虚拟化技术_虚拟化技术包括哪些 - CSDN
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  • 虚拟化技术基础知识全面了解

    千次阅读 2017-09-26 07:28:36
     虚拟化,是指通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机(对计算机物理资源的抽象,实现资源的模拟、隔离和共享)。在一台计算机上同时运行多个逻辑计算机,每个逻辑计算机可运行不同的操作系统,并且应用...
    一 虚拟化简介
    
       虚拟化,是指通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机对计算机物理资源的抽象,实现资源的模拟、隔离和共享)在一台计算机上同时运行多个逻辑计算机,每个逻辑计算机可运行不同的操作系统,并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响,从而显著提高计算机的工作效率。
       虚拟化使用软件的方法重新定义划分IT资源,可以实现IT资源的动态分配灵活调度跨域共享提高IT资源利用率降低成本加快部署极大增强系统整体安全性和可靠性。使IT资源能够真正成为社会基础设施,服务于各行各业中灵活多变的应用需求。
    二 虚拟化和云计算的关系
       虚拟化重点对资源的虚拟,比如把一台大型的服务器虚拟成多台小定的服务器。一个侧重虚拟的这种技术
       云计算的重点是对资源池(可以是经过虚拟化之后)进行统一的管理和调度。一种侧重对虚拟化之后的资源进行管理和调度
    三 虚拟化架构

       1.寄居虚拟化架构

       寄居虚拟化架构指在宿主操作系统之上安装和运行虚拟化程序,依赖于宿主操作系统对设备的支持和物理资源的管理。(类似 Vmware Workstation 的程序)


       2.裸金属虚拟化架构

       裸金属虚拟化架构指直接在硬件上面安装虚拟化软件,再在其上安装操作系统和应用,依赖虚拟层内核和服务器控制台进行管理。


       3.操作系统虚拟化架构

       操作系统虚拟化架构在操作系统层面增加虚拟服务器功能。操作系统虚拟化架构把单个的操作系统划分为多个容器,使用容器管理器来进行管理。
       宿主操作系统负责在多个虚拟服务器(即容器)之间分配硬件资源,并且让这些服务器彼此独立。


       4.混合虚拟化架构

       混合虚拟化架构将一个内核级驱动器插入到宿主操作系统内核。这个驱动器作为虚拟硬件管理器来协调虚拟机和宿主操作系统之间的硬件访问。


    四 虚拟化类型

       全虚拟化(Full Virtualization)
       全虚拟化也成为原始虚拟化技术,该模型使用虚拟机协调guest操作系统和原始硬件,Hypervisor(VMM)在guest操作系统和裸硬件之间用于工作协调,VMM完整模拟硬件的方式提供所有全部接口,模拟特权指令,guset操作系统认为自己还是直接处于原始硬件上,一些受保护指令必须由Hypervisor(虚拟机管理程序)来捕获处理。(VirtualBoxKVMVMware WorkstationVMware ESX)(腾讯云采用的是KVM)

    全虚拟化模型
       优点:Guest OS 无需修改,速度和功能非常不错,使用简单。
       缺点:中间层Hypervisor需占用一定的资源。

       半虚拟化(Para Virtualization)(准虚拟化)

       半虚拟化是另一种类似于全虚拟化的技术,它使用Hypervisor分享存取底层的硬件,但是它的guest操作系统集成了虚拟化方面的代码,guest OS能配合Hypervisor来协作实现虚拟化。(guest操作系统意识到自己是处于虚拟化环境)(Xen)(阿里云采用的是Xen)


    半虚拟化模型
       优点:与全虚拟化相比,架构更精简,整体速度会有一定优势。

       缺点:需要对Guest OS修改,所以用户体验比较麻烦。

       硬件辅助虚拟化(Hardware Assisted Virtualization) 

       Intel/AMD等硬件厂商通过对部分全虚拟化和半虚拟化使用到的软件技术进行硬件化来提高性能。硬件辅助虚拟化技术常用于优化全虚拟化和半虚拟化产品,而不是独创一派。(VMware Workstation,VirtualBoxKVMVMware ESXXen
       优点:通过引入硬件技术,使虚拟技术更接近物理机速度。
       操作系统级虚拟化技术(Operating System Level Virtualization

       通过对服务器操作系统进行简单地隔离来实现虚拟化,他们的特点是一个单一的节点运行着唯一的操作系统实例。通过在这个系统上加装虚拟化平台,可以将系统划分成多个独立隔离的容器,每个容器是一个虚拟的操作系统,被称为虚拟环境(即VEVirtualEnvironment),也被称为虚拟专用服务器(即VPSVirtual Private Server)。
       在操作系统虚拟化技术中,每个节点上只有唯一的系统内核,不虚拟任何硬件设备。此外,多个虚拟环境以模板的方式共享一个文件系统,性能得以大幅度提升。在生产环境中,一台服务器可根据环境需要,运行一个VE/VPS,或者运行上百个VE/VPS。所以,操作系统虚拟化技术是面向生产环境、商业运行环境的技术。


    操作系统虚拟化模型

       优点:对操作系统进行直接修改,所以成本低而且性能不错。
       缺点:在资源隔离方面表现不佳。所有虚拟服务器必须运行同一操作系统。

       硬件分区技术

       硬件分区技术如下图所示:硬件资源被划分成数个分区,每个分区享有独立的CPU、内存,并安装独立的操作系统。在一台服务器上,存在有多个系统实例,同时启动了多个操作系统。


