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一、什么是虛擬化?

虛擬化，是指通過虛擬化技術(shù)將一臺(tái)計(jì)算機(jī)虛擬為多臺(tái)邏輯計(jì)算機(jī)。在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)邏輯計(jì)算機(jī)，每個(gè)邏輯計(jì)算機(jī)可運(yùn)行不同的操作系統(tǒng)，并且應(yīng)用程序都可以在相互獨(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。

虛擬化使用軟件的方法重新定義劃分IT資源，可以實(shí)現(xiàn)IT資源的動(dòng)態(tài)分配、靈活調(diào)度、跨域共享，提高IT資源利用率，使IT資源能夠真正成為社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施，服務(wù)于各行各業(yè)中靈活多變的應(yīng)用需求。

二、Hypervisor是什么?

Hypervisor一種運(yùn)行在基礎(chǔ)物理服務(wù)器和操作系統(tǒng)之間的中間軟件層，可允許多個(gè)操作系統(tǒng)和應(yīng)用共享硬件。也可叫做VMM( virtual machine monitor )，即虛擬機(jī)監(jiān)視器。

Hypervisor是一種在虛擬環(huán)境中的“元”操作系統(tǒng)。他們可以訪問服務(wù)器上包括磁盤和內(nèi)存在內(nèi)的所有物理設(shè)備。Hypervisor不但協(xié)調(diào)著這些硬件資源的訪問，也同時(shí)在各個(gè)虛擬機(jī)之間施加防護(hù)。當(dāng)服務(wù)器啟動(dòng)并執(zhí)行Hypervisor時(shí)，它會(huì)加載所有虛擬機(jī)客戶端的操作系統(tǒng)同時(shí)會(huì)分配給每一臺(tái)虛擬機(jī)適量的內(nèi)存，CPU，網(wǎng)絡(luò)和磁盤。

三、虛擬化有哪些分類?

1. 完全虛擬化

***的虛擬化方法，使用Hypervisor這種中間層軟件，在虛擬服務(wù)器和底層硬件之間建立一個(gè)抽象層。

Hypervisor可以捕獲CPU指令，為指令訪問硬件控制器和外設(shè)充當(dāng)中介。因而，完全虛擬化技術(shù)幾乎能讓任何一款操作系統(tǒng)不用改動(dòng)就能安裝到虛擬服務(wù)器上，而它們不知道自己運(yùn)行在虛擬化環(huán)境下。主要缺點(diǎn)是，性能方面不如裸機(jī)，因?yàn)镠ypervisor需要占用一些資源，給處理器帶來開銷。

在完全虛擬化的環(huán)境下，Hypervisor運(yùn)行在裸硬件上，充當(dāng)主機(jī)操作系統(tǒng)，而由Hypervisor管理的虛擬服務(wù)器運(yùn)行客戶端操作系統(tǒng)(Guest OS)。

2. 準(zhǔn)虛擬化

完全虛擬化是處理器密集型技術(shù)，因?yàn)樗驢ypervisor管理各個(gè)虛擬服務(wù)器，并讓它們彼此獨(dú)立。減輕這種負(fù)擔(dān)的一種方法就是，改動(dòng)客戶操作系統(tǒng)，讓它以為自己運(yùn)行在虛擬環(huán)境下，能夠與Hypervisor協(xié)同工作，這種方法就叫準(zhǔn)虛擬化。

準(zhǔn)虛擬化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是性能高。經(jīng)過準(zhǔn)虛擬化處理的服務(wù)器可與Hypervisor協(xié)同工作，其響應(yīng)能力幾乎不亞于未經(jīng)過虛擬化處理的服務(wù)器。它的客戶操作系統(tǒng)(Guest OS)集成了虛擬化方面的代碼。該方法無需重新編譯或引起陷阱，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)自身能夠與虛擬進(jìn)程進(jìn)行很好的協(xié)作。

