分析：揭開虛擬化技術(shù)“五指山”神秘面紗

虛擬化，曾經(jīng)是一個(gè)技術(shù)人員最不喜歡的詞，因?yàn)閷τ谝粋�(gè)搞工程科學(xué)的人來說，實(shí)在、量化、數(shù)據(jù)邏輯才是工作進(jìn)行的根本。

但是現(xiàn)在，最前沿的IT技術(shù)工程師們狂熱的愛上了這個(gè)詞，因?yàn)樗碇幌盗邢冗M(jìn)的技術(shù)和產(chǎn)品，掀起信息科學(xué)界又一輪技術(shù)的高潮。究竟什么是虛擬化？人們往往既清晰又模糊，仿佛看到它就在面前，可是又變幻著這樣或那樣的模樣。

通俗的定義來說，虛擬化就是把物理資源轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嬌峡梢怨芾淼馁Y源，以打破物理結(jié)構(gòu)之間的壁壘。未來，所有的資源都透明地運(yùn)行在各種各樣的物理平臺上，資源的管理都將按邏輯方式進(jìn)行，完全實(shí)現(xiàn)資源的自動化分配，而虛擬化技術(shù)就是實(shí)現(xiàn)它的理想工具。用一比喻來說，虛擬化技術(shù)的絕妙之處在于，終端用戶在信息化應(yīng)用中，感覺不到物理設(shè)備的差異、物理距離的遠(yuǎn)近以及物理數(shù)量的多少，按照自己正常習(xí)慣操作，進(jìn)行需要的信息資源調(diào)用和交互。

隨著虛擬化技術(shù)的竄紅，打著它的旗號的“衍生品”層出不窮，各色人等都想將自己的腦袋安裝在虛擬化的屁股上，然后就能跟隨這股熱潮大火一把。然而盡管到現(xiàn)在各種虛擬化技術(shù)還沒能涇渭分明，但畢竟大浪淘沙，隨著時(shí)間的發(fā)展，五種主流的虛擬化技術(shù)逐步展露，它們就像如來佛祖那座著名的“五指山”一樣，在天邊等待人們“到此一游”。

這五種虛擬化技術(shù)分別是：CPU虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、服務(wù)器虛擬化、存儲虛擬化和應(yīng)用虛擬化。讓我們逐步揭開它們的面紗，看看它們各自的美麗。

CPU虛擬化

虛擬化在計(jì)算機(jī)方面通常是指計(jì)算元件在虛擬的基礎(chǔ)上而不是真實(shí)的基礎(chǔ)上運(yùn)行。虛擬化技術(shù)可以擴(kuò)大硬件的容量，簡化軟件的重新配置過程。簡單說來，CPU的虛擬化技術(shù)就是單CPU模擬多CPU并行，允許一個(gè)平臺同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，并且應(yīng)用程序都可以在相互獨(dú)立的空間內(nèi)運(yùn)行而互不影響，從而顯著提高計(jì)算機(jī)的工作效率。

純軟件虛擬化解決方案存在很多限制。“客戶”操作系統(tǒng)很多情況下是通過VMM(Virtual Machine Monitor，虛擬機(jī)監(jiān)視器)來與硬件進(jìn)行通信，由VMM來決定其對系統(tǒng)上所有虛擬機(jī)的訪問。(注意，大多數(shù)處理器和內(nèi)存訪問獨(dú)立于VMM，只在發(fā)生特定事件時(shí)才會涉及VMM，如頁面錯(cuò)誤。)在純軟件虛擬化解決方案中，VMM在軟件套件中的位置是傳統(tǒng)意義上操作系統(tǒng)所處的位茫。如處理器、內(nèi)存、存儲、顯卡和網(wǎng)卡等)的接口，模擬硬件環(huán)境。這種轉(zhuǎn)換必然會增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。

CPU的虛擬化技術(shù)是一種硬件方案，支持虛擬技術(shù)的CPU帶有特別優(yōu)化過的指令集來控制虛擬過程，通過這些指令集，VMM會很容易提高性能，相比軟件的虛擬實(shí)現(xiàn)方式會很大程度上提高性能。虛擬化技術(shù)可提供基于芯片的功能，借助兼容VMM軟件能夠改進(jìn)純軟件解決方案。由于虛擬化硬件可提供全新的架構(gòu)，支持操作系統(tǒng)直接在上面運(yùn)行，從而無需進(jìn)行二進(jìn)制轉(zhuǎn)換，減少了相關(guān)的性能開銷，極大簡化了VMM設(shè)計(jì)，進(jìn)而使VMM能夠按通用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編寫，性能更加強(qiáng)大。另外，在純軟件VMM中，目前缺少對64位客戶操作系統(tǒng)的支持，而隨著64位處理器的不斷普及，這一嚴(yán)重缺點(diǎn)也日益突出。而CPU的虛擬化技術(shù)除支持廣泛的傳統(tǒng)操作系統(tǒng)之外，還支持64位客戶操作系統(tǒng)。