    硬件分区模型

       优点:完全的电气化隔离在不同的操作系统之间提供最大程度的保护。
       缺点:缺乏很好的灵活性,不能对资源做出有效调配。成本高,不易统一管理。

       虚拟化还可分为服务器虚拟化,桌面虚拟化,应用虚拟化
       服务器虚拟化 (服务的是服务器型上层应用)
       数量少的情况推荐使用ESXI,XenServer
       数量大的情况推荐使用KVM,RHEV(并不开源),oVirt,Openstack,Vmvare vshpere 
       桌面虚拟化 (服务的是终端用户)
       桌面虚拟化依赖于服务器虚拟化,在数据中心的服务器上进行服务器虚拟化,生成大量的独立的桌面操作系统(虚拟机或者虚拟桌面),同时根据专有的虚拟桌面协议发送给终端设备用户终端通过以太网登陆到虚拟主机上,只需要记住用户名和密码及网关信息,即可随时随地的通过网络访问自己的桌面系统,从而实现单机多用户。多用于IP外包,呼叫中心,银行办公、移动桌面。
       应用虚拟化 
       技术原理是基于应用/服务器计算A/S架构,采用类似虚拟终端的技术,把应用程序的人机交互逻辑(应用程序界面、键盘及鼠标的操作、音频输入输出、读卡器、打印输出等)与计算逻辑隔离开来。在用户访问一个服务器虚拟化后的应用时,用户计算机只需要把人机交互逻辑传送到服务器端,服务器端为用户开设独立的会话空间,应用程序的计算逻辑在这个会话空间中运行,把变化后的人机交互逻辑传送给客户端,并且在客户端相应设备展示出来,从而使用户获得如同运行本地应用程序一样的访问感受。 
    五 虚拟化常用几种技术
       KVM
       KVM是集成到linux内核的系统虚拟化模块,使用linux自身调度器进行管理,工作在X86架构且需支持硬件辅助虚拟化技术(Intel VT和AMD-V)。使用全虚拟化技术,采用混合虚拟化架构
       
    KVM由两部分组成:KVM模块和QEMU。

       QEMU是一套由Fabrice Bellard所编写的模拟处理器的自由软件。它与Bochs,PearPC近似,但其具有某些后两者所不具备的特性,如高速度及跨平台的特性。经由kqemu这个开源的加速器,QEMU能模拟至接近真实电脑的速度。

       KVM是Linux kernel的一个模块。可以用命令modprobe去加载KVM模块。加载了模块后,才能进一步通过其他工具创建虚拟机。但仅有KVM模块是远远不够的,因为用户无法直接控制内核模块去做事情,你还必须有一个运行在用户空间的工具才行。这个用户空间的工具,kvm开发者选择了已经成型的开源虚拟化软件QEMU。它的特点是可虚拟不同的CPU。KVM使用了QEMU的一部分,并稍加改造,就成了可控制KVM的用户空间工具了。

       Xen

       Xen是第一类运行再裸机上的虚拟化管理程序(Hypervisor)。它支持全虚拟化和半虚拟化,属于裸金属架构。Xen支持hypervisor和虚拟机互相通讯。Xen最重要的优势在于半虚拟化,此外未经修改的操作系统也可以直接在xen上运行,能让虚拟机有效运行而不需要仿真,因此虚拟机能感知到hypervisor,而不需要模拟虚拟硬件,从而能实现高性能
       VMWare ESX或vSphere(升级)
       vSphere是完全虚拟化,属于裸金属架构。独立安装和运行在祼机上的系统,因此VMware Workstation软件不同的是它不再依存于宿主操作系统之上。vSphere将应用程序和操作系统从底层硬件分离出来,从而简化了IT操作。用户现有的应用程序可以看到专有资源,而服务器则可以作为资源池进行管理。因此,用户的业务将在简化但恢复能力极强的IT环境中运行。
       Dcker
       Docker内部使用的是Linux容器技术(LXC)属于操作系统轻量级的虚拟化。Docker定义了一套容器构建(build)、分发(ship)和执行(run)的标准化体系,开创了容器云+端开放平台(Docker Hub + Docker Engine)的模式,极大地提高了开发部署效率;从生态圈的角度看,Docker过去一年之所以开始普及,主要是在云计算产业迅速发展的环境下,Docker作为虚拟化的补充甚至替代技术而被人们所关注。
       Docker技术与虚拟化技术(传统)有何区别?
           从虚拟化层面来看,传统虚拟化技术是对硬件资源的虚拟容器技术则是对进程(操作系统内核)的虚拟,从而可提供更轻量级的虚拟化,实现进程和资源的隔离。(所有容器都必须使用同样的操作系统和内核)
                   从架构来看,Docker比虚拟化少了两层,取消了hypervisor层和GuestOS层,使用Docker Engine进行调度和隔离,所有应用共用主机操作系统,因此在体量上,Docker较虚拟机更轻量级,在性能上优于虚拟化,接近裸机性能。(调优的容器系统,可以在同一硬件上拥有数量比使用Xen虚拟机或KVM虚拟机多出四到六倍的服务器应用实例(Bottomley从应用场景来看,Docker和虚拟化则有各自擅长的领域,在软件开发、测试场景和生产运维场景中各有优劣。


    另参考网上许多资源。 
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  • 虚拟化技术概述

    2019-05-17 13:41:38
    一、虚拟机监视器(virtual Machine Monitor,VMM) ...目前虚拟技术主要分为服务器虚拟化(也称操作系统虚拟化)、存储虚拟化、网络虚拟化、应用虚拟化(也称桌面虚拟化)。 服务器虚拟化是将系统虚拟化...

    一、虚拟机监视器(virtual Machine Monitor,VMM)

    虚拟化使用软件的方法重新定义划分IT资源,可以实现IT资源的动态分配、灵活调度、跨域共享,提高IT资源利用率,使IT资源能够真正成为社会基础设施,服务于各行各业中灵活多变的应用需求。
    目前虚拟技术主要分为服务器虚拟化(也称操作系统虚拟化)、存储虚拟化、网络虚拟化、应用虚拟化(也称桌面虚拟化)。
    服务器虚拟化是将系统虚拟化技术应用于服务器上,将一个或若干个服务器虚拟成若干个服务器来使用。通过虚拟化软件向上提供对硬件设备的抽象和对服务器的管理,目前有两种常见的实现模式。
    虚拟机监视器(virtual Machine Monitor,VMM),虚拟机监视器负责对虚拟机提供硬件资源抽象,为客户操作系统提供运行环境。又称寄宿虚拟化。虚拟机监视器是运行在宿主操作系统之上的应用程序,利用宿主操作系统的功能来实现硬件资源的抽象和虚拟机的管理。性能较低,典型实现有VMware Workstation和microsoft Virtual PC。
     