3. 操作系統(tǒng)層虛擬化

實(shí)現(xiàn)虛擬化還有一個(gè)方法，那就是在操作系統(tǒng)層面增添虛擬服務(wù)器功能。就操作系統(tǒng)層的虛擬化而言，沒有獨(dú)立的Hypervisor層。相反主機(jī)操作系統(tǒng)本身就負(fù)責(zé)在多個(gè)虛擬服務(wù)器之間分配硬件資源，并且讓這些服務(wù)器彼此獨(dú)立。一個(gè)明顯的區(qū)別是，如果使用操作系統(tǒng)層虛擬化，所有虛擬服務(wù)器必須運(yùn)行同一操作系統(tǒng)。

雖然操作系統(tǒng)層虛擬化的靈活性比較差，但本機(jī)速度性能比較高。此外，由于架構(gòu)在所有虛擬服務(wù)器上使用單一、標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)，管理起來比異構(gòu)環(huán)境要容易。

4. 桌面虛擬

服務(wù)器虛擬化主要針對(duì)服務(wù)器而言，而虛擬化最接近用戶的還是要算的上桌面虛擬化了，桌面虛擬化主要功能是將分散的桌面環(huán)境集中保存并管理起來，包括桌面環(huán)境的集中下發(fā)，集中更新，集中管理。桌面虛擬化使得桌面管理變得簡單，不用每臺(tái)終端單獨(dú)進(jìn)行維護(hù)，每臺(tái)終端進(jìn)行更新。終端數(shù)據(jù)可以集中存儲(chǔ)在中心機(jī)房里，安全性相對(duì)傳統(tǒng)桌面應(yīng)用要高很多。桌面虛擬化可以使得一個(gè)人擁有多個(gè)桌面環(huán)境，也可以把一個(gè)桌面環(huán)境供多人使用，節(jié)省了license。另外，桌面虛擬化依托于服務(wù)器虛擬化。沒有服務(wù)器虛擬化，這個(gè)桌面虛擬化的優(yōu)勢將完全沒有了。不僅如此，還浪費(fèi)了許多管理資本。

5. 硬件虛擬化

英特爾虛擬化技術(shù)(IVT，Intel Virtualization Technology)是由英特爾開發(fā)的一種虛擬化技術(shù)，利用IVT可以對(duì)在系統(tǒng)上的客操作系統(tǒng)，通過虛擬機(jī)查看器(VMM，Virtual Machine Monitor)來虛擬一套硬件設(shè)備，以供客操作系統(tǒng)使用。這些技術(shù)以往在VMware與Virtual PC上都通過軟件實(shí)現(xiàn)，而通過IVT的硬件支持可以加速此類軟件的進(jìn)行。

AMD虛擬化(AMD Virtualization)，縮寫為“AMD-V”，是AMD為64位的x86架構(gòu)提供的虛擬化擴(kuò)展的名稱，但有時(shí)仍然會(huì)用“Pacifica”(AMD開發(fā)這項(xiàng)擴(kuò)展時(shí)的內(nèi)部項(xiàng)目代碼)來指代它。

四、有哪些虛擬化技術(shù)?

虛擬化技術(shù)指的是軟件層面的實(shí)現(xiàn)虛擬化的技術(shù)，整體上分為開源虛擬化和商業(yè)虛擬化兩大陣營。典型的代表有：Xen，KVM，WMware，Hyper-V、Docker容器等。

Xen和KVM，是開源免費(fèi)的虛擬化軟件;WMware是付費(fèi)的虛擬化軟件;Hyper-V微軟的收費(fèi)虛擬化技術(shù);Docker是一種容器技術(shù)，屬于一種輕量級(jí)虛擬化技術(shù)。

虛擬化軟件產(chǎn)品有很多，無論是開源還是商業(yè)的，上面只是列舉了很少的幾款，每款軟件產(chǎn)品有其優(yōu)缺點(diǎn)以及應(yīng)用場景，需要根據(jù)業(yè)務(wù)場景選擇，下面簡單介紹一下KVM和Xen。

1. KVM(Kernel-based Virtual Machine)基于內(nèi)核的虛擬

KVM是集成到Linux內(nèi)核的Hypervisor，是X86架構(gòu)且硬件支持虛擬化技術(shù)(Intel VT或AMD-V)的Linux的全虛擬化解決方案。它是Linux的一個(gè)很小的模塊，利用Linux做大量的事，如任務(wù)調(diào)度、內(nèi)存管理與硬件設(shè)備交互等。

