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虚拟化软件对操作环境有那些影响

发表于2009-06-06 13:15| 次阅读| 来源51CTO| 0 条评论| 作者

摘要:人们往往爱用"划时代"这个词来表示某种创新性的事物,然而,真正能够创造此类事物的技术少之又少,而这样的技术在短短几年就横扫整个行业的情形则更为罕见。

IDC 观点

人们往往爱用"划时代"这个词来表示某种创新性的事物,然而,真正能够创造此类事物的技术少之又少,而这样的技术在短短几年就横扫整个行业的情形则更为罕见。x86 服务器系统资源虚拟化就是一种这样的技术,随着它迅速成为现代计算中一个事实上的必要组件,它明显具备从多个方面改变本行业现状的潜能。我们此次研究的主要内容包括:

虚拟化应被视为一种异军突起的技术,将大大改变操作系统供应商的游戏规则。今后两年将有几个新的发展趋势,支持低成本"软件应用装置"的能力仅是其中之一。还有其他一些使用方面的趋势,例如由最终用户为支持低价值应用程序或工作负载的操作系统创建快速替换方案的能力,以及将操作系统及其关联的工作负载发送到服务提供商处的一个远程服务器的能力,这些为供应商带来了真正改变市场的挑战和机遇。

哪里有变化和挑战,哪里就有巨大的新机会。创建短期或纯粹是一次性的操作系统,对于传统业务模型来说可能是一种跃进性的发展。传统供应商如何响应这些新的变化因素将决定他们是走向长远成功还是从此一蹶不振。

受影响的不只是操作系统层。创建系统映像的快照并跨网络连接进行传递而不是去备份或复制一个给定的环境,这可能会改变最终用户实现高可用性和进行灾难恢复规划的途径。

系统管理供应商将会发现,他们管理的不再只是物理服务器,而是物理服务器与虚拟服务器的混合。物理服务器的管理和 虚拟服务器的管理将发生有趣的分化。管理物理服务器的重点仍将是分配和监视系统资源并跟踪即将发生的硬件故障,而虚拟服务器将接受系统资源分配,但是在它们从一台物理服务器重新部署到另一台或者在资源需求扩大或由其他客户操作系统使用时,也必须对其进行跟踪。

这不仅仅涉及到服务器,还极有可能给客户端操作系统带来突变,具体通过以下两方面:在客户端设备上包括虚拟机软件,和创建虚拟托管客户端操作环境 - 托管在远程服务器上并通过便宜的移动或瘦客户端设备访问。

本次调查的内容

此"IDC 技术评估"介绍了 IDC 对虚拟化技术的评估,指出了它对操作环境和操作环境市场的影响 - 包括当前、近期和长期影响。


形势综述

简介

俗话说得好,风水轮流转,旧貌换新颜。系统虚拟化更是如此。安装在 x86 服务器硬件上的虚拟机和 hypervisor 技术的推出无疑是近几年最令人振奋的一项发展,不过,尽管它在 x86 服务器平台上是新的,但它本身无论如何也称不上是新事物。

虚拟化和系统分区已在大型机系统上存在了几十年,从运行 OS/390、z/VM、z/OS 的 IBM 大型机,到近来的 IBM iSeries 和 pSeries 平台,以及 HP 的 HP 9000 和 Integrity 产品线。所谓"新",是指将此虚拟化技术带到中小型 x86 服务器上这一概念是新的。

使用系统虚拟化软件有许多令人信服的理由。在客户端系统上,运行多个操作环境的能力使用户可以支持仅在用户希望使用的主环境以外的操作环境中才可以运行的应用程序工作负载。例如,Linux 用户可以利用虚拟机技术来支持 Windows 环境,同时让 Microsoft Office 安装在主要用作 Linux 工作站的系统上。

对于开发人员和支持人员来说,虚拟化软件可以让他们创建基于测试或假定情形的配置并试用它们和/或销毁它们,然后放弃该实例并在几分钟内重新创建它们 - 所有这一切都不需专门的测试系统,也不需要中断计算机上的主操作系统。

但是,虚拟化将最先在 x86 服务器上得到广泛采用,而不是在客户端上。我们相信,虚拟化软件在下一代服务器上的部署几乎是必然的,特别是那些使用 64 位处理器和新型操作系统软件的服务器,它们很可能已内置了虚拟化功能。结果是,现有基础架构以及可以设计为利用虚拟化的新部署可能会节约不少成本。

技术定位

虚拟化正在改变我们所了解的 x86 IT 世界的面貌。虚拟化已使软件和硬件产品的每一个供应商开始考虑虚拟化对其产品的体系结构设计以及他们所采用的走向市场模型的影响。而且,部署方案 - 当然也包括许可及使用权 - 成了许多产品的一个关键讨论点。展望未来,我们预计虚拟化将成为所有下一代操作系统的一个有机组成部分,并将应用于下一代服务器硬件。将来,甚至客户机系统也会看到虚拟化层纳入到其基本系统设计中。