    二、虚拟化平台Hypervisors

    虚拟化平台Hypervisors,负责虚拟机的托管和管理,它直接运行在硬件之上,因此其实现直接受底层体系结构的约束。又称原生虚拟化。直接运行在硬件之上的不是宿主的操作系统,而是虚拟化平台,虚拟化平台提供指令集和设备接口,以提供对虚拟机的支持,性能较好,实现较为复杂,典型的实现有Citrix Xen 、VMware ESX Server 和Microsoft Hyper-V。
     

    • 服务器虚拟化安实现原理分为:基于CPU的虚拟化、基于内存的虚拟化、基于设备和I/O的虚拟化。

    基于CPU虚拟化的技术是把物理CPU抽象成虚拟CPU,每个可以使用一个或多个虚拟CPU,彼此的运行相互隔离,互不影响。在经典的CPU虚拟化模型中,CPU的虚拟化通常采用的是“特权解除”(Privilege Deprivileging)和“陷入-模拟”(trap-and-emulation)技术。
    “特权解除”是指为了实现VMM对虚拟机的控制,降低Guest OS运行的特权等级,而将VMM运行在最高特权级的技术。
    解除了Guest OS的特权之后,Guest OS的大部分指令仍可以在硬件上直接运行,只有当Guest OS执行到特权指令的时候,才会“陷入”到最高特权级的VMM模拟执行,即实现“陷入-模拟”。
    在X86体系中,处理器有4个运行级别,分别为Ring0、Ring1、Ring2、Ring3,其中Ring0具有最高权限,可以执行任何指令。应用程序一般运行在Ring3,目前有全虚拟化(Full-virtualization)和半虚拟化(Para-virtualization)。
     

    全虚拟化是指虚拟机模拟了完整的底层硬件,包括处理器、物理内存、时钟、外设等,使得为原始硬件设计的操作系统或其它系统软件完全不做任何修改就可以在虚拟机中运行。在全虚拟化下,CPU虚拟化是采用二进制代码动态翻译技术,即在执行时动态地重写虚拟机的执行代码。
    在客户机操作系统看来,虚拟的平台和现实的平台是一样的,客户机操作系统觉察不到是运行在一个虚拟平台上。
    半虚拟化通过修改GuestOS的内核代码,将待监控的操作替换为对VMM的超级调用(Hypercall),完成虚拟化。适用于Linux、Solaris及其他开源操作系统。不适用于windows。
    对于虚拟化环境来说,存在四种地址,GVA(Guest virtual address,客户机虚拟地址)、GPA(Guest physical address,客户机物理地址)、HVA(Host virtual address,宿主机虚拟地址)、HPA(Host physical address,宿主机物理地址)。对于客户机应用程序来说,它想访问一个具体的物理地址需要两级页表转换,即GVA到GPA和GPA到HPA。
    基于内存的虚拟化,内存虚拟化技术把物理机的真实物理内存统一管理,包装成多个虚拟的物理内存分别供若干个虚拟机使用,使得每个虚拟机拥有各自独立的内存空间。在内存虚拟化中,虚拟机监视器要能够管理物理机上的内存,并按照虚拟机对内存的需求划分机器内存,同时保持各个虚拟机对内存访问的相互隔离。内存虚拟化管理单元的实现主要有两种方法。
    第一种是影子页表法,影子页表的本意是在VMM中创建一个客户机页表的影子页表,能够一步完成从GVA到HPA的转换。
     

    以Linux 32位为例,寻址时需要32的地址号,我们知道这32位可以分为3个部分,最后12位是页偏移量,中间10位称为PT(Page Table,页表),最前面的10位称为PD(Page Descriptor,页目录)。在寻址时,首先根据前20位找到对应的物理页,在根据最后12位的偏移量找到具体内容,因此一般把前20位称为物理页帧号,引入影子页表后,就会引入三种物理页帧号,分别是GFN(Guest Frane Number,客户机页帧号),MFN(Machine Frane Number,机器物理页帧号)和SMFN(Shadow Machine Frane Number,影子宿主机物理页帧号),
    第二种是页表写入法,当客户操作系统创建一个页表时,需要向VMM注册该页表。此时,VMM将剥夺客户操作系统对页表的写权限,并向该页表写入由VMM维护的机器内存地址。当客户操作系统访问内存时,他可以在自己的页表中获得真实的机器地址。
    基于设备与I/O的虚拟化把物理机的真实设备统一管理,包装成多个虚拟设备供若干个虚拟机使用,响应每个虚拟机的设备访问和I/O请求。
    存储虚拟化,通过对存储(子)系统或存储服务的内部功能进行抽象、隐藏或隔离,使存储或数据的管理与应用、服务器、网络资源的管理分离,从而实现应用和网络的独立管理。
    对存储服务和设备进行虚拟化,能够在对下一层存储资源进行扩展时进行资源合并、降低实现的复杂度。存储虚拟化可以在系统的多个层面实现,比如建立类似于HSM(分级存储管理)的系统。磁盘阵列Redundant Array of independent Disk (RAID)、网络附属存储Network Attached Storage(NAS)和存储区域网络Storage Area Network(SAN)是目前用的存储虚拟化技术。
    磁盘阵列是由很多价格较便宜的磁盘,组合成一个容量巨大的磁盘组,利用个别磁盘提供数据所产生加成效果提升整个磁盘系统效能。利用这项技术,将数据切割成许多区段,分别存放在各个硬盘上。
    磁盘阵列还能利用同位检查(Parity Check)的观念,在数组中任意一个硬盘故障时,仍可读出数据,在数据重构时,将数据经计算后重新置入新硬盘中。
     