2. Xen

Xen是***類運(yùn)行在裸機(jī)上的虛擬化管理程序(Hypervisor)。它支持全虛擬化和準(zhǔn)虛擬化，Xen支持hypervisor和虛擬機(jī)互相通訊，而且提供在所有Linux版本上的免費(fèi)產(chǎn)品，包括Red Hat Enterprise Linux和SUSE Linux Enterprise Server。

Xen最重要的優(yōu)勢在于準(zhǔn)虛擬化，此外未經(jīng)修改的操作系統(tǒng)也可以直接在Xen上運(yùn)行(如Windows)，能讓虛擬機(jī)有效運(yùn)行而不需要仿真，因此虛擬機(jī)能感知到Hypervisor，而不需要模擬虛擬硬件，從而能實(shí)現(xiàn)高性能。

五、還是不明白嗎?

講了那么多，你可能有點(diǎn)暈，因?yàn)楦拍畋容^接近，容易混淆。下面重點(diǎn)解釋一下幾個(gè)關(guān)鍵概念。

1. 虛擬化類型

虛擬化類型，比如完全虛擬化、準(zhǔn)虛擬化等指的是設(shè)計(jì)層面的實(shí)現(xiàn)虛擬化的方案和思想，而不涉及具體的虛擬化技術(shù)。

2. 虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)指的是軟件層面的實(shí)現(xiàn)虛擬化的技術(shù)，整體上分為開源虛擬化和商業(yè)虛擬化兩大陣營。部分商業(yè)虛擬化的技術(shù)也是在開源技術(shù)的基礎(chǔ)之上發(fā)展而來的。

3. 虛擬機(jī)軟件

基于虛擬化技術(shù)的單機(jī)版虛擬機(jī)管理軟件，如：

• KVM： Linux的虛擬機(jī)基于KVM虛擬技術(shù)的單機(jī)版虛擬機(jī)管理軟件。
• VirtualBox：oracle公司的直接基于Intel VT及AMD-V的虛擬機(jī)管理軟件。
• VMware Workstation：Wmware公司的基于Wmware虛擬技術(shù)的虛擬機(jī)管理軟件。

4. 云計(jì)算

云計(jì)算中的虛擬化指的是IaaS層虛擬化解決方案，而不是虛擬機(jī)技術(shù)。IaaS層虛擬化解決方案，要符合IaaS層的基礎(chǔ)特點(diǎn)，除了最基礎(chǔ)的虛擬化軟件之外，還包括，共享存儲(chǔ)服務(wù)，鏡像服務(wù)，身份認(rèn)證服務(wù)，統(tǒng)一監(jiān)控服務(wù)，以及收費(fèi)管理等其他配套的服務(wù)。當(dāng)然，既然是IaaS服務(wù)，必須支持對(duì)外API接口開放，支持定制開發(fā)。一般來說不是一個(gè)軟件，而是一組軟件組成的整理解決方案。

VMware vSphere是基于VMware虛擬化技術(shù)的虛擬化管理軟件，目前在行業(yè)內(nèi)來說算是最成熟，生產(chǎn)環(huán)境應(yīng)用度最廣的IaaS層虛擬化技術(shù)的解決方案。目前對(duì)整個(gè)集群的虛擬機(jī)監(jiān)控管理也是***的。(vSphere本身收費(fèi)，而且監(jiān)控軟件還需要單獨(dú)收費(fèi))。

Openstack是基于linux的IaaS層解決方案(支持多種虛擬化技術(shù)，比如KVM)，是目前用戶最多，影響***的開源解決方案，得到了HP，IBM等知名廠商的大力支持，國內(nèi)的虛擬化解決方案也大部分是基于Openstack開發(fā)定制。主要運(yùn)行在cent os和ubuntu server操作系統(tǒng)上。

CloudStack是使用 java開發(fā)的基于linux的IaaS層解決方案(支持多種虛擬化技術(shù)，比如KVM)，目前發(fā)展?jié)摿Ψ浅２诲e(cuò)，也得到了很多知名廠商的認(rèn)可，不過相對(duì)起步比較晚，在國內(nèi)的推廣度也不如Openstack。

對(duì)比一下Openstack與VMware Workstation，我們可以看出云計(jì)算與虛擬機(jī)軟件之間的不同。

5. Docker等Container技術(shù)

Q1：Container技術(shù)和服務(wù)器虛擬化是一樣的技術(shù)嗎?

