今天新聞里報導說，VMWare 拆資 10 億 5 千萬美元，收購 Nicira。Nicira 是一家創業公司，專注于網絡虛擬化，主打產品是 vSwitch。云計算產業是技術密集型產業，涉及的技術眾多。要了解云計算產業格局，就必須了解各家企業主打產品，所提供的核心價值。從而理解各家企業，在整個云計算產業鏈中所處的位置，以及與上下游企業的相互關系。

　　這個文章系列的后續章節，將詳細討論網絡虛擬化的問題。Nicira 公司在網絡虛擬化方面，***全球技術前沿。看來我們這個文章系列的寫作進度，得提提速了。

　　我們在上一節，討論了四種云計算的服務方式，出租裸機、出租虛擬機、出租網站、出租行業服務。Amazon EC2 提供的云計算服務，就是其中第二種方式，出租虛擬機。

　　OpenStack 被視作是 Amazon EC2 的開源版。OpenStack 自稱是“用來搭建云計算平臺的開源軟件”。如果追問一句，用 OpenStack 搭建好了云計算平臺以后，能提供什么服務？答案是，如同 Amazon EC2 一樣，提供虛擬機租賃服務。

　　VMWare 公司的產品，雖然名目繁多，但是也是圍繞搭建云計算平臺，提供虛擬機租賃服務這個總目標。

　　所謂提供虛擬機租賃服務，更明確的解釋方式是，用戶提交什么輸入，云計算系統返回什么輸出。

　　輸入：用戶在任何電腦的瀏覽器上，通過訪問云計算中心的網頁，先注冊，確定登錄姓名和密碼。然后輸入希望租賃的虛擬機的操作系統及其版本，還有虛擬機的 CPU 的內核個數、內存空間、硬盤空間、實時帶寬、以及流量限額。

　　輸出：云計算中心根據用戶的需求，生成相應配置的虛擬機，然后把虛擬機的域名或 IP 地址，返回給用戶。用戶得到這些信息后，可以通過 SSH、遠程桌面或者 VNC [1] 這樣的遠程訪問(Remote Access)工具，遠程登錄并使用運行在云計算中心的虛擬機。

　　Amazon EC2、OpenStack 和 VMWare 是如何實現這個功能的呢？別著急看答案，先想想，假如我們是 Amazon EC2、OpenStack 和 VMWare 的系統設計師，我們該如何設計后臺系統？

　　我們自己先 DIY (Do It Yourself)，然后把我們自己的設計，與 Amazon EC2、OpenStack 和 VMWare 的系統架構，做橫向對比，就容易領悟 Amazon EC2、OpenStack 和 VMWare 的系統設計的高妙之處。

　　當然，任何系統的設計，都會有不足之處。分析缺陷的一個有效方法，也是橫向對比。

　　我們在自行設計 Amazon EC2 那樣的系統之前，先想想，假如沒有全自動的后臺系統，而是靠人工完成，該怎么做？換句話說，當云計算中心的系統管理員，收到用戶提交的請求時，他該執行哪些操作？

　　在云計算中心開始為用戶提供服務之前，系統管理員需要預先做一些準備工作。當云計算中心購置了服務器裸機以后，系統管理員需要給這些裸機，安裝虛擬化系統。

　　安裝虛擬化系統包括以下三步。

　　1. 選擇虛擬化系統。

　　虛擬化系統是一個軟件系統，目前常用的虛擬化系統有三種，VMWare、Xen、和 KVM。各種虛擬化系統的比較，可參考 [2]。

　　其中 KVM 是開源軟件，不僅操作簡單，而且系統運行效率較高。更難得的是，KVM 系統結構十分精巧、代碼量小。

　　2. 安裝虛擬化系統。

　　以 KVM 為例，在裸機上安裝 KVM，只需要做兩步。1. 安裝 Linux OS，2. 在 Linux 上安裝 KVM，參考安裝手冊 [3]。

　　3. 設置網絡。

　　運行在 KVM 之上的虛擬機實例，與外界網絡的數據傳輸，必須經過物理網卡。所以，需要做相應的系統設置，使虛擬機實例與物理網卡通信。設置網絡的操作步驟并不復雜，也參見安裝手冊[3]。

　　這里有個疑問，為什么在第二步“安裝虛擬化系統”的時候，不一步到位，把網絡也設置好？其實，的確是可以兩步并一步，在“安裝虛擬化系統”時，順帶完成網絡的設置。

　　安裝手冊 [3] 把網絡設置單列出來，或許是基于以下考慮。虛擬機實例與物理網卡的通信，需要用到 vSwitch 技術，但是 vSwitch 的實現方式有多種，包括 Linux Bridge 和 Open vSwitch 等等 [4]。

　　對于大多數情況，Linux Bridge 基本上能夠滿足需要，所以安裝手冊 [3] 只介紹了 Linux Bridge 的配置方法。但是也有觀點認為，在某些場合下，例如當虛擬機跨機房遷移時，需要更強大的 vSwitch 的技術實現，例如 Open vSwitch [5]。