虛擬化技術(shù)是一套解決方案。完整的情況需要CPU、主板芯片組、BIOS和軟件的支持，例如VMM軟件或者某些操作系統(tǒng)本身。即使只是CPU支持虛擬化技術(shù)，在配合VMM的軟件情況下，也會比完全不支持虛擬化技術(shù)的系統(tǒng)有更好的性能。

兩大CPU巨頭英特爾和AMD都想方設(shè)法在虛擬化領(lǐng)域中占得先機(jī)，但是AMD的虛擬化技術(shù)在時(shí)間上要比英特爾落后幾個(gè)月。而AMD方面也已經(jīng)發(fā)布了支持AMD-V虛擬化技術(shù)的一系列處理器產(chǎn)品，包括Socket S1接口的Turion 64 X2系列以及Socket AM2接口的Athlon 64 X2系列和Athlon 64 FX系列等等，并且絕大多數(shù)的AMD下一代主流處理器，包括即將發(fā)布的Socket F接口的Opteron都將支持AMD VT虛擬化技術(shù)。

網(wǎng)絡(luò)虛擬化

網(wǎng)絡(luò)虛擬化是目前業(yè)界關(guān)于虛擬化細(xì)分領(lǐng)域界定最不明確，存在爭議較多的一個(gè)概念。微軟眼中的“網(wǎng)絡(luò)虛擬化”，是指虛擬專用網(wǎng)絡(luò) (VPN)。VPN 對網(wǎng)絡(luò)連接的概念進(jìn)行了抽象，允許遠(yuǎn)程用戶訪問組織的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，就像物理上連接到該網(wǎng)絡(luò)一樣。網(wǎng)絡(luò)虛擬化可以幫助保護(hù) IT 環(huán)境，防止來自 Internet 的威脅，同時(shí)使用戶能夠快速安全的訪問應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)。

但是網(wǎng)絡(luò)巨頭思科（Cisco）不那么認(rèn)為。出身、成名且目前稱霸于網(wǎng)絡(luò)的思科公司，當(dāng)然在對IT未來的考慮上以網(wǎng)絡(luò)為核心。它認(rèn)為在理論上，網(wǎng)絡(luò)虛擬化能將任何基于服務(wù)的傳統(tǒng)客戶端/服務(wù)器安置到“網(wǎng)絡(luò)上”。那么，這意味著可以讓路由器和交換機(jī)執(zhí)行更多的服務(wù)，自然，思科在業(yè)界的重要性和生意額都將大幅增加。思科表示網(wǎng)絡(luò)虛擬化由三個(gè)部分組成： 訪問控制、路徑提取，以及服務(wù)優(yōu)勢。從思科的產(chǎn)品規(guī)劃圖上看，該公司的路由器和交換機(jī)將擁有諸如安全、存儲、VoIP、移動和應(yīng)用等功能。 對思科而言，他們的戰(zhàn)略是通過擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備的銷售來持續(xù)產(chǎn)生盈利。 而對用戶來講，這能幫助他們提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的價(jià)值，并調(diào)整原有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備。

對于網(wǎng)絡(luò)陣營的另一巨頭，3Com公司在網(wǎng)絡(luò)虛擬化方面的動作比思科更大。3Com的路由器中可以插入一張工作卡。 該卡上帶有一套全功能的Linux服務(wù)器，可以和路由器中樞相連。在這個(gè)Linux服務(wù)器中，你可以安裝諸如sniffer、VoIP、安全應(yīng)用等等。此外，該公司還計(jì)劃未來在Linux卡上運(yùn)行VMware，以讓用戶運(yùn)行Windows Server。 3Com的這個(gè)開源網(wǎng)絡(luò)虛擬化活動名為3Com ON(又名開放式網(wǎng)絡(luò))。

當(dāng)然，王婆賣瓜自賣自夸，思科與3Com自己的一廂情愿決不能作為網(wǎng)絡(luò)虛擬化大旗真正升起的標(biāo)志，現(xiàn)在，網(wǎng)絡(luò)虛擬化依然處于初期的萌芽階段，但在人類網(wǎng)絡(luò)信息化飛速需求的現(xiàn)在，我們有理由相信它的突破和成長將是飛速的。