    NAS被定义为一种特殊的专用数据存储服务器,包括存储器件(例如磁盘阵列、CD/DVD驱动器、磁带驱动器或可移动的存储介质)和内嵌系统软件,可提供跨平台文件共享功能。NAS通常在一个LAN上占有自己的节点,无需应用服务器的干预,允许用户在网络上存取数据,在这种配置中,NAS集中管理和处理网络上的所有数据,将负载从应用或企业服务器上卸载下来。
    存储区域网络(Storage Area Network,简称SAN)采用网状通道(Fibre Channel ,简称FC,区别与Fiber Channel光纤通道)技术,通过FC交换机连接存储阵列和服务器主机,建立专用于数据存储的区域网络。
    网络虚拟化,网络虚拟化通常包括虚拟局域网和虚拟专用网(Virtual Private Network,VPN)。虚拟局域网是其典型的代表,它可以将一个物理局域网划分成多个虚拟局域网,或者将多个物理局域网中的节点划分到一个虚拟局域网中,这样提供一个灵活便捷的网络管理环境,使得大型网络更加易于管理,可以通过集中配置不同位置的物理设备来实现网络的最优化。
    VPN帮助管理员维护IT环境,防止来自内网或者外网中的威胁,使用户能够快速、安全地访问应用程序和数据。目前虚拟专用网在大量的办公环境中使用。
    应用虚拟化技术,原理是基于应用/服务器计算A/S架构,采用类似虚拟终端的技术,把应用程序的人机交互逻辑(应用程序界面、键盘及鼠标的操作、音频输入输出、读卡器、打印输出等)与计算逻辑隔离开来。在用户访问一个服务器虚拟化后的应用时,用户计算机只需要把人机交互逻辑传送到服务器端,服务器端为用户开设独立的会话空间,应用程序的计算逻辑在这个会话空间中运行,把变化后的人机交互逻辑传送给客户端,并且在客户端相应设备展示出来,从而使用户获得如同运行本地应用程序一样的访问感受。

    原文:https://blog.csdn.net/weixin_37123068/article/details/88240469

     

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  • 虚拟化技术

    千次阅读 2019-09-19 16:54:32
    提到虚拟化技术,大多数人想起的都是VMware、Virtual Box等这些软件,以为虚拟化技术就是虚拟机。但实际上,这种想法是不太准确的,虚拟化技术是一个很宽泛的概念,VMware、Virtual Box只是基于其中的一种技术来实现...

    提到虚拟化技术,大多数人想起的都是VMware、Virtual Box等这些软件,以为虚拟化技术就是虚拟机。但实际上,这种想法是不太准确的,虚拟化技术是一个很宽泛的概念,VMware、Virtual Box只是基于其中的一种技术来实现的。今天,我们就来了解一下虚拟化技术。

    一、简介

    1、虚拟化的定义:指通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机。在一台计算机上同时运行多个逻辑计算机,每个逻辑计算机可运行不同的操作系统,并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响,从而显著提高计算机的工作效率。

    这种把有限的固定的资源根据不同需求进行重新规划以达到最大利用率的思路,在IT领域就叫做虚拟化。

    2、优势:对一组类似资源提供一个通用的抽象接口集,从而隐藏属性和操作之间的差异,并允许通过一种通用的方式来查看并维护资源。IT 基础设施的总体管理可以得到简化,因为虚拟化降低了消费者与资源之间的耦合程度。因此,消费者并不依赖于资源的特定实现。

    二、虚拟化的类别

    虚拟机技术是多种多样,而可以虚拟的层次或者可虚拟的方面也是遍布从硬件到应用层整个计算机系统。

    (一)、硬件虚拟化与软件虚拟化

    1、软件虚拟化:软件层面的虚拟化,往往是指在同一个操作系统实例的基础上提供多个隔离的虚拟运行环境,也常常被称为容器技术。LXC(Linux Container)则是采用了这种技术,它主要是采用了linux本身提供的技术,在一定程度上模拟虚拟化。

    软件虚拟化也可以理解成进程级虚拟机,其他虚拟化成为系统级虚拟机。在进程级虚拟机中负责虚拟化的软件成为运行时软件,而系统级虚拟机中负责虚拟化的软件成为VMM(Virtual Machine Monitor)。

    2、硬件虚拟化:硬件虚拟化基本上就是在一台宿主机上虚拟了整个系统,各台虚拟机之间相互不可见。这会很明显导致很多重复的线程和重复的内存页出现,性能上肯定会有影响。所以采用这种技术,一台宿主机上虚拟机的个数肯定会有一定限制。

    (二)、平台虚拟化与软件虚拟化

    (三)、虚拟化程度——完全虚拟、准虚拟、系统虚拟、桌面虚拟

    1、完全虚拟

    1.1 简介:最流行的虚拟化方法使用名为hypervisor的一种软件,在虚拟服务器和底层硬件之间建立一个抽象层。

    1.2 应用:VMware和微软的VirtualPC是代表该方法的两个商用产品。

    hypervisor可以捕获CPU指令,为指令访问硬件控制器和外设充当中介。因而,完全虚拟化技术几乎能让任何一款操作系统不用改动就能安装到虚拟服务器上,而它们不知道自己运行在虚拟化环境下。

    在完全虚拟化的环境下,hypervisor运行在裸硬件上,充当主机操作系统;而由hypervisor管理的虚拟服务器运行客户端操作系统(guest OS)。

    1.3 缺点:hypervisor给处理器带来开销。

    1.4 优点:

    A、既能让客户端操作系统彼此完全隔离,还能让它们与主机操作系统完全隔离。它非常适用于软件质量保证及测试,另外还支持种类最广泛的客户端操作系统。

    B、完全虚拟化解决方案提供了其他独特功能。譬如说,它们可以对虚拟服务器拍“快照(snapshot)”,保留状态、有助于灾难恢复这种虚拟服务器映像可以用来迅速配置新的服务器实例。越来越多的软件公司甚至开始提供评测版产品,作为可下载、预包装的虚拟服务器映像。

    2、准虚拟

    2.1 简介:完全虚拟化是处理器密集型技术,因为它要求hypervisor管理各个虚拟服务器,并让它们彼此独立。减轻这种负担的一种方法就是,改动客户操作系统,让它知道自己运行在虚拟环境下,能够与hypervisor协同工作。这种方法就叫准虚拟化(para-virtualization)。

    2.2 应用:Xen是开源准虚拟化技术的一个例子。操作系统作为虚拟服务器在Xen hypervisor上运行之前,它必须在核心层面进行某些改变。因此,Xen适用于BSD、Linux、Solaris及其他开源操作系统,但不适合对像Windows这些专有的操作系统进行虚拟化处理,因为它们无法改动。

