工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)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(jì)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(chǔ)等一一隔離起來(lái)，從而打破數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和應(yīng)用的物理設(shè)備之間的劃分，實(shí)現(xiàn)架構(gòu)動(dòng)態(tài)化，并達(dá)到集中管理和動(dòng)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(jìn)服務(wù)、減少管理風(fēng)險(xiǎn)等目標(biāo)。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(chǔ)、并行計(jì)算、負(fù)載調(diào)度等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)等計(jì)算機(jī)資源的池化管理。根據(jù)需求進(jìn)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(shí)際上，我們通常所說(shuō)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(chǔ)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(jī)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(gè)子網(wǎng)，而不必再為此購(gòu)買(mǎi)和安裝新的機(jī)架或設(shè)備。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，它具有更少的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用和更低的復(fù)雜性。存儲(chǔ)虛擬化則是將企業(yè)中的存儲(chǔ)資源整合在一起，通過(guò)一臺(tái)邏輯存儲(chǔ)設(shè)備供用戶訪問(wèn)。一

虛擬化技術(shù)概念虛擬化技術(shù)，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?？梢酝瑫r(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，而且每一個(gè)操作系統(tǒng)中都有多個(gè)程序運(yùn)行，每一個(gè)操作系統(tǒng)都運(yùn)行在一個(gè)虛擬的CPU或者是虛擬主機(jī)上；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。二虛擬化技術(shù)的分類1959年，發(fā)表了一篇學(xué)術(shù)報(bào)告，名為"大型高速計(jì)算機(jī)中的時(shí)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(rèn)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(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)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(dú)秀，另外還有Hyper-v和XEN。虛擬化技術(shù)經(jīng)過(guò)數(shù)年的發(fā)展，已經(jīng)成為一個(gè)龐大的技術(shù)家族，其技術(shù)形式種類繁多，實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用也有一個(gè)體系。但對(duì)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(shí)它們都屬一個(gè)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(duì)虛擬化做一個(gè)分類。以應(yīng)用的領(lǐng)域來(lái)劃分：服務(wù)器虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化、應(yīng)用虛擬化、平臺(tái)虛擬化、桌面虛擬化以實(shí)現(xiàn)層次來(lái)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(lái)虛擬一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的硬件配置，如CPU、內(nèi)存、硬盤(pán)、聲卡、顯卡、光驅(qū)等，成為一臺(tái)虛擬的裸機(jī)，然后就可以在上面安裝操作系統(tǒng)了。使用時(shí)，先在操作系統(tǒng)里安裝一個(gè)硬件虛擬化軟件，用其虛擬出一臺(tái)計(jì)算機(jī)，再安裝系統(tǒng)，做到系統(tǒng)里運(yùn)行系統(tǒng)，并可虛擬出多臺(tái)計(jì)算機(jī)，安裝多個(gè)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(gè)系統(tǒng)為母體，克隆出多個(gè)系統(tǒng)。它比硬件虛擬化要靈活方便，因?yàn)橹恍柙谙到y(tǒng)里裝一個(gè)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(biāo)識(shí)外，其余都一樣?？此婆c硬件虛擬化一樣，都是虛擬多個(gè)操作系統(tǒng)出來(lái)，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(gè)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(shí)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(gè)系統(tǒng)有較強(qiáng)的聯(lián)系，體現(xiàn)在：①可以為多個(gè)虛擬系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)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(huì)殃及所有虛擬系統(tǒng)。硬件虛擬化虛擬的多個(gè)系統(tǒng)是相互獨(dú)立的，與原系統(tǒng)也無(wú)聯(lián)系，原系統(tǒng)的損壞不會(huì)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(shí)安裝的實(shí)體，沒(méi)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(chǎng)而來(lái)。一個(gè)軟件被打包后，通過(guò)局域網(wǎng)很方便地分發(fā)到企業(yè)的幾千臺(tái)計(jì)算機(jī)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(yùn)行虛擬系統(tǒng)的某些關(guān)鍵部分，如注冊(cè)表、C盤(pán)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(shí)已經(jīng)搭建了一個(gè)虛擬化環(huán)境，然后接收來(lái)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(tái)物理服務(wù)器上運(yùn)行多臺(tái)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(lái)，幾乎與物理服務(wù)器沒(méi)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(tái)虛擬服務(wù)器的數(shù)據(jù)是隔離的，虛擬服務(wù)器對(duì)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(yùn)行虛擬化程序，依賴主機(jī)操作系統(tǒng)對(duì)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(tái)進(jìn)行管理。3、兩種架構(gòu)的對(duì)比五

虛擬化云計(jì)算管理平臺(tái)架構(gòu)虛擬化技術(shù)主要是實(shí)現(xiàn)了對(duì)底層物理資源的抽象，使其成為一個(gè)個(gè)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(tái)資源管理平臺(tái)負(fù)責(zé)對(duì)物理設(shè)備和虛擬化資進(jìn)行統(tǒng)一的管理和調(diào)度，形成統(tǒng)一的資源池，實(shí)現(xiàn)IaaS服務(wù)的可管、可控，其核心是實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)資源單位的生命周期管理能力和對(duì)資源管理調(diào)度能力。對(duì)資源的生命周期管理，就是對(duì)資源的生成、分配、擴(kuò)展、遷移、回收的全流程管理，關(guān)鍵基礎(chǔ)包括虛擬機(jī)自動(dòng)化部署、虛擬機(jī)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(duì)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(tái)業(yè)務(wù)管理平臺(tái)的職責(zé)是將資源封裝成各種服務(wù)，以方便易用的方式對(duì)外提供給用戶，實(shí)現(xiàn)IaaS的運(yùn)營(yíng)。其中業(yè)務(wù)服務(wù)管理主要是將底層資源進(jìn)行組合和打包，形成供最終用戶購(gòu)買(mǎi)的業(yè)務(wù)和服務(wù)。業(yè)務(wù)流程管理用于實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶注冊(cè)、認(rèn)證、服務(wù)開(kāi)通以及使用、計(jì)費(fèi)、結(jié)算等流程的配置與管理；計(jì)費(fèi)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(jì)用戶對(duì)資源的使用量，并根據(jù)計(jì)費(fèi)策略生成計(jì)費(fèi)賬單；用戶管理主要負(fù)責(zé)用戶的身份認(rèn)證，業(yè)務(wù)訂購(gòu)關(guān)系管理等工作。六結(jié)語(yǔ)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(biāo)就是實(shí)現(xiàn)對(duì)IT資源的充分利用。虛擬化技術(shù)是一種調(diào)配計(jì)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(chǔ)等一一隔離起來(lái)，從而打破數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和應(yīng)用的物理設(shè)備之間的劃分，實(shí)現(xiàn)架構(gòu)動(dòng)態(tài)化，并達(dá)到集中管理和動(dòng)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(jìn)服務(wù)、減少管理風(fēng)險(xiǎn)等