服務(wù)器虛擬化

與網(wǎng)絡(luò)虛擬化不同，服務(wù)器虛擬化卻是虛擬化技術(shù)最早細(xì)分出來的子領(lǐng)域。根據(jù)2006年2月Forrester Research的調(diào)查，全球范圍的企業(yè)對服務(wù)器虛擬化的認(rèn)知率達(dá)到了75%。三分之一的企業(yè)已經(jīng)在使用或者準(zhǔn)備部署服務(wù)器虛擬化。這個(gè)產(chǎn)生于20世紀(jì)60年代的技術(shù)日益顯示出其重要價(jià)值。由于服務(wù)器虛擬化發(fā)展時(shí)間長，應(yīng)用廣泛，所以很多時(shí)候人們幾乎把服務(wù)器虛擬化等同于虛擬化。

關(guān)于服務(wù)器虛擬化的概念，各個(gè)廠商有自己不同的定義，然而其核心思想是一致的，即它是一種方法，能夠通過區(qū)分資源的優(yōu)先次序并隨時(shí)隨地能將服務(wù)器資源分配給最需要它們的工作負(fù)載來簡化管理和提高效率，從而減少為單個(gè)工作負(fù)載峰值而儲備的資源。

似乎與所有顛覆性技術(shù)一樣，服務(wù)器虛擬化技術(shù)先是悄然出現(xiàn)，然后突然迸發(fā)，最終因?yàn)楣?jié)省能源的合并計(jì)劃而得到了認(rèn)可。如今，許多公司使用虛擬技術(shù)來提高硬件資源的利用率，進(jìn)行災(zāi)難恢復(fù)、提高辦公自動化水平。本組文章分別從服務(wù)器、存儲、應(yīng)用程序和桌面虛擬化技術(shù)三個(gè)角度介紹了如何消除物理硬件的限制。

有了虛擬化技術(shù)，用戶可以動態(tài)啟用虛擬服務(wù)器（又叫虛擬機(jī)），每個(gè)服務(wù)器實(shí)際上可以讓操作系統(tǒng)（以及在上面運(yùn)行的任何應(yīng)用程序）誤以為虛擬機(jī)就是實(shí)際硬件。運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)還可以充分發(fā)揮物理服務(wù)器的計(jì)算潛能，迅速應(yīng)對數(shù)據(jù)中心不斷變化的需求。

虛擬化概念并不是新概念。早在20世紀(jì)70年代，大型計(jì)算機(jī)就一直在同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)實(shí)例，每個(gè)實(shí)例也彼此獨(dú)立。不過直到最近，軟硬件方面的進(jìn)步才使得虛擬化技術(shù)有可能出現(xiàn)在基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的大眾化x86服務(wù)器上。

存儲虛擬化

隨著信息業(yè)務(wù)的不斷運(yùn)行和發(fā)展，存儲系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺已經(jīng)成為一個(gè)核心平臺，大量高價(jià)值數(shù)據(jù)積淀下來，圍繞這些數(shù)據(jù)的應(yīng)用對平臺的要求也越來越高，不光是在存儲容量上，還包括數(shù)據(jù)訪問性能、數(shù)據(jù)傳輸性能、數(shù)據(jù)管理能力、存儲擴(kuò)展能力等等多個(gè)方面�？梢哉f，存儲網(wǎng)絡(luò)平臺的綜合性能的優(yōu)劣，將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因?yàn)檫@個(gè)原因，虛擬化技術(shù)又一子領(lǐng)域——虛擬存儲技術(shù)，應(yīng)運(yùn)而生。

其實(shí)虛擬化技術(shù)并不是一件很新的技術(shù)，它的發(fā)展，應(yīng)該說是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的，最早是始于70年代。由于當(dāng)時(shí)的存儲容量，特別是內(nèi)存容量成本非常高、容量也很小，對于大型應(yīng)用程序或多程序應(yīng)用就受到了很大的限制。為了克服這樣的限制，人們就采用了虛擬存儲的技術(shù)，最典型的應(yīng)用就是虛擬內(nèi)存技術(shù)。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及相關(guān)信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對存儲的需求越來越大。這樣的需求刺激了各種新技術(shù)的出現(xiàn)，比如磁盤性能越來越好、容量越來越大。但是在大量的大中型信息處理系統(tǒng)中，單個(gè)磁盤是不能滿足需要，這樣的情況下存儲虛擬化技術(shù)就發(fā)展起來了。在這個(gè)發(fā)展過程中也由幾個(gè)階段和幾種應(yīng)用。首先是磁盤條帶集（RAID，可帶容錯(cuò)）技術(shù)，將多個(gè)物理磁盤通過一定的邏輯關(guān)系集合起來，成為一個(gè)大容量的虛擬磁盤。而隨著數(shù)據(jù)量不斷增加和對數(shù)據(jù)可用性要求的不斷提高，又一種新的存儲技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，那就是存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）技術(shù)。

