相互獨立的空間內(nèi)運行而互不影響，從而顯著提高計算機的工作效率。二虛擬化技術(shù)的分類1959年，發(fā)表了一篇學術(shù)報告，名為"大型高速計算機中的時間共享"（TimeSharinginLargeFastComputers），他在文中提出了虛擬化的基本概念，這篇文章也被認為是虛擬化技術(shù)的最早論述。隨著虛擬化技術(shù)的逐漸成熟，不斷有新的廠商加入企業(yè)虛擬化市場的競爭之中，其中比較有代表性有VMware、Microsoft等。其中VMware虛擬化技術(shù)一枝獨秀，另外還有Hyper-v和XEN。虛擬化技術(shù)經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展，已經(jīng)成為一個龐大的技術(shù)家族，其技術(shù)形式種類繁多，實現(xiàn)的應(yīng)用也有一個體系。但對其分類，一般的介紹比較含糊，分類屬性不一。如將服務(wù)器虛擬化、硬件虛擬化、CPU虛擬化相提并論，但其實它們都屬一個類別，只是按不同屬性分類得出的不同名稱。下面按照不同屬性，對虛擬化做一個分類。以應(yīng)用的領(lǐng)域來劃分：服務(wù)器虛擬化、存儲虛擬化、應(yīng)用虛擬化、平臺虛擬化、桌面虛擬化以實現(xiàn)層次來劃分：硬件虛擬化、操作系統(tǒng)虛擬化、應(yīng)用程序虛擬化1、基于硬件的虛擬化硬件虛擬化就是用軟件來虛擬一臺標準計算機的硬件配置，如CPU、內(nèi)存、硬盤、聲卡、顯卡、光驅(qū)等，成為一臺虛擬的裸機，然后就可以在上面安裝操作系統(tǒng)了。使用時，先在操作系統(tǒng)里安裝一個硬件虛擬化軟件，用其虛擬出一臺計算機，再安裝系統(tǒng)，做到系統(tǒng)里運行系統(tǒng)，并可虛擬出多臺計算機，安裝多個相同或不同的系統(tǒng)。2、基于操作系統(tǒng)的虛擬化操作系統(tǒng)虛擬化就是以一個系統(tǒng)為母體，克隆出多個系統(tǒng)。它比硬件虛擬化要靈活方便，因為只需在系統(tǒng)里裝一個虛擬化軟件，就能以原系統(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標識外，其余都一樣?？此婆c硬件虛擬化一樣，都是虛擬多個操作系統(tǒng)出來，但與硬件虛擬化還是有很多不同之處:（1）操作系統(tǒng)虛擬化是以原系統(tǒng)為樣本，虛擬出一個近乎一模一樣的系統(tǒng)；硬件虛擬化是虛擬硬件環(huán)境，然后真實地安裝系統(tǒng)。它們虛擬的東西不一樣。（2）操作系統(tǒng)虛擬化虛擬的系統(tǒng)都只能為同樣的系統(tǒng)；硬件虛擬化虛擬的系統(tǒng)可以為不同的系統(tǒng)，如Linux、Mac、Windows家族。（3）操作系統(tǒng)虛擬化虛擬的多個系統(tǒng)有較強的聯(lián)系，體現(xiàn)在：①可以為多個虛擬系統(tǒng)同時進行配置，更改了原系統(tǒng)就改了所有；②如果原系統(tǒng)損壞，會殃及所有虛擬系統(tǒng)。硬件虛擬化虛擬的多個系統(tǒng)是相互獨立的，與原系統(tǒng)也無聯(lián)系，原系統(tǒng)的損壞不會殃及虛擬的系統(tǒng)。（4）操作系統(tǒng)虛擬化的性能損耗低，它們都是虛擬的系統(tǒng)，而非硬件虛擬化那樣真實安裝的實體，沒有硬件虛擬化的虛擬硬件層，也大大降低了性能損耗。3、基于應(yīng)用程序的虛擬化應(yīng)用虛擬化技術(shù)的興起最早也是從企業(yè)市場而來。一個軟件被打包后，通過局域網(wǎng)很方便地分發(fā)到企業(yè)的幾千臺計算機上去，不用安裝，直接使用，大大降低了企業(yè)的IT成本。應(yīng)用虛擬化的目的也是虛擬操作系統(tǒng)，但只是為保證應(yīng)用程序的正常運行虛擬系統(tǒng)的某些關(guān)鍵部分，如注冊表、C盤環(huán)境等，所以較為輕量、小巧。使用方法大體為：先安裝虛擬化軟件，此時已經(jīng)搭建了一個虛擬化環(huán)境，然后接收來自網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用軟件或安裝應(yīng)用軟件到虛擬化環(huán)境里，最后使用應(yīng)用軟件。三虛擬化技術(shù)的四大特性四