　　關于 vSwitch，以及 Open vSwitch、OpenFlow 等等話題，我們將在后續有關虛擬網絡的文章中，詳細討論。

　　當云計算中心，添置了服務器裸機之后，系統管理員需要執行上述三步操作。這些操作完成以后，新添的服務器就可以為用戶，提供虛擬機租賃業務了。

　　1. 當系統管理員接收到用戶提交的需求后，他根據用戶指定的操作系統及其版本，把相應的操作系統安裝光盤，插入服務器光驅。

　　或者，系統管理員先把操作系統安裝光盤里的所有內容，導出成為一個 ISO 鏡像文件。這個 ISO 鏡像文件，不僅包含安裝光盤上的所有內容數據，而且記錄著每一段內容數據，存儲在光盤里的哪一個扇區(Sector)。然后，他把這個 ISO 文件拷貝到服務器本地文件系統中。

　　2. 系統管理員根據用戶提交的，虛擬機所需配置的 CPU 內核個數、內存空間、硬盤空間、以及實時帶寬，通過調用 Linux 相應工具，啟動虛擬機。操作步驟不復雜，也參見操作手冊 [3]。

　　這里有兩個問題。

　　1. 假如開啟一個虛擬機實例后，用戶在這個虛擬機實例里，下載并保存了某個內容文件，例如一段視頻。并且，他安裝了某個應用軟件，例如 Apache Web Server。然后他讓 Apache 運行了一段時間，產生了一些狀態文件，例如日志文件。再然后，虛擬機實例被關閉，或許是被用戶或系統管理員主動關閉的，也可能是因為故障而宕機的。

　　問題是，這個虛擬機實例能夠被重啟嗎？虛擬機實例被重啟后，用戶先前保存的視頻等等內容文件、安裝的 Apache Web Server 等等應用軟件、以及應用軟件運行中產生的日志等等狀態文件，有沒有被保存？

　　答案是，可以重啟這個虛擬機實例，并且用戶先前保存的所有內容文件、安裝的所有應用軟件，以及在應用軟件運行過程中，產生的所有狀態文件，通通被保存，可以重新使用。

　　原理是，在用戶提交的申請租賃虛擬機實例的請求中，有一個參數是該虛擬機實例占用的硬盤空間的大小。當系統管理員在某一臺物理服務器上，調用系統指令，讓 KVM 虛擬化系統，為用戶創建虛擬機實例時，KVM 虛擬化系統在該物理服務器的本地硬盤中，創建了一個文件，作為這個虛擬機實例的鏡像文件(Image)。

　　這個鏡像文件的大小，基本上等于用戶指定的虛擬機實例占用的硬盤空間的大小。在虛擬機實例看來，這個鏡像文件，就相當于自己的硬盤，所以鏡像文件又被稱為虛擬硬盤。在這個鏡像文件或者虛擬硬盤中，虛擬機實例可以設立不同的虛擬硬盤分區，分區中可以設立文件夾，文件夾中可以再設立子文件夾，或者存放文件。

　　當先前的虛擬機實例被關閉以后，可以在同一臺物理服務器上，根據虛擬機實例的名稱，重啟該虛擬機實例。這時新的虛擬機實例，將會找到先前那個虛擬機實例所使用的虛擬硬盤，也就是鏡像文件。

　　于是，當新的虛擬機實例開啟以后，將會看到先前虛擬機實例，它保存的所有內容文件、安裝的所有應用軟件、以及應用軟件在運行過程中產生的所有狀態文件。

　　2. 問題二，假如先前的虛擬機實例被關閉以后，能不能在另外一臺物理服務器上，重啟該虛擬機實例？

　　答案是，可以在其它物理服務器上，重啟虛擬機實例。但是有兩個前提，1. 這兩臺物理服務器，必須安裝相同的虛擬機系統，例如某版本的 KVM。2. 必須把先前那個虛擬機實例的鏡像文件，也就是它的虛擬硬盤，從***臺物理服務器的文件系統，拷貝或者掛載到(mount)到第二臺物理服務器的文件系統中去。

　　原理是，假如我們有兩臺電腦，當我們把***臺電腦的硬盤，拆下并安裝到第二臺電腦上去。然后開啟第二臺電腦，我們將會看到與***臺電腦一模一樣的操作系統、文件、還有應用軟件。鏡像文件對于虛擬機實例來說，就是它的硬盤。遷移虛擬機實例，可以通過遷移它的虛擬硬盤，也就是鏡像文件來實現。

　　我們之所以不厭其煩地介紹手工設置虛擬化系統、并運行虛擬機實例的步驟，是因為 Amazon EC2、OpenStack、以及 VMWare 等等系統，它們的主要功能，是讓軟件系統替代人工，自動化地去完成這些操作。

　　類似于 Amazon EC2 的自動化系統并不難設計。事實上，前述的準備工作，也就是安裝虛擬化系統的三個步驟，是在添置物理服務器時完成的，是一次性的操作，所以手工完成這些準備工作，無妨大雅。

　　真正需要實現自動化的，僅僅限于提供虛擬機租賃業務的兩個步驟，1. 提供操作系統安裝光盤，或相應的 ISO 文件，2. 根據用戶提交的虛擬機資源配置，創建虛擬機實例。

　　我們在下一節，將自行設計這樣一套系統，然后把它與 Amazon EC2、OpenStack 等等橫向對比。大家會驚奇地發現，我們自行設計的系統，在總體上，與 Amazon EC2、OpenStack 等等系統非常相似。