    2.3 优势:准虚拟化技术的优点是性能高。经过准虚拟化处理的服务器可与hypervisor协同工作,其响应能力几乎不亚于未经过虚拟化处理的服务器。

    3、系统虚拟

    3.1 简介:实现虚拟化还有一个方法,那就是在操作系统层面增添虚拟服务器功能。

    3.2 应用:Solaris Container就是这方面的一个例子,Virtuozzo/OpenVZ是面向Linux的软件方案。

    就操作系统层的虚拟化而言,没有独立的hypervisor层。相反,主机操作系统本身就负责在多个虚拟服务器之间分配硬件资源,并且让这些服务器彼此独立。一个明显的区别是,如果使用操作系统层虚拟化,所有虚拟服务器必须运行同一操作系统(不过每个实例有各自的应用程序和用户账户)。

    3.3 优缺点:虽然操作系统层虚拟化的灵活性比较差,但本机速度性能比较高。此外,由于架构在所有虚拟服务器上使用单一、标准的操作系统,管理起来比异构环境要容易。

    4、桌面虚拟

    4.1 简介:服务器虚拟化主要针对服务器而言,而虚拟化最接近用户的还是要算桌面虚拟化了。桌面虚拟化主要功能是将分散的桌面环境集中保存并管理起来,包括桌面环境的集中下发,集中更新,集中管理。

    4.2 优缺点:

    A、管理简单:桌面虚拟化使得桌面管理变得简单,不用每台终端单独进行维护,每台终端进行更新。

    B、安全性高:终端数据可以集中存储在中心机房里,安全性相对传统桌面应用要高很多。桌面虚拟化可以使得一个人拥有多个桌面环境,也可以把一个桌面环境供多人使用,节省了license。

    C、不足:桌面虚拟化依托于服务器虚拟化。没有服务器虚拟化,这个桌面虚拟化的优势将完全没有了。不仅如此,还浪费了许多管理资本。

     

    本篇博客部分内容来自:https://blog.csdn.net/ma524654165/article/details/77864455

     

     

     

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  • 五种主流的虚拟化技术

    万次阅读 多人点赞 2017-07-11 17:24:12
    随着虚拟化技术的窜红,打着它的旗号的“衍生品”层出不穷。然而尽管到现在各种虚拟化技术还没能泾渭分明,但随着时间的发展,五种主流的虚拟化技术逐步展露。这五种虚拟化技术分别是:CPU虚拟化、网络虚拟化、...
    随着虚拟化技术的窜红,打着它的旗号的“衍生品”层出不穷。然而尽管到现在各种虚拟化技术还没能泾渭分明,但随着时间的发展,五种主流的虚拟化技术逐步展露。这五种虚拟化技术分别是:CPU虚拟化、网络虚拟化、服务器虚拟化、存储虚拟化和应用虚拟化。
    

      虚拟化,曾经是一个技术人员最不喜欢的词,因为对于一个搞工程科学的人来说,实在、量化、数据逻辑才是工作进行的根本。

      但是现在,最前沿的IT技术工程师们狂热的爱上了这个词,因为它代表着一系列先进的技术和产品,掀起信息科学界又一轮技术的高潮。究竟什么是虚拟化?人们往往既清晰又模糊,仿佛看到它就在面前,可是又变幻着这样或那样的模样。

      通俗的定义来说,虚拟化就是把物理资源转变为逻辑上可以管理的资源,以打破物理结构之间的壁垒。未来,所有的资源都透明地运行在各种各样的物理平台上,资源的管理都将按逻辑方式进行,完全实现资源的自动化分配,而虚拟化技术就是实现它的理想工具。用一比喻来说,虚拟化技术的绝妙之处在于,终端用户在信息化应用中,感觉不到物理设备的差异、物理距离的远近以及物理数量的多少,按照自己正常习惯操作,进行需要的信息资源调用和交互。

      随着虚拟化技术的窜红,打着它的旗号的“衍生品”层出不穷,各色人等都想将自己的脑袋安装在虚拟化的屁股上,然后就能跟随这股热潮大火一把。然而尽管到现在各种虚拟化技术还没能泾渭分明,但毕竟大浪淘沙,随着时间的发展,五种主流的虚拟化技术逐步展露,它们就像如来佛祖那座著名的“五指山”一样,在天边等待人们“到此一游”。

      这五种虚拟化技术分别是:CPU虚拟化、网络虚拟化、服务器虚拟化、存储虚拟化和应用虚拟化。让我们逐步揭开它们的面纱,看看它们各自的美丽。

      CPU虚拟化

      虚拟化在计算机方面通常是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行。虚拟化技术可以扩大硬件的容量,简化软件的重新配置过程。简单说来,CPU的虚拟化技术就是单CPU模拟多CPU并行,允许一个平台同时运行多个操作系统,并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响,从而显著提高计算机的工作效率。

      纯软件虚拟化解决方案存在很多限制。“客户”操作系统很多情况下是通过VMM(Virtual Machine Monitor,虚拟机监视器)来与硬件进行通信,由VMM来决定其对系统上所有虚拟机的访问。(注意,大多数处理器和内存访问独立于VMM,只在发生特定事件时才会涉及VMM,如页面错误。)在纯软件虚拟化解决方案中,VMM在软件套件中的位置是传统意义上操作系统所处的位茫。如处理器、内存、存储、显卡和网卡等)的接口,模拟硬件环境。这种转换必然会增加系统的复杂性。

      CPU的虚拟化技术是一种硬件方案,支持虚拟技术的CPU带有特别优化过的指令集来控制虚拟过程,通过这些指令集,VMM会很容易提高性能,相比软件的虚拟实现方式会很大程度上提高性能。虚拟化技术可提供基于芯片的功能,借助兼容VMM软件能够改进纯软件解决方案。由于虚拟化硬件可提供全新的架构,支持操作系统直接在上面运行,从而无需进行二进制转换,减少了相关的性能开销,极大简化了VMM设计,进而使VMM能够按通用标准进行编写,性能更加强大。另外,在纯软件VMM中,目前缺少对64位客户操作系统的支持,而随着64位处理器的不断普及,这一严重缺点也日益突出。而CPU的虚拟化技术除支持广泛的传统操作系统之外,还支持64位客户操作系统。

      虚拟化技术是一套解决方案。完整的情况需要CPU、主板芯片组、BIOS和软件的支持,例如VMM软件或者某些操作系统本身。即使只是CPU支持虚拟化技术,在配合VMM的软件情况下,也会比完全不支持虚拟化技术的系统有更好的性能。

