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虚拟化技术介绍
发布日期:2022-04-19 11:28    浏览次数:3741    作者:德西特               

概述

虚拟化是一种技术,可以利用以往局限于硬件的资源来创建有用的 IT 服务。它让您能够将物理计算机的工作能力分配给多个用户或环境,从而充分利用计算机的所有能力。

举一个实际例子,假设您有 3 台物理服务器,分别用于不同的特定用途。 其中一台是邮件服务器,一台是 Web 服务器,最后一台则用于运行企业内部的传统应用。 每台服务器只使用了大约 30% 的计算容量,这仅是运行潜能的一小部分。但是,由于传统应用对内部运营非常重要,您必须将其连同所运行的第三台服务器予以保留,对吗?

过去确实如此。相对简单和可靠的做法是在单独的服务器上运行单独的任务:1 台服务器, 1 个运行操作系统,1 个处理任务。我们很难让 1 台服务器有多个大脑。但是,借助虚拟化技术,您可以将邮件服务器分为 2 个能够处理独立任务的特殊服务器,从而实现传统应用的迁移。您仍然使用相同的硬件,但可以更加高效地利用这些资源。

考虑到安全问题,您可以再次划分第一台服务器,从而可以处理另一项任务,将其使用率从 30% 提高到 60%,甚至提高到 90%。这样,现在空闲的服务器可以用于其他任务或 停用,以降低散热和维护成本。

虚拟化技术发展简史

虽然虚拟化技术可以追溯到上世纪 60 年代,但它直到 21 世纪初才得以广泛应用。实现虚拟化的技术,例如 Hypervisor(虚拟机监控程序),是在几十年前开发的,它让多个用户能够同时访问执行批处理的计算机。批处理是在一种在商业领域很流行的计算处理方式,能够非常快速地运行数千次的例行任务(例如工资单计算)。

但是,在接下来的几十年内,解决多用户/单计算机问题的其他解决方案变得日益盛行,而虚拟化却裹足不前。其中一种解决方案是分时(time-sharing),在操作系统内部让各个用户按时间分段使用资源 — 这在无意中催生了 UNIX 等其他操作系统,最终让位于 Linux®。与此同时,虚拟化始终没有得到广泛采用,只是一种小众技术。

我们将时间快进至上世纪 90 年代。大多数企业都使用物理服务器和单家供应商的 IT 堆栈,不支持在不同供应商的硬件上运行旧有应用。随着公司更新各自的 IT 环境,开始使用由多家供应商提供的价格相对低廉的商用服务器、操作系统和应用程序,他们必然面临着物理硬件利用率不足的问题 — 每台服务器只能运行 1 个供应商特定的任务。

在这个方面,虚拟化正好可以大展身手。它非常顺畅地解决了 2 个重要问题:公司可对服务器进行分区,并 在多种类型和版本的操作系统上运行传统应用。自此,服务器开始得到更高效利用,从而降低与采购、设置、散热和维护相关的成本。

虚拟化的广泛适用性有助于减少对单家供应商的依赖,并为云计算的发展奠定了基础。现在它在很多企业得到了广泛使用,通常需要专业的 虚拟化管理软件进行跟踪。

虚拟化的原理是什么?

一款名为 Hypervisor (虚拟机监控程序)的软件可有效分隔物理资源,并将这些资源分配给不同虚拟环境(也就是需要这些资源的任务)使用。虚拟机监控程序可能位于操作系统的顶层(例如在便携式计算机上),或者直接安装在硬件上(例如服务器),这是大多数企业使用虚拟化的方式。虚拟机监控程序接管物理资源,并对它们进行划分,以便虚拟环境能够对其进行使用。

来自物理环境的资源根据需要进行分区后,会分配给很多虚拟环境使用。用户在虚拟环境(通常称为虚拟客户机或虚拟机)内部,能够与计算任务交互,并运行计算。虚拟机作为单个数据文件运行。就像任何数字文件,虚拟机可以从一台计算机迁移至另一台,可以在不同的计算机上打开,而且功能不受影响。

当虚拟环境正在运行时,如果用户或程序发出一条指令,请求来自物理环境的更多资源, 虚拟机监控程序就会将请求传递到物理系统并缓存更改,所有这些步骤都接近本机速度(特别是如果该请求来自基于 KVM,即基于内核的虚拟机的开源虚拟机监控程序)。

虚拟化有哪些类型?

数据虚拟化

分散在各处的数据可以整合为单个来源。实现数据虚拟化后,企业可将数据视为一个动态供应源,进而获得相应的处理能力,可以汇总多个来源的数据、轻松容纳新的数据源,并按用户所需转换数据。数据虚拟化工具处于多个数据源的前端,可将多个数据源视为单一来源,从而在正确的时间按照所需格式向应用或用户提供所需数据。

桌面虚拟化

人们常把桌面虚拟化与操作系统虚拟化混淆,实际上,后者允许您在单台机器上部署多个操作系统,而桌面虚拟化则允许中央管理员(或自动化管理工具)一次向数百台物理机部署模拟桌面环境。不同于需要在每台机器上进行物理安装、配置和更新的传统桌面环境,桌面虚拟化可让管理员在所有虚拟桌面上执行大规模的配置、更新和安全检查。

服务器虚拟化

服务器是用于处理大量特定任务的计算机,这样可让其他计算机(例如便携式计算机和台式机)能够执行其他各种任务。对服务器虚拟化,可以让它们执行更多特定功能,并且需要进行分区,以便使用各个组件来运行多种功能。

操作系统虚拟化

操作系统虚拟化在内核中进行,内核则是操作系统的中央任务管理器。这是并行运行 Linux 和 Windows 环境的实用方式。此外,企业还可将虚拟操作系统应用于多台计算机,以实现以下功能:

  • 降低批量硬件成本,因为计算机不需要具备很强的开箱即用能力。
  • 提高安全性,因为所有虚拟实例都被监控和隔离。
  • 节省花费在 IT 服务(例如软件更新)上的时间。

网络功能虚拟化

网络功能虚拟化(NFV)可以隔离网络的关键功能(例如目录服务、文件共享和 IP 配置),并将它们分到各个不同的环境中。一旦软件功能从原先赖以存在的物理计算机上独立出来,特定功能便可以组合成为新的网络,并分配给环境。虚拟化网络可以减少物理组件的数量(例如交换机、路由器、服务器、线缆和集线器),而这些往往是创建多个独立网络所必需的资源,所以这种虚拟化方式在电信行业中使用尤其广泛。

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