我们不应忘记,2006 年是这一运动的转折点。如今,虚拟化技术正紧密集成到针对 x86 服务器的操作系统产品中。第一个带有集成式虚拟化技术的操作系统产品是 Novell 的 SUSE Linux Enterprise Server 10 产品,它将开源 XenSource 技术纳入到 Linux 发行套件中。Red Hat Enterprise Linux 5 在 2006 年底也将提供集成的 XenSource 技术。

Microsoft 是 x86 操作系统领域最大的玩家,也是最大、最有影响力的供应商,目前预计其 Viridian hypervisor 技术将在 Windows Longhorn Server 发布后 6 个月内面世。考虑到 Longhorn 产品系列的推出时间表,可以预计 Viridian 有望在 2008 年上半年面世。
这些新的 Hypervisor 技术正逐步形成气候,而且用户也在逐渐熟悉它们,但 VMware 已先行一步,在本行业中推出了相当完善的解决方案。直到现在,它在性能和可管理性方面都处于遥遥领先的地位。

随着向硬件辅助虚拟化过渡,所有虚拟化解决方案的性能将得到改进,而且提供虚拟化服务或管理它们的软件工具(包括 VMware 的 ESX Server 和该公司的 VMware Virtual Infrastructure 3 (VI3) 套件)也将进一步走向成熟。

硬件虚拟化的类型

x86 服务器硬件上有几种不同类型的虚拟化方案。这一组解决方案中使用了一个纯粹的软件层来创建一个虚假硬件体系结构(虚拟机软件层)。软件虚拟化必须截取一些操作系统调用并使用模拟的底层硬件资源为它们服务,这导致了较高的开销。要解决纯软件虚拟化所产生的不断增长的性能降级问题,一种办法是使用所谓的"半虚拟化"。

半虚拟化类似于纯粹的软件虚拟化,但它可以使客户操作系统的开销更小。软件虚拟化与半虚拟化之间的关键区别在于是否支持通过由操作系统使用的有限数量的特权指令来控制硬件功能。

软件虚拟化动态地捕捉这些特权指令并通过模拟适当地处理它们,而半虚拟化环境则要求静态地替换或捕捉这些特权指令。这一点可通过使用一个特殊的操作系统内核版本来做到,在此内核中,这些调用已在半虚拟化主机环境中得到解决或替换。

有些客户对半虚拟化解决方案不感兴趣,因为这要求修改内核,而且由于法规要求,还可能需要对整个软件层执行重新鉴定、合规性测试或验证。半虚拟化用于现有 Windows 操作系统时更是问题百出,因为修改内核的任务必须由 Microsoft 完成,而后者由于需要提供支持的缘故,通常不大愿意创建 Windows 操作系统的派生版本。

未来的 Microsoft 操作系统(包括 Windows Vista)将包括一种 Microsoft 称之为"启蒙"的东西,实际上就是进行一种修改,使操作系统能够以本机方式(直接在物理芯片上)工作,或者在虚拟机或 hypervisor 之上以半虚拟化模式工作。此"启蒙的"内核将不要求用户根据部署情形进行修改或加以注意。

单从性能上看,半虚拟化与纯软件虚拟化相比具有性能优势,而从易配置和兼容性上看,纯软件虚拟化更易于采用 - 尤其是对于旧式操作系统。不过,若抛开绝对性能问题不谈,与应用程序软件交互的用户通常将看不出在服务器上使用的虚拟机解决方案的具体类型。

硬件创新

新一代 x86 虚拟化将利用由芯片供应商内置于处理器中的硬件辅助技术,具体就是:Intel 的"虚拟化技术"(VT),和 AMD 的 CPU 虚拟化技术(以前叫 Pacifica)。

Intel 的 VT 或 AMD 的 CPU 虚拟化技术都不能消除对 Xen、Microsoft、SWsoft、VMware 或其他供应商提供的虚拟机技术的需要,但此二者使虚拟化更易于实现,而且不需要通过半虚拟化来改善性能。这些处理器供应商是通过更改安装虚拟机软件层所用的相对特权做到这一点的,这使得操作系统层能够继续使用操作系统通常使用的特权级别。

应该指出的是,Intel VT 和 AMD 的 CPU 虚拟化技术通常将作为客户今后的解决方案 - 尽管使用现有系统的客户在某些情况下可以通过升级固件来启用这些新的虚拟化解决方案。然而,只有在客户的采用具备 Intel VT 或 AMD CPU 虚拟化技术能力的系统达到一个临界数量时,利用这些硬件技术的虚拟化软件才会有巨大的市场。


