淺談虛擬化技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)狀
一、虛擬化技術(shù)的概念
什么叫虛擬化技術(shù)？虛擬化是一種方法，本質(zhì)上講是指從邏輯角度而不是物理角度來對資源進行配置，是從單一的邏輯角度來看待不同的物理資源的方法。
這個定義首要說明的是，虛擬化是一種邏輯角度出發(fā)的資源配置技術(shù)，是物理實際的邏輯抽象。比如說，當(dāng)前只有一臺計算機，通過虛擬技術(shù)，在用戶看來，似乎卻是多臺，每臺都有其各自的CPU、內(nèi)存、硬盤等物理資源。
對于用戶，虛擬化技術(shù)實現(xiàn)了軟件跟硬件分離，用戶不需要考慮后臺的具體硬件實現(xiàn)，而只需在虛擬層環(huán)境上運行自己的系統(tǒng)和軟件。而這些系統(tǒng)和軟件在運行時，也似乎跟后臺的物理平臺無關(guān)。
二、虛擬技術(shù)原理與發(fā)展
虛擬技術(shù)原理
所有的IT設(shè)備，不管是PC、服務(wù)器還是存儲，都有一個共同點：它們被設(shè)計用來完成一組特定的指令。這些指令組成一個指令集。對于虛擬技術(shù)而言，“虛擬”實際上就是指的虛擬這些指令集。
虛擬機有許多不同的類型，但是它們有一個共同的主題就是模擬一個指令集的概念。每個虛擬機都有一個用戶可以訪問的指令集。虛擬機把這些虛擬指令“映射”到計算機的實際指令集。硬分區(qū)、軟分區(qū)、邏輯分區(qū)、Solaris Container、VMware、Xen、微軟Virtual Server2005這些虛擬技術(shù)都是運用的這個原理，只是虛擬指令集所處的層次位置不同。
虛擬技術(shù)的發(fā)展情況
1965年，IBM7044機器 ，虛擬機開端；
1967年，Djiskstra實現(xiàn)第一個虛擬系統(tǒng)；
2001年，AIX 5L v5.1發(fā)布，IBM首次在小型機上實現(xiàn)了邏輯分區(qū)。
2002年，AIX 5L v5.2發(fā)布，IBM在小型機上實現(xiàn)了動態(tài)邏輯分區(qū)。
2004年，8月，AIX 5L v5.3實現(xiàn)了微分區(qū)技術(shù)，最小分區(qū)粒度為1/10個CPU，且最多支持254個虛擬I/O。
同年10月，Solaris 10實現(xiàn)了Solaris Container功能，支持應(yīng)用層面的計算資源調(diào)配。
2005年，1月，HP-UX 11i v2發(fā)布，實現(xiàn)了從硬分區(qū)、軟分區(qū)到應(yīng)用層分區(qū)，最小分區(qū)粒度為1/20顆CPU。
2005年10月，IBM發(fā)布虛擬I/O服務(wù)器，該服務(wù)器的一個組件IVM具備HMC的部分功能。即在不配置HMC的低端p系列和i系列服務(wù)器上，也可配置多個分區(qū)和操作系統(tǒng)。
三、虛擬化技術(shù)的類型
虛擬化技術(shù)之所以會被廣泛的采用，都有其應(yīng)用背景，當(dāng)前虛擬化技術(shù)大致看來主要有以下幾種類型:拆分、整合、遷移。
拆分
某臺計算機性能較高，而工作負(fù)荷小，資源沒有得到充分利用。這種情況適用于拆分虛擬技術(shù)，可以將這臺計算機拆分為邏輯上的多臺計算機，同時供多個用戶使用。這樣可以使此服務(wù)器的硬件資源得到充分的利用。
適用面：性能較好的大型機、小型機或服務(wù)器。
目的：提高計算機的資源利用率。
拆分形式的虛擬化示意圖如下
整合
當(dāng)前有大量性能一般的計算機，但在氣象預(yù)報、地質(zhì)分析等領(lǐng)域，數(shù)據(jù)計算往往需要性能極高的計算機，此時可應(yīng)用虛擬整合技術(shù)，將大量性能一般的計算機整合為一臺計算機，以滿足客戶對整體性能的要求。
適用面：性能一般的計算機
目的：通過整合，獲得高性能，滿足特定數(shù)據(jù)計算要求。