兩種服務(wù)器虛擬化架構(gòu)服務(wù)器虛擬化技術(shù)是指能夠在一臺物理服務(wù)器上運行多臺虛擬服務(wù)器的技術(shù)，而且上述虛擬服務(wù)器在用戶、應(yīng)用軟件甚至操作系統(tǒng)看來，幾乎與物理服務(wù)器沒有區(qū)別。除此之外，服務(wù)器虛擬化技術(shù)還應(yīng)該確保上述多臺虛擬服務(wù)器的數(shù)據(jù)是隔離的，虛擬服務(wù)器對資源的占用是可控的。服務(wù)器虛擬化的兩種構(gòu)架：1、寄生架構(gòu)（HostedArchitecture）在操作系統(tǒng)之上安裝和運行虛擬化程序，依賴主機操作系統(tǒng)對設(shè)備的支持和物理資源管理。2、裸金屬架構(gòu)(BareMetalArchitecture)直接在硬件之上安裝虛擬化軟件，再在其上安裝操作系統(tǒng)和應(yīng)用，依賴虛擬層內(nèi)核和服務(wù)器控制臺進行管理。3、兩種架構(gòu)的對比五

虛擬化云計算管理平臺架構(gòu)虛擬化技術(shù)主要是實現(xiàn)了對底層物理資源的抽象，使其成為一個個可以被靈活生成、調(diào)度、管理的基礎(chǔ)資源單位。1、資源管理平臺資源管理平臺負責對物理設(shè)備和虛擬化資進行統(tǒng)一的管理和調(diào)度，形成統(tǒng)一的資源池，實現(xiàn)IaaS服務(wù)的可管、可控，其核心是實現(xiàn)對每個資源單位的生命周期管理能力和對資源管理調(diào)度能力。對資源的生命周期管理，就是對資源的生成、分配、擴展、遷移、回收的全流程管理，關(guān)鍵基礎(chǔ)包括虛擬機自動化部署、虛擬機彈性能力提供、資源狀態(tài)監(jiān)控、度量和資源的回收等。資源的管理調(diào)度能力則是指對資源的全局性管理與調(diào)度，包括模板管理、接口管理、調(diào)度策略管理、資源使用量的采集和度量等。2、業(yè)務(wù)管理平臺業(yè)務(wù)管理平臺的職責是將資源封裝成各種服務(wù)，以方便易用的方式對外提供給用戶，實現(xiàn)IaaS的運營。其中業(yè)務(wù)服務(wù)管理主要是將底層資源進行組合和打包，形成供最終用戶購買的業(yè)務(wù)和服務(wù)。業(yè)務(wù)流程管理用于實現(xiàn)對用戶注冊、認證、服務(wù)開通以及使用、計費、結(jié)算等流程的配置與管理；計費管理根據(jù)資源監(jiān)控與度量采集的歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計用戶對資源的使用量，并根據(jù)計費策略生成計費賬單；用戶管理主要負責用戶的身份認證，業(yè)務(wù)訂購關(guān)系管理等工作。六結(jié)語縱觀虛擬化技術(shù)的發(fā)展歷史，可以看到它始終如一的目標就是實現(xiàn)對IT資源的充分利用。虛擬化技術(shù)是一種調(diào)配計算資源的方法，它將應(yīng)用系統(tǒng)的不同層面的硬件、軟件、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)存儲等一一隔離起來，從而打破數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和應(yīng)用的物理設(shè)備之間的劃分，實現(xiàn)架構(gòu)動態(tài)化，并達到集中管理和動態(tài)使用物理資源及虛擬資源，以提高系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的彈性和靈活性，降低成本、改進服務(wù)、減少管理風險等