淺談虛擬化技術與應用現狀
一、虛擬化技術的概念
什么叫虛擬化技術？虛擬化是一種方法，本質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的資源配置技術，是物理實際的邏輯抽象。比如說，當前只有一臺計算機，通過虛擬技術，在用戶看來，似乎卻是多臺，每臺都有其各自的CPU、內存、硬盤等物理資源。
對于用戶，虛擬化技術實現了軟件跟硬件分離，用戶不需要考慮后臺的具體硬件實現，而只需在虛擬層環境上運行自己的系統和軟件。而這些系統和軟件在運行時，也似乎跟后臺的物理平臺無關。
二、虛擬技術原理與發展
虛擬技術原理
所有的IT設備，不管是PC、服務器還是存儲，都有一個共同點：它們被設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、軟分區、邏輯分區、Solaris Container、VMware、Xen、微軟Virtual Server2005這些虛擬技術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。
虛擬技術的發展情況
1965年，IBM7044機器 ，虛擬機開端；
1967年，Djiskstra實現第一個虛擬系統；
2001年，AIX 5L v5.1發布，IBM首次在小型機上實現了邏輯分區。
2002年，AIX 5L v5.2發布，IBM在小型機上實現了動態邏輯分區。
2004年，8月，AIX 5L v5.3實現了微分區技術，最小分區粒度為1/10個CPU，且最多支持254個虛擬I/O。
同年10月，Solaris 10實現了Solaris Container功能，支持應用層面的計算資源調配。
2005年，1月，HP-UX 11i v2發布，實現了從硬分區、軟分區到應用層分區，最小分區粒度為1/20顆CPU。
2005年10月，IBM發布虛擬I/O服務器，該服務器的一個組件IVM具備HMC的部分功能。即在不配置HMC的低端p系列和i系列服務器上，也可配置多個分區和操作系統。
三、虛擬化技術的類型
虛擬化技術之所以會被廣泛的采用，都有其應用背景，當前虛擬化技術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，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
當前有大量性能一般的計算機，但在氣象預報、地質分析等領域，數據計算往往需要性能極高的計算機，此時可應用虛擬整合技術，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，滿足特定數據計算要求。
整合形式的虛擬化示意圖如下：
遷移
1、將一臺邏輯服務器中的閑置的一部分資源動態的加入到另一臺邏輯服務器中，提高另一方的性能。
2、通過網絡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：實現資源共享，實現跨系統平臺應用等。
遷移形式的虛擬化示意圖如下：
四、虛擬化的實現形式
硬件虛擬化
不需要操作系統支持，可直接實現對硬件資源進行劃分，任一分區內的操作系統和硬件故障不影響其他分區。
代表：HP nPAR
邏輯虛擬化
不需要操作系統支持。在系統硬件和操作系統之間以軟件和固件的形式存在，任一分區的操作系統故障不影響其他分區。
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
需要主操作系統支持。在主操作系統上運行一個虛擬層軟件，可以安裝多種客戶操作系統，任何一個客戶系統的故障不影響其他用戶的操作系統
代表： VMware GSX Server 和微軟 Virtual Server2005
應用虛擬化
需要主操作系統支持。在單一操作系統上使用，在操作系統和應用之間運行虛擬層，任何一個應用包的故障不影響其他軟件包。
代表：Solaris Container和SWsoft Virtuozzo
虛擬化的實現形式的對比
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五、虛擬化技術應用現狀
實際應用上，除了金融業、制造業、政府部門和科研領域的用戶，許多用戶對服務器整合、虛擬技術并不十分清晰。在當前國內服務器市場，虛擬化的技術趨勢與實際應用還存在較大差距。以下是對虛擬化技術應用較好的行業的簡要分析。
1、銀行類用戶
在虛擬化技術應用上最為積極。銀行是國內最早使用大型主機和小型機的行業，在應用上得到的技術支持最多，對于虛擬技術較為熟悉，期待程度和應用評價也最高。特點在于對成本敏感度低，對虛擬技術的安全性和使用效率關注度高。
2、政府部門類用戶
對虛擬技術的應用雖然不如銀行用戶那樣熟悉，但通過技術人員的努力，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。他們的特點是對預算較敏感，對系統效率提高感興趣。
3、科研單位
隨著數據計算量的加大，需要使用虛擬技術來提高系統使用效率。這類用戶對預算敏感度高，對虛擬技術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，對計算性能和系統穩定性要求很高，對系統管理控制方面要求較多，對預算敏感度低。
總體而言，與北美和歐洲相對廣泛的虛擬技術應用狀況相比，國內在虛擬技術應用水平上還存在較大差距。
六、服務器虛擬化的優勢
1、維護運行在早期操作系統上的業務應用
對于某些早期操作系統，發行廠商已經停止了系統的維護，不再支持新的硬件平臺，而重寫運行在這些系統上的業務應用又不現實。為此，可以將這些系統遷移到新硬件平臺上運行的虛擬系統上，實現業務的延續。
2、提高服務器的利用率
《虛擬服務器環境》一書指出：“多數用戶承認，系統平均利用率只有25%~30%之間” 。這對服務器硬件資源是一種浪費。
將多種低消耗的業務利用整合到一臺服務器上，可以充分發揮服務器的性能，從而提高整個系統的整體利用效率。
3、動態資源調配，提升業務應用整體的運行質量
可在一臺計算機內部的虛擬機之間或是集群系統的各個業務之間進行動態的的資源調配，進而提升業務應用的整體運行質量。在實際應用上，這一優勢更偏重于集群系統。
4、提供相互隔離的，安全的應用執行環境
虛擬系統下的各個子系統相互獨立，即使一個子系統遭受攻擊而崩潰也不會對其他系統造成影響。而且在使用備份機制后，子系統可被快速的恢復。
5、提供軟件調試環境，進行軟件測試，保證軟件質量
采用虛擬技術后，用戶可以在一臺計算機上模擬多個系統，多種不同操作系統，使調試環境搭建簡單易行，大大提高工作效率，降低測試成本。
七、服務器虛擬化技術存在的問題
1、虛擬技術的認知
用戶對虛擬技術不了解，不明確虛擬技術在提升用戶現有系統效率和降低總體運營成本上的優勢，這是阻礙虛擬技術推廣的最大障礙。
2、虛擬系統的可靠性
客戶采用服務器，很大程度上是為了保障業務的穩定性。如果用戶在一臺服務器上運行多個業務，類似于多個雞蛋放在一只籃子，一旦出現重大硬件故障勢必會影響到所有的應用，這種威脅很難消除。而對于用戶，這種潛在的業務危險往往也是不可接受的。
3、虛擬系統的運行效率
使用虛擬技術的目的在于提高用戶服務器的整體利用效率，如果虛擬系統的運行效率太低，也就失去了它在服務器上應用的價值。
4、平臺支持
硬件支持方面，需要虛擬系統能夠不斷更新，以兼容新的硬件平臺。
操作系統支持，需要能夠支持老操作系統。這樣對于某些使用早期操作系統的客戶才有意義。
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
高端應用需要做到零宕機，遷移成本較高，且需要SAN集中存儲設備的支持；
低端應用，雖然可以使用系統備份還原的遷移模式，以降低系統遷移成本，但遷移效率低。
6、部署效率和易用性
當前虛擬化標準尚不統一，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準工作大力發展，以使得不同的虛擬化平臺可以通過網絡進行統一管理。
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