SAN的廣域化則旨在將存儲設(shè)備實(shí)現(xiàn)成為一種公用設(shè)施，任何人員、任何主機(jī)都可以隨時(shí)隨地獲取各自想要的數(shù)據(jù)。目前討論比較多的包括iSCSI、 FC Over IP 等技術(shù)，由于一些相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)還沒有最終確定，但是存儲設(shè)備公用化、存儲網(wǎng)絡(luò)廣域化是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的潮流。

所謂虛擬存儲，就是把多個(gè)存儲介質(zhì)模塊（如硬盤、RAID）通過一定的手段集中管理起來，所有的存儲模塊在一個(gè)存儲池（Storage Pool）中得到統(tǒng)一管理，從主機(jī)和工作站的角度，看到就不是多個(gè)硬盤，而是一個(gè)分區(qū)或者卷，就好象是一個(gè)超大容量（如1T以上）的硬盤。這種可以將多種、多個(gè)存儲設(shè)備統(tǒng)一管理起來，為使用者提供大容量、高數(shù)據(jù)傳輸性能的存儲系統(tǒng)，就稱之為虛擬存儲。

應(yīng)用虛擬化

前面幾種虛擬化技術(shù)，主要還專注于對硬件平臺資源的虛擬優(yōu)化分配，隨著IT應(yīng)用的日益廣泛，應(yīng)用虛擬化作為虛擬化家族的明日之星登上了歷史舞臺。2006年7月由Forrester咨詢公司在美國對各種不同行業(yè)的高層IT管理人員所做的一項(xiàng)研究顯示，當(dāng)今的機(jī)構(gòu)現(xiàn)在將應(yīng)用虛擬化當(dāng)作是業(yè)務(wù)上的一個(gè)必由之路，而不是一個(gè)IT決策。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界目前至少有超過18萬個(gè)機(jī)構(gòu)在利用應(yīng)用虛擬化技術(shù)進(jìn)行集中IT管理、加強(qiáng)安全性和減少總體成本。

盡管在過去十年間虛擬技術(shù)有了迅速的發(fā)展，但現(xiàn)實(shí)情況是，當(dāng)需要使用應(yīng)用系統(tǒng)的時(shí)候，我們?nèi)匀话炎约旱乃季S局限在電腦機(jī)箱之內(nèi)。從鍵盤、鼠標(biāo)、麥克風(fēng)或掃描儀接收用戶輸入的設(shè)備，通常也是處理和存儲數(shù)據(jù)、通過對顯示器、打印機(jī)和揚(yáng)聲器的輸出來進(jìn)行響應(yīng)的同一設(shè)備。然而，隨著虛擬化概念的發(fā)展和變化，“應(yīng)用虛擬化”成為一個(gè)正在迅速發(fā)展的市場。

何為應(yīng)用虛擬化?

簡單來講，應(yīng)用虛擬化技術(shù)使機(jī)構(gòu)能夠用更少的投入做更多的事情，并最終節(jié)省經(jīng)費(fèi)。這樣，企業(yè)決策者就能夠在IT開銷與業(yè)務(wù)需求之間達(dá)成更好的平衡——由運(yùn)營成本降低所節(jié)省的經(jīng)費(fèi)可以重新投入到能夠推動增長的業(yè)務(wù)領(lǐng)域中。

從技術(shù)角度來講，應(yīng)用虛擬化可以簡單描述為“以IT應(yīng)用客戶端集中部署平臺為核心，以對最終用戶透明的方式完全使用戶的應(yīng)用和數(shù)據(jù)在平臺上統(tǒng)一計(jì)算和運(yùn)行，并最終讓用戶獲得與本地訪問應(yīng)用同樣的應(yīng)用感受和計(jì)算結(jié)果。”

虛擬化背后的主要推動力是基礎(chǔ)設(shè)施各方面的猛烈增長，同時(shí)伴隨著IT硬件和應(yīng)用的大量增加。而且，IT系統(tǒng)正在變得越來越大，分布越來越廣，并且更加復(fù)雜，因而難以管理，但要求加強(qiáng)IT控制的業(yè)務(wù)和監(jiān)管壓力卻在繼續(xù)增大。這聽起來可能很專業(yè)，但對業(yè)務(wù)決策者來說卻很中聽，因?yàn)閼?yīng)用虛擬化正在幫助解決當(dāng)今機(jī)構(gòu)所面臨的很多推動力方面的問題——提高業(yè)務(wù)效率、增強(qiáng)員工移動性、遵守安全與監(jiān)管規(guī)定、向新興市場拓展、業(yè)務(wù)外包、以及業(yè)務(wù)連續(xù)性等等

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