整合形式的虛擬化示意圖如下：
遷移
1、將一臺邏輯服務(wù)器中的閑置的一部分資源動態(tài)的加入到另一臺邏輯服務(wù)器中，提高另一方的性能。
2、通過網(wǎng)絡(luò)將本地資源供遠程計算機使用。Windows下的共享目錄，Linux下的NFS等，還包括遠程桌面等等。
目的：實現(xiàn)資源共享，實現(xiàn)跨系統(tǒng)平臺應(yīng)用等。
遷移形式的虛擬化示意圖如下：
四、虛擬化的實現(xiàn)形式
硬件虛擬化
不需要操作系統(tǒng)支持，可直接實現(xiàn)對硬件資源進行劃分，任一分區(qū)內(nèi)的操作系統(tǒng)和硬件故障不影響其他分區(qū)。
代表：HP nPAR
邏輯虛擬化
不需要操作系統(tǒng)支持。在系統(tǒng)硬件和操作系統(tǒng)之間以軟件和固件的形式存在，任一分區(qū)的操作系統(tǒng)故障不影響其他分區(qū)。
代表：IBM DLPARS、HP vPAR、VMware ESX Server、Xen。
相對硬件虛擬模式而言，邏輯虛擬模式會占用一定比例的系統(tǒng)資源。目前大型主機的虛擬效率一般在95%以上，虛擬化損耗大約為2%~3%；AIX和HP-UX上的虛擬效率在90％以上，虛擬化損耗約為5％；而x86架構(gòu)上的虛擬效率則在80%左右，虛擬化損耗大約為20%。
軟件虛擬化
需要主操作系統(tǒng)支持。在主操作系統(tǒng)上運行一個虛擬層軟件，可以安裝多種客戶操作系統(tǒng)，任何一個客戶系統(tǒng)的故障不影響其他用戶的操作系統(tǒng)
代表： VMware GSX Server 和微軟 Virtual Server2005
應(yīng)用虛擬化
需要主操作系統(tǒng)支持。在單一操作系統(tǒng)上使用，在操作系統(tǒng)和應(yīng)用之間運行虛擬層，任何一個應(yīng)用包的故障不影響其他軟件包。
代表：Solaris Container和SWsoft Virtuozzo
虛擬化的實現(xiàn)形式的對比
#P#
五、虛擬化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀
實際應(yīng)用上，除了金融業(yè)、制造業(yè)、政府部門和科研領(lǐng)域的用戶，許多用戶對服務(wù)器整合、虛擬技術(shù)并不十分清晰。在當(dāng)前國內(nèi)服務(wù)器市場，虛擬化的技術(shù)趨勢與實際應(yīng)用還存在較大差距。以下是對虛擬化技術(shù)應(yīng)用較好的行業(yè)的簡要分析。
1、銀行類用戶
在虛擬化技術(shù)應(yīng)用上最為積極。銀行是國內(nèi)最早使用大型主機和小型機的行業(yè)，在應(yīng)用上得到的技術(shù)支持最多，對于虛擬技術(shù)較為熟悉，期待程度和應(yīng)用評價也最高。特點在于對成本敏感度低，對虛擬技術(shù)的安全性和使用效率關(guān)注度高。
2、政府部門類用戶
對虛擬技術(shù)的應(yīng)用雖然不如銀行用戶那樣熟悉，但通過技術(shù)人員的努力，仍能以最低的TCO(Total Cost of Ownership, 總體擁有成本 )獲得最多的計算性能。他們的特點是對預(yù)算較敏感，對系統(tǒng)效率提高感興趣。
3、科研單位
隨著數(shù)據(jù)計算量的加大，需要使用虛擬技術(shù)來提高系統(tǒng)使用效率。這類用戶對預(yù)算敏感度高，對虛擬技術(shù)本身倒并不是特別了解。
4、計算中心
如國家氣象中心，大多采用高性能計算機集群，對計算性能和系統(tǒng)穩(wěn)定性要求很高，對系統(tǒng)管理控制方面要求較多，對預(yù)算敏感度低。
總體而言，與北美和歐洲相對廣泛的虛擬技術(shù)應(yīng)用狀況相比，國內(nèi)在虛擬技術(shù)應(yīng)用水平上還存在較大差距。