新的技术驱动因素和业务目标

企业采用虚拟化技术时通常遵循从低风险解决方案到关键解决方案这样一个周期,相应地,他们实现的投资回报也是从低到高。IDC 的调查发现,典型的公司采用过程都经历以下使用情形:

测试和开发

服务器整合

高可用性

灾难恢复

容量规划/公用计算/动态 IT

相应地,我们认为虚拟化不是一种二元化转变,也不是用于解决一个问题或一组问题的一次性投资。它是一个解决方案,将横跨客户的所有需求。早期采用的 x86 虚拟机软件主要是用作实现服务器整合的解决方案,但随着时间的发展,部署范围将大大扩展。

虚拟机软件投资一览
同时,在虚拟面的开支仍保持在较低的投资级别。随着时间的推移,主要开支将随着虚拟机软件使用的日趋成熟而转变,我们预计此曲线的峰值位置将向右移。

如今,多数大规模采用虚拟化技术的企业仍处在整合过去十年数量急剧增加的服务器这一阶段。通过虚拟化将多个物理服务器封装到单个整合的服务器上,可以实现成本和资源效益,包括减少了在数据中心的占地面积。

目前使用的虚拟化技术使 IT 专业人员能够自动管理物理服务器的资源,以高效地支持多个操作系统,其中每个操作系统支持不同的应用程序。

在企业中,这可能意味着将数百台服务器整合到总数量的 10-20%,这首先减少了硬件管理和服务需求,而且随着时间的推移,还将减轻软件管理负担。随着此趋势向下发展到中小型公司 (SMB) 市场,这意味着只需要购买一、两台服务器就可实现以前通过多台服务器才能达到的功能。

从长远看,虚拟化进入业务连续性、之后进入资源管理和动态 IT 的潜力,为客户采用虚拟化技术提供了长久价值。多数企业需要从这一使用情形系列的左侧着手以在公司内形成专业技能,然后转向右侧更成熟的使用情形。

未来展望

市场预测

IDC 认为虚拟化对企业计算具有广泛而深远的影响,但是此影响远不止是目前的服务器整合。我们认为虚拟化的长远影响将触及以下所有方面:

虚拟化将普遍存在,成为服务器和操作系统设计中一个不可或缺的部分。在四到五年之内,我们预计虚拟化与基本操作系统的集成紧密程度将与目前的目录服务和群集技术与操作系统的集成程度一样。一旦与高容量 x86 服务器上使用的操作系统充分集成,它将被看作是一种可以使用或不可以使用(具体取决于给定系统的部署方案)的"系统"服务。

虚拟化层将继续带来收入。不过,此收入可能表现为 Windows 和 Linux 操作系统的高档 SKU 的形式。我们看到一种明显的可能性:集成了虚拟化能力的产品定价较高,而且这些高档产品很可能会包括富余容量,能够在降低或不增加成本的情况下支持"主机"操作系统的多个客户操作系统映像。

Microsoft 已在其 Windows Server 2003 Enterprise Edition 中这样做了(可以许可四个客户操作系统实例),而且最近推出了在概念上类似但扩展了使用权的 Datacenter Edition(不限客户操作系统数量)。在 Microsoft 的情形中,业务许可协议通常提供了"降级权限"- 使客户能够使用刚部署的新操作系统附带的激活密钥部署任何以前版本的产品。Novell 通过其 SLES 10(集成了 Xen hypervisor 技术)支持无限虚拟化。截至本文发布时,Red Hat 尚未披露其在 Red Hat Enterprise Linux 5 上使用客户操作系统实例的计划。

虚拟化将改变离线系统的管理方式。虚拟化层使操作系统与底层的硬件"分离"开来,从而允许在离线的情况下和在停电的环境中管理和部署系统。此功能非常有用,而且它允许操作系统和其上的软件在服务器之间移动,并允许操作系统在离线的情况下以映像形式进行修补或更新。(此修补和应用程序部署概念同时适用于客户机和服务器客户操作系统。)
操作系统移动性使 IT 界限以外的服务器能够在需要时被利用。利用虚拟化软件和操作系统层与硬件之间固有的隔离状态,重新分配资源变得非常容易。当一台服务器用完了容量时,操作系统及其工作负载可动态移动到另一台具有未使用容量的机器上。将来,此功能将使客户能够将整个软件层发送到位于公司防火墙之外的服务器。一旦公司消除了形形色色的隐私性、机密性和安全性顾虑,则服务提供商 - 甚至包括 Amazon、Google、Microsoft、Sun 或 IBM - 就完全可以应需提供超额容量。