A：不是。兩者雖然都屬于虛擬化的技術(shù)，目標(biāo)都是為了將一套應(yīng)用程序所需的執(zhí)行環(huán)境打包起來，建立一個(gè)孤立環(huán)境，方便在不同的硬件中移動(dòng)，但兩者的運(yùn)作思維截然不同。簡單來說，常見的傳統(tǒng)虛擬化技術(shù)如vSphere或Hyper-V是以操作系統(tǒng)為中心，而Container技術(shù)則是一種以應(yīng)用程序?yàn)橹行牡奶摂M化技術(shù)。

傳統(tǒng)虛擬化技術(shù)從操作系統(tǒng)層下手，目標(biāo)是建立一個(gè)可以用來執(zhí)行整套操作系統(tǒng)的沙盒獨(dú)立執(zhí)行環(huán)境，習(xí)慣以虛擬機(jī)(Virtual Machine)來稱呼。而Container技術(shù)則是直接將一個(gè)應(yīng)用程序所需的相關(guān)程序代碼、函式庫、環(huán)境配置文件都打包起來建立沙盒執(zhí)行環(huán)境，為了和傳統(tǒng)虛擬化技術(shù)產(chǎn)生的虛擬機(jī)區(qū)分，Container技術(shù)產(chǎn)生的環(huán)境就稱為Container。

Q2：一般常見的虛擬機(jī)和Container有何不同?

A：最明顯的差別是，虛擬機(jī)需要安裝操作系統(tǒng)(安裝Guest OS)才能執(zhí)行應(yīng)用程序，而Container內(nèi)不需要安裝操作系統(tǒng)就能執(zhí)行應(yīng)用程序。Container技術(shù)不是在OS外來建立虛擬環(huán)境，而是在OS內(nèi)的核心系統(tǒng)層來打造虛擬執(zhí)行環(huán)境，透過共享Host OS的作法，取代一個(gè)一個(gè)Guest OS的功用。Container也因此被稱為是OS層的虛擬化技術(shù)。

Q3：為何Container是輕量級(jí)虛擬化技術(shù)?

A：因?yàn)镃ontainer技術(shù)采取共享Host OS的作法，而不需在每一個(gè)Container內(nèi)執(zhí)行Guest OS，因此建立Container不需要等待操作系統(tǒng)開機(jī)時(shí)間，不用1分鐘或幾秒鐘就可以啟用，遠(yuǎn)比需要數(shù)分鐘甚至數(shù)十分鐘才能開啟的傳統(tǒng)虛擬機(jī)來的快。

Q4：Container技術(shù)是全新的技術(shù)嗎?

A：不是，早在1982年，Unix系統(tǒng)內(nèi)建的chroot機(jī)制也是一種Container技術(shù)。其他如1998年的FreeBSD jails、2005年出現(xiàn)的Solaris Zones和OpenVZ，或像是Windows系統(tǒng)2004年就有的Sandboxie機(jī)制都屬于在操作系統(tǒng)內(nèi)建立孤立虛擬執(zhí)行環(huán)境的作法，都可稱為是Container的技術(shù)。

直到2013年，dotCloud這家PaaS服務(wù)公司開源釋出了一套將Container標(biāo)準(zhǔn)化的平臺(tái)Docker，大受歡迎，所以，dotCloud決定以Docker為名成立新公司力推。

【本文為51CTO專欄作者“朱國立”的原創(chuàng)稿件，轉(zhuǎn)載請(qǐng)通過作者微信公眾號(hào)“開發(fā)者圓桌”獲取聯(lián)系和授權(quán)】

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