      两大CPU巨头英特尔和AMD都想方设法在虚拟化领域中占得先机,但是AMD的虚拟化技术在时间上要比英特尔落后几个月。英特尔自2005年末开始便在其处理器产品线中推广应用英特尔Virtualization Technology(Intel VT)虚拟化技术。目前,英特尔已经发布了具有Intel VT虚拟化技术的一系列处理器产品,包括桌面平台的Pentium 4 6X2系列、Pentium D 9X0系列和Pentium EE 9XX系列,还有Core Duo系列和Core Solo系列中的部分产品,以及服务器/工作站平台上的Xeon LV系列、Xeon 5000系列、Xeon 5100系列、Xeon MP 7000系列以及Itanium 2 9000系列;同时绝大多数的Intel下一代主流处理器,包括Merom核心移动处理器,Conroe核心桌面处理器,Woodcrest核心服务器处理器,以及基于Montecito核心的Itanium 2高端服务器处理器都将支持Intel VT虚拟化技术。

      而AMD方面也已经发布了支持AMD Virtualization Technology(AMD VT)虚拟化技术的一系列处理器产品,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,并且绝大多数的AMD下一代主流处理器,包括即将发布的Socket F接口的Opteron都将支持AMD VT虚拟化技术。

      网络虚拟化

      网络虚拟化是目前业界关于虚拟化细分领域界定最不明确,存在争议较多的一个概念。微软眼中的“网络虚拟化”,是指虚拟专用网络 (VPN)。VPN 对网络连接的概念进行了抽象,允许远程用户访问组织的内部网络,就像物理上连接到该网络一样。网络虚拟化可以帮助保护 IT环境,防止来自 Internet 的威胁,同时使用户能够快速安全的访问应用程序和数据。

      但是网络巨头思科(Cisco)不那么认为。出身、成名且目前称霸于网络的思科公司,当然在对IT未来的考虑上以网络为核心。它认为在理论上,网络虚拟化能将任何基于服务的传统客户端/服务器安置到“网络上”。那么,这意味着可以让路由器和交换机执行更多的服务,自然,思科在业界的重要性和生意额都将大幅增加。思科表示网络虚拟化由三个部分组成: 访问控制、路径提取,以及服务优势。从思科的产品规划图上看,该公司的路由器和交换机将拥有诸如安全、存储、VoIP、移动和应用等功能。 对思科而言,他们的战略是通过扩大网络基础设备的销售来持续产生盈利。 而对用户来讲,这能帮助他们提高网络设备的价值,并调整原有的网络基础设备。

      对于网络阵营的另一巨头,3Com公司在网络虚拟化方面的动作比思科更大。3Com的路由器中可以插入一张工作卡。 该卡上带有一套全功能的Linux服务器,可以和路由器中枢相连。在这个Linux服务器中,你可以安装诸如sniffer、VoIP、安全应用等等。此外,该公司还计划未来在Linux卡上运行VMware,以让用户运行Windows Server。 3Com的这个开源网络虚拟化活动名为3Com ON(又名开放式网络)。

      当然,王婆卖瓜自卖自夸,思科与3Com自己的一厢情愿决不能作为网络虚拟化大旗真正升起的标志,现在,网络虚拟化依然处于初期的萌芽阶段,但在人类网络信息化飞速需求的现在,我们有理由相信它的突破和成长将是飞速的。

      服务器虚拟化

      与网络虚拟化不同,服务器虚拟化却是虚拟化技术最早细分出来的子领域。根据2006年2月Forrester Research的调查,全球范围的企业对服务器虚拟化的认知率达到了75%。三分之一的企业已经在使用或者准备部署服务器虚拟化。这个产生于20世纪60年代的技术日益显示出其重要价值。由于服务器虚拟化发展时间长,应用广泛,所以很多时候人们几乎把服务器虚拟化等同于虚拟化。

      关于服务器虚拟化的概念,各个厂商有自己不同的定义,然而其核心思想是一致的,即它是一种方法,能够通过区分资源的优先次序并随时随地能将服务器资源分配给最需要它们的工作负载来简化管理和提高效率,从而减少为单个工作负载峰值而储备的资源。

      似乎与所有颠覆性技术一样,服务器虚拟化技术先是悄然出现,然后突然迸发,最终因为节省能源的合并计划而得到了认可。如今,许多公司使用虚拟技术来提高硬件资源的利用率,进行灾难恢复、提高办公自动化水平。本组文章分别从服务器、存储、应用程序和桌面虚拟化技术三个角度介绍了如何消除物理硬件的限制。

      有了虚拟化技术,用户可以动态启用虚拟服务器(又叫虚拟机),每个服务器实际上可以让操作系统(以及在上面运行的任何应用程序)误以为虚拟机就是实际硬件。运行多个虚拟机还可以充分发挥物理服务器的计算潜能,迅速应对数据中心不断变化的需求。

      虚拟化概念并不是新概念。早在20世纪70年代,大型计算机就一直在同时运行多个操作系统实例,每个实例也彼此独立。不过直到最近,软硬件方面的进步才使得虚拟化技术有可能出现在基于行业标准的大众化x86服务器上。

      微软于2004年底宣布了其Virtual Server 2005计划。与其他服务器虚拟化技术一样,Virtual Server 2005允许用户对服务器进行分区,以使这些服务器能够支持多个操作系统和应用。计划于2005年面市的Virtual Server建立在去年年初时通过购买Connectix而获得的技术基础之上,该软件可以在Windows、Linux和Mac OS服务器及工作站上运行。

      微软宣布Windows Server 2008发行版将包括虚拟化服务器 (WSV)的测试版在内,Windows Server 2008是微软最新的服务器操作系统,可在一个服务器上虚拟化多种操作系统,如Windows、Linux 等等。服务器操作系统内置的虚拟化技术和更加简单灵活的授权策略,获得前所未有的易用性优势并降低成本。借助Terminal Services Gateway 和 Terminal Services RemoteApp ,可轻松进行远程访问并与本地桌面应用程序进行集成,还可实现在无需 VPN 的情况下,安全无缝地部署应用程序。