传统的 IT 供应商需要进入此托管业务。操作系统层与硬件之间分离的必然结果是,如果操作系统供应商不直接作为其主营业务的一部分介入为托管客户操作系统映像提供资源的业务,或者与规模较大的合作伙伴密切合作,让合作伙伴打着他们的旗号代他们提供此服务,他们就会把一个巨大的市场机会拱手让给竞争对手,包括前面提到的在线公司。

多亏有了虚拟化,移动员工才能够不带硬件而只携带软件。一个例子是,在出差时可以只带一个存有操作系统映像和应用程序的 USB 驱动器,而不必携带整台笔记本电脑。让此概念再进一步,假如有必要的带宽,用户不带记忆棒也能照常工作 - 从飞机上、旅馆中等场所租用的机器上的浏览器中下载一个软件映像,即可开始工作。

虚拟化技术允许软件应用装置存在并供最终用户使用,包括消费者、中小型公司,尤其是企业。这些软件应用装置可以用来将单项服务或应用程序或一套应用程序与其他关键应用程序隔离开。也可以用它让网络和安全应用程序的管理更轻松。应需隔离、创建和处置应用程序的能力还可以提高安全性。这一功能特别适合于在信息访问点和其他公共环境中使用的面向公众的应用程序。另外,该技术非常适合于将业务系统与最终用户希望在他们的便携式工作系统上携带的非业务应用程序隔离开来。

围绕定价和许可的业务模型将继续受到影响。虚拟化支持创建纯粹的软件应用装置 - 它们是操作系统软件和应用程序功能的全包式产品包 - 经过预配置,随时可以运行。操作系统供应商需要抓住这个机会,以免让其他竞争对手捷足先登。虚拟化还为 ISV 创造了机会,他们可以扩展其产品阵容,提供全包式的软件套件。在这种情况下,ISV 可以提供一种经过全面达标测试的包括操作系统的映像,随时可以部署到虚拟机上。客户只需要加载并启动它就可以使用了。这一使用方案与软件应用装置机会密切相关。

虚拟托管客户机将成为更多公司的可行解决方案。随着虚拟化得到人们更深入的了解并更广泛地被接受,虚拟托管客户机 - 在单个服务器系统上支持多个客户端映像 - 对于更多公司来说将成为一个可行的解决方案。这一方案不仅利用了虚拟机软件,而且利用了虚拟用户界面软件。

工厂预安装服务器操作系统的情形将减少。目前广泛采用的是预配置服务器(由 OEM 预安装一个操作系统)这一模式,随着基本操作系统日益成为 hypervisor 而且客户要求提供若没有 hypervisor 便是裸机的机器,这一模式很可能会随着时间的推移而转变。

虚拟化功能将大大影响"付费 - 免费"操作系统部署方案。如果客户可以免费获得一个经过全面修补的最新、安全的操作系统,部署了它,然后(可能是在几小时、几天或几周后)在安全或其他因素要求时丢弃它、更换它,那么使用更多免费操作系统的可能性就大大增加了。随着时间的发展,这一趋势可能会给操作系统收入增加的潜力带来负面影响。IDC 认为,那些支持繁重或复杂应用程序工作负载的操作系统不是这种快速替换情形的理想对象,但是,基本的基础架构服务器将非常适合于采用这种循环式的系统部署和生命周期管理做法。

重要指导

应考虑采取的行动

围绕售出/支持许可证和/或升级定购来构建其业务模型的操作系统供应商需要认识到这一转变,以及虚拟化可能会带来的突变。如果不能认识到这些潜在的变化,并且未能把握这些新的机遇 - 包括软件应用装置、可快速更换的操作系统,以及为客户提供远程托管服务 - 这些供应商将面临被竞争对手排挤的风险。

认识到这些技术带来的潜在影响和机遇的供应商将会开发更广泛的一系列产品作为应对策略,从成本上看,这些产品从免费到低成本(每年 100 美元以下),到适中的价格,再到如今的企业级产品定价。那些死抱住高端定价产品不放而且不直接参与低端市场竞争的供应商将面临丢掉业务的巨大风险。

如 Clayton Christensen 在他的《创新者的窘境》(The Innovator's Dilemma) 一书中所述,一些传统的炼钢厂希望将低利润产品 - 如钢筋 - 让给大量出现而且与他们有竞争的小钢铁厂。无独有偶,这些操作系统供应商希望将以钢筋市场作比喻的软件(低端、低成本操作系统)让给小厂家(开源操作系统和软件应用装置供应商),他们这样做基于一种假定:这块市场无钱可赚,让出去也不会影响他们盈利丰厚的核心业务。但事实并不是这样,再没有比我们今天面临的情形更能说明这一点了。

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虚拟化软件对操作环境有那些影响