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虚拟化技术简介
2011, 孟祥元
关于虚拟化技术
一、什么是虚拟化技术
在计算机科学中,虚拟化(Virtualization)是一个表现逻辑群组或计算机资源的子集的进程,用户可以用比原本的组织管理更好的方式来存取这些进程。这些资源的新虚拟部份是不受现有资源的架设方式,地域或物理组态所限制。一般所指的虚拟化资源包括计算能力和资料储存。
虚拟化是企业IT整体发展趋势的一部分,在把计算机的处理能力被视为用户按需承担开销的一种工具,它包括自主计算、通过认知活动和计算工具进行自主管理。
虚拟化技术并不是一个新技术,早在60-70年代,IBM就已经在360/67,370等硬件体系实现上虚拟化。IBM的虚拟化通过VMM(Virtual Machine Monitor)把一个硬件虚拟成多个硬件(VM,Virtual Machine),各VM之间可以认为是完全隔离的。这个隔离不同于各进程之间的地址空间隔离。无论是内存,设备,还是处理器等对各VM来讲,都被认为是自已独一套的。在VM上可以运行”任何”的操作系统(称为Guest OS)而不会对其它的VM产生影响。
什么是虚拟化技术
在计算机集群中,许多小型服务器正在被一个大型服务器取代以增加硬件资源的利用率(如CPU等)。虽然硬件正在被整合,但是典型的操作系统仍然是独立的。取而代之地,每一个运行在独立的服务器上的操作系统被转移到在虚拟机中。大型的服务器可以“寄宿”许多这样的“客户”虚拟机。这就是物理到虚拟(Physical-to-Virtual, P2V)的转换。
虚拟机比真实的机器可以被更容易从外部被控制和检查,并且可以配置更灵活。这在内核开发与操作系统课程教学中尤为有用。[3]
创建一个新的虚拟机不需要预先购买硬件。同时,一个新的虚拟机可以容易地从一台计算机转移到另一台上。举例来说,一个销售员可以复制一个包含试用版软件的虚拟机到他的笔记本电脑去访问他的客户而不用更换电脑。类似的,虚拟机中的故障不会对宿主机产生损害,所以不会令笔记本上的操作系统死机。
由于可以被容易地迁移,虚拟机可以被用于远距离灾难恢复方案。
为什么需要虚拟化技术
虚拟化的主要类型
硬件虚拟化
全虚拟化/半虚拟化/平行虚拟化(准虚拟化)
Full virtualization / Partial virtualization / Paravirtualization
软件虚拟化
系统虚拟化/应用虚拟化/工作环境虚拟化
Operating system-level virtualization / Application virtualization / Workspace virtualization
内存虚拟化
内存聚合技术/虚拟内存隔离技术
Memory virtualization / Virtual memory
存储虚拟化
物理存储的逻辑抽象处理/分布式文件系统
Storage virtualization / Distributed file system
网络虚拟化
桌面虚拟化/地址空间虚拟化(VPN)
Desktop virtualization / Network virtualization
虚拟化的主要类型(*参考)
硬件平台虚拟化,将操作系统和硬件平台资源分割开(稍后展开)
软件系统虚拟化,在操作系统和应用程序间建立虚拟环境
操作系统级虚拟化(稍后展开)
便携式应用程序,允许程序在便携式设备中运行而不用在操作系统中安装
跨平台虚拟化,允许针对特定CPU或者操作系统的软件不做修改就能运行在其他平台上,例如Wine,Adobe AIR, Java
虚拟设备,运行于虚拟化平台之上,面向应用的虚拟机映像
虚拟内存,将不相邻的内存区,甚至硬盘空间虚拟成统一连续的内存地址
存储虚拟化,将实体存储空间(如硬盘)分隔成不同的逻辑存储空间
网络虚拟化,将不同网络的硬件和软件资源结合成一个虚拟的整体
虚拟专用网络(VPN),在大型网络()中的不同计算机(节点)通过加密连接而组成的虚拟网络,具有类似局域网的功能
存储器虚拟化,将网络系统中的随机存储器聚合起来,形成统一的虚拟内存池
桌面虚拟化,在本地计算机显示和操作远程计算机桌面,在远程计算机执行程序和储存信息
数据库虚拟化
硬件虚拟化
在完全虚拟化(full virtualization)中,虚拟机模拟一个足够强大的硬件使客户机操作系统独立运行。其中还包括硬件辅助虚拟化(hardware-assisted virtualization),在硬件辅助虚拟化中,硬件提供结构支持帮助创建虚拟机监视并允许客户机操作系统独立运行。
在部分虚拟化(partial virtualization)中(包括地址空间虚拟化),虚拟机模拟数个(但不是全