      另外,在服务器虚拟化技术方面走得比较靠前的应该是IBM和HP等服务器厂商。今年以来,这两家公司在虚拟化领域也非常积极,在最新的RISC架构服务器及最新版的操作系统中,都嵌入了虚拟化技术。

      先说说IBM,早在p690服务器和AIX 5L操作系统首次公布的时候,IBM就宣布在其动态逻辑分区(LPAR)技术的支持下,一个系统内可独立的运行多个分区,每个分区运行独立的操作系统。这时候的分区,是以CPU为“颗粒”的。

      到去年发布p5服务器时,IBM大张旗鼓地扯出了虚拟技术的大旗。不过,与以前相比,在虚拟化技术的帮助下, IBM最新的微分区技术打破了分区上以CPU为“颗粒”的限制,可以将单个CPU划分为10个微分区,从而创建和运行比物理处理器数量更多的分区。IBM 同时宣布,新版操作系统AIX 5.3可以支持1/10 CPU颗粒的微分区。

      今年,IBM进一步拓展了其服务器虚拟技术的范畴,推出了由操作系统、系统技术和系统服务三部分组成的服务器虚拟引擎。其中,操作系统涉及AIX、 i5/OS、z/OS和Linux,其技术宗旨是单台服务器内运行多种操作系统、在异构IT基础架构中以统一的方式实现资源的共享和管理以及管理非IBM 操作系统平台;系统技术包括微分区、vLan、虚拟I/O、Hypervisor等;而系统服务则包括一个服务器系统服务套件和一个存储系统服务套间。在服务器系统服务套间中,包括硬件监督模块VE console虚拟引擎控制台,可以利用两个主要的功能模块Launchpad和Health Center,监控资源的健康状态、进行问题诊断和系统管理;另外还包括硬件管理模块IBM Direction Multiplatform(DCM)整合系统管理。

      同时,IBM还推出了应用虚拟工具套件,包括应用监督模块Enterprise Workload Management企业负载管理器(EWLM),可以在异构环境下自动管理分布式企业级系统,根据业务优先级将IT服务分类,并设立相应的性能目标,并根据这些性能目标,提供端到端的性能分析和评估,通过分析,EWLM自动按照应用拓扑调整网络路由。与EWLM相配合的是一个应用管理模块Tivoli Provisioning Manger(TPM),该模块与EWLM配合,可以实现系统部署和配置步骤的自动化,为IT系统的自动部署、资源分配和启用提供解决方案。

      对于HP,我们最熟悉的就是HP提供三个层次的虚拟化解决方案。其中,部件虚拟化可以优化不同类型IT资源的利用,如服务器、存储和网络资源,包括分区、集群、工作负载管理和应用虚拟化;集成虚拟化可以把优化多个部件的虚拟化方法结合在一起,自动调度资源满足服务水平协议(SLO),包括虚拟服务器环境、连续访问存储专用服务器等;而完全虚拟化可以优化所有异构资源、使得资源供应能够实时满足业务需求。

      HP-UX 下的分区连续技术能够把服务器划分成物理或逻辑独立的分区,为优化资源利用、提高服务器的可用性提供坚实的基础。

      硬件分区 (nPars)--HP nPars 是单个服务器中的硬件分区。nPars 根据服务器类型最多提供 16 个硬件分区、完全的硬件和软件隔离能力以及在一个服务器上运行多个OS实例。

      虚拟分区 (vPars)--HP vPars 具有在一个系统或硬件分区内实现执行多个OS实例的独特特性。每个 vPar 能够拥有规定的内存量、一个或多个物理内存区域、一个规定的CPU池、服务器内一个或多个I/O 卡。vPars 能够使用软件命令动态地创立和修改。因此,每个应用能够在性能最大、OS配置要求得到满足的环境中运行。

      资源分区--进程资源管理软件 (PRM) 能够动态地以多种方式把系统资源 (CPU, 内存和磁盘 I/O)分配给客户的应用,分配的方式可以是根据份额、百分比和处理器组 (pSets)。 pSets 允许在服务器上创立处理器组,而应用或用户可以被分配到在规定的pSet 上运行。

      存储虚拟化

      随着信息业务的不断运行和发展,存储系统网络平台已经成为一个核心平台,大量高价值数据积淀下来,围绕这些数据的应用对平台的要求也越来越高,不光是在存储容量上,还包括数据访问性能、数据传输性能、数据管理能力、存储扩展能力等等多个方面。可以说,存储网络平台的综合性能的优劣,将直接影响到整个系统的正常运行。因为这个原因,虚拟化技术又一子领域——虚拟存储技术,应运而生。

      其实虚拟化技术并不是一件很新的技术,它的发展,应该说是随着计算机技术的发展而发展起来的,最早是始于70年代。由于当时的存储容量,特别是内存容量成本非常高、容量也很小,对于大型应用程序或多程序应用就受到了很大的限制。为了克服这样的限制,人们就采用了虚拟存储的技术,最典型的应用就是虚拟内存技术。

      随着计算机技术以及相关信息处理技术的不断发展,人们对存储的需求越来越大。这样的需求刺激了各种新技术的出现,比如磁盘性能越来越好、容量越来越大。但是在大量的大中型信息处理系统中,单个磁盘是不能满足需要,这样的情况下存储虚拟化技术就发展起来了。在这个发展过程中也由几个阶段和几种应用。首先是磁盘条带集(RAID,可带容错)技术,将多个物理磁盘通过一定的逻辑关系集合起来,成为一个大容量的虚拟磁盘。而随着数据量不断增加和对数据可用性要求的不断提高,又一种新的存储技术应运而生,那就是存储区域网络(SAN)技术。

      SAN的广域化则旨在将存储设备实现成为一种公用设施,任何人员、任何主机都可以随时随地获取各自想要的数据。目前讨论比较多的包括iSCSI、 FC Over IP 等技术,由于一些相关的标准还没有最终确定,但是存储设备公用化、存储网络广域化是一个不可逆转的潮流。

      所谓虚拟存储,就是把多个存储介质模块(如硬盘、RAID)通过一定的手段集中管理起来,所有的存储模块在一个存储池(Storage Pool)中得到统一管理,从主机和工作站的角度,看到就不是多个硬盘,而是一个分区或者卷,就好象是一个超大容量(如1T以上)的硬盘。这种可以将多种、多个存储设备统一管理起来,为使用者提供大容量、高数据传输性能的存储系统,就称之为虚拟存储。