六、服務(wù)器虛擬化的優(yōu)勢
1、維護運行在早期操作系統(tǒng)上的業(yè)務(wù)應(yīng)用
對于某些早期操作系統(tǒng)，發(fā)行廠商已經(jīng)停止了系統(tǒng)的維護，不再支持新的硬件平臺，而重寫運行在這些系統(tǒng)上的業(yè)務(wù)應(yīng)用又不現(xiàn)實。為此，可以將這些系統(tǒng)遷移到新硬件平臺上運行的虛擬系統(tǒng)上，實現(xiàn)業(yè)務(wù)的延續(xù)。
2、提高服務(wù)器的利用率
《虛擬服務(wù)器環(huán)境》一書指出：“多數(shù)用戶承認(rèn)，系統(tǒng)平均利用率只有25%~30%之間” 。這對服務(wù)器硬件資源是一種浪費。
將多種低消耗的業(yè)務(wù)利用整合到一臺服務(wù)器上，可以充分發(fā)揮服務(wù)器的性能，從而提高整個系統(tǒng)的整體利用效率。
3、動態(tài)資源調(diào)配，提升業(yè)務(wù)應(yīng)用整體的運行質(zhì)量
可在一臺計算機內(nèi)部的虛擬機之間或是集群系統(tǒng)的各個業(yè)務(wù)之間進行動態(tài)的的資源調(diào)配，進而提升業(yè)務(wù)應(yīng)用的整體運行質(zhì)量。在實際應(yīng)用上，這一優(yōu)勢更偏重于集群系統(tǒng)。
4、提供相互隔離的，安全的應(yīng)用執(zhí)行環(huán)境
虛擬系統(tǒng)下的各個子系統(tǒng)相互獨立，即使一個子系統(tǒng)遭受攻擊而崩潰也不會對其他系統(tǒng)造成影響。而且在使用備份機制后，子系統(tǒng)可被快速的恢復(fù)。
5、提供軟件調(diào)試環(huán)境，進行軟件測試，保證軟件質(zhì)量
采用虛擬技術(shù)后，用戶可以在一臺計算機上模擬多個系統(tǒng)，多種不同操作系統(tǒng)，使調(diào)試環(huán)境搭建簡單易行，大大提高工作效率，降低測試成本。
七、服務(wù)器虛擬化技術(shù)存在的問題
1、虛擬技術(shù)的認(rèn)知
用戶對虛擬技術(shù)不了解，不明確虛擬技術(shù)在提升用戶現(xiàn)有系統(tǒng)效率和降低總體運營成本上的優(yōu)勢，這是阻礙虛擬技術(shù)推廣的最大障礙。
2、虛擬系統(tǒng)的可靠性
客戶采用服務(wù)器，很大程度上是為了保障業(yè)務(wù)的穩(wěn)定性。如果用戶在一臺服務(wù)器上運行多個業(yè)務(wù)，類似于多個雞蛋放在一只籃子，一旦出現(xiàn)重大硬件故障勢必會影響到所有的應(yīng)用，這種威脅很難消除。而對于用戶，這種潛在的業(yè)務(wù)危險往往也是不可接受的。
3、虛擬系統(tǒng)的運行效率
使用虛擬技術(shù)的目的在于提高用戶服務(wù)器的整體利用效率，如果虛擬系統(tǒng)的運行效率太低，也就失去了它在服務(wù)器上應(yīng)用的價值。
4、平臺支持
硬件支持方面，需要虛擬系統(tǒng)能夠不斷更新，以兼容新的硬件平臺。
操作系統(tǒng)支持，需要能夠支持老操作系統(tǒng)。這樣對于某些使用早期操作系統(tǒng)的客戶才有意義。
對于這兩方面，虛擬化平臺都需要不斷更新，這些都依賴虛擬化提供商的維護。
5、遷移能力
高端應(yīng)用需要做到零宕機，遷移成本較高，且需要SAN集中存儲設(shè)備的支持；
低端應(yīng)用，雖然可以使用系統(tǒng)備份還原的遷移模式，以降低系統(tǒng)遷移成本，但遷移效率低。
6、部署效率和易用性
當(dāng)前虛擬化標(biāo)準(zhǔn)尚不統(tǒng)一，移植和管理工具還不夠成熟，這也影響到虛擬化的大面積普及。特別是遠程管理功能需要配合虛擬化標(biāo)準(zhǔn)工作大力發(fā)展，以使得不同的虛擬化平臺可以通過網(wǎng)絡(luò)進行統(tǒng)一管理。
【編輯推薦】