      应用虚拟化

      前面几种虚拟化技术,主要还专注于对硬件平台资源的虚拟优化分配,随着IT应用的日益广泛,应用虚拟化作为虚拟化家族的明日之星登上了历史舞台。2006年7月由Forrester咨询公司在美国对各种不同行业的高层IT管理人员所做的一项研究显示,当今的机构现在将应用虚拟化当作是业务上的一个必由之路,而不是一个IT决策。据统计,全世界目前至少有超过18万个机构在利用应用虚拟化技术进行集中IT管理、加强安全性和减少总体成本。

      尽管在过去十年间虚拟技术有了迅速的发展,但现实情况是,当需要使用应用系统的时候,我们仍然把自己的思维局限在电脑机箱之内。从键盘、鼠标、麦克风或扫描仪接收用户输入的设备,通常也是处理和存储数据、通过对显示器、打印机和扬声器的输出来进行响应的同一设备。然而,随着虚拟化概念的发展和变化,“应用虚拟化”成为一个正在迅速发展的市场。

      何为应用虚拟化?

      简单来讲,应用虚拟化技术使机构能够用更少的投入做更多的事情,并最终节省经费。这样,企业决策者就能够在IT开销与业务需求之间达成更好的平衡——由运营成本降低所节省的经费可以重新投入到能够推动增长的业务领域中。

      从技术角度来讲,应用虚拟化可以简单描述为“以IT应用客户端集中部署平台为核心,以对最终用户透明的方式完全使用户的应用和数据在平台上统一计算和运行,并最终让用户获得与本地访问应用同样的应用感受和计算结果。”

      虚拟化背后的主要推动力是基础设施各方面的猛烈增长,同时伴随着IT硬件和应用的大量增加。而且,IT系统正在变得越来越大,分布越来越广,并且更加复杂,因而难以管理,但要求加强IT控制的业务和监管压力却在继续增大。这听起来可能很专业,但对业务决策者来说却很中听,因为应用虚拟化正在帮助解决当今机构所面临的很多推动力方面的问题——提高业务效率、增强员工移动性、遵守安全与监管规定、向新兴市场拓展、业务外包、以及业务连续性等等。

      在可能实现的一系列利益当中,应用虚拟化技术能帮助企业解决三个关键方面的问题——安全性、性能和成本。从安全角度来讲,应用虚拟化从其设计本身来看是安全的。采用客户-服务器端应用,数据安全面临风险。IT人员不仅必须应对数据的存放、打印和操控环境,而且还必须考虑数据在网络内和网络外如何迁移,并保证知识产权不会泄露,电脑病毒也不会潜入。启动应用虚拟化项目后,一个公司的所有系统和数据都被整合到了一起,从而几乎消除了在设备层面上数据被盗或数据丢失的风险。性能改善对很多公司来说是另一个吸引人的因素。因为客户-服务器端应用依靠网络来传输流量,所以它们会为网络增添带宽消耗问题。这种问题困扰着很多企业,反过来又会降低应用系统的性能。应用虚拟化技术可以将各种应用系统集中起来,只有一个通过网络传送的虚拟界面。这样可以保证在极低的带宽上实现高性能,而不管设备、网络和地点如何。所以在业务扩张或合并的情况下,企业能够在几分钟或几小时时间内让新用户上网,而不像过去那样需要几个星期或几个月。因此,容易理解为什么应用虚拟化是很多所谓的“业务流程外包”公司所欢迎的一种方式。

      个人计算设备和操作系统的繁多使得客户-服务器端应用的测试、调试和客户定制开发成本高昂且耗费时间。采用应用虚拟化技术之后,将不需要在每个用户的桌面上部署和管理多个软件客户端系统,所有应用客户端系统都将一次性地部署在数据中心的一台专用服务器上,这台服务器就放在应用服务器的前面。客户也将不需要通过网络向每个用户发送实际的数据,只有虚拟的客户端界面(屏幕图像更新、按键、鼠标移动等等)被实际传送并显示在用户的电脑上。这个过程对最终用户是一目了然的,最终用户的感觉好像是实际的客户端软件正在他的桌面上运行一样。

      客户-服务器端应用要求在每个用户的电脑上安装客户端软件,从而导致更高的成本,因为需要在分布式网络上管理这些软件的部署、补丁和升级。这个问题随着用户登录到每个新应用系统的需求量呈增长趋势,因为IT部门需要在每个用户的桌面上部署另一个独特的客户端设备。即便在最讲究战术的接入服务场景中,应用虚拟化可以带来的成本效益也是相当诱人的。通过将IT系统的管理集中起来,企业能够同时实现各种不同的效益——从带宽成本节约到提高IT效率和员工生产力以及延长陈旧的或当前的系统的寿命等等。

      目前,应用虚拟化能够展现给用户最直接的功能还是远程应用交付,或者叫远程接入,应用虚拟化领域,从全球看,走在最前沿的厂商还是Citrix(思杰),其推出的应用虚拟化平台Citrix交付中心(Citrix Delivery Center),即Citrix应用交付基础架构解决方案正在逐步进行中国全面本地化的进程。国内最具实力的应用虚拟化领导厂商极通科技,也在2008年7月向全球推出极通EWEBS 2008应用虚拟化系统,该产品在EWEBS 2008中采用了极通科技独创的AIP(Application Integration Protocol)技术,把应用程序的输入输出逻辑(应用程序界面)与计算逻辑指令隔离开来,在用户访问EWEBS服务器发布的应用时,在EWEBS 服务器上会为用户开设独立的会话,占用独立的内存空间,应用程序的计算逻辑指令在这个会话空间中运行,应用程序的界面会通过AIP协议传送到用户计算机上,用户计算机只需要通过网络把键盘、鼠标及其他外设的操作传送到服务器端,从服务器端接收变化的应用程序界面,并且在用户端显示出来就可以获得在本地运行应用一样的访问感受,最终实现用户客户端使用人员不受终端设备和网络带宽的限制,在任何时间、任何地点、使用任何设备、采用任何网络连接,都能够高效、安全地访问EWEBS服务器(集群)上的各种应用软件。

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