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虛擬化技術掀起信息科學界又一輪技術的高潮


實在、量化、數據邏輯才是工程技術人員進行工作的根本,而虛擬化曾經是工程技術人員最不喜歡的詞。但是現在,最前沿的IT技術工程師們狂熱的愛上了這個詞,因為它代表著一系列先進的技術和產品,掀起信息科學界又一輪技術的高潮。虛擬化解決方案也成為最近各行業信息化需求的一個熱點。


究竟什么是虛擬化?人們往往既清晰又模糊,仿佛看到它就在面前,可是又變幻著這樣或那樣的模樣。通俗的定義來說,虛擬化就是把物理資源轉變為邏輯上可以管理的資源,以打破物理結構之間的壁壘。未來,所有的資源都透明地運行在各種各樣的物理平臺上,資源的管理都將按邏輯方式進行,完全實現資源的自動化分配,而虛擬化技術就是實現它的理想工具。用一比喻來說,虛擬化技術的絕妙之處在于,終端用戶在信息化應用中,感覺不到物理設備的差異、物理距離的遠近以及物理數量的多少,按照自己正常習慣操作,進行需要的信息資源調用和交互。


虛擬化技術最早源于上世紀六七十年代的大型機虛擬分區技術,當時IBM發明了一種操作系統虛擬機技術,允許在一臺主機上運行多個操作系統,以便讓用戶盡可能地充分利用昂貴的大型機資源。隨后惠普、IBM和Sun等公司都將虛擬化技術引入到各自的高端RISC服務器系統中,把多種資源集中到資源池中,根據業務優先級再分配資源。虛擬化解決方案解決了每個IT系統只能支持一個單獨應用的難題,同時,解放了數據中心的資源,實現了數據中心對業務需求的強大靈活性,并解決了業務連續性和可用性問題。將IT與業務連接,為業務實現動態支持。虛擬化通過服務器和存儲設備整合的方式可節省30%~40%的能源消耗。


虛擬化本來是一個廣義的術語,而在計算機方面通常是指計算元件在虛擬的基礎上而不是真實的基礎上運行。虛擬化技術可以擴大硬件的容量,簡化軟件的重新配置過程。允許一個平臺同時運行多個操作系統,并且應用程序都可以在相互獨立的空間內運行而互不影響,從而顯著提高計算機的工作效率。
虛擬化技術與多任務以及超線程技術是完全不同的。多任務是指在一個操作系統中多個程序同時并行運行,而在虛擬化技術中,則可以同時運行多個操作系統,而且每一個操作系統中都有多個程序運行,每一個操作系統都運行在一個虛擬的CPU或者是虛擬主機上;而超線程技術只是單CPU模擬雙CPU來平衡程序運行性能,這兩個模擬出來的CPU是不能分離的,只能協同工作。


多種主流的虛擬化技術已逐步展露,CPU虛擬化,存儲虛擬化 ,服務器虛擬化,操作系統層虛擬化,網絡虛擬化,應用虛擬化等等不一而足。隨著虛擬化技術的竄紅,打著它的旗號的“衍生品”也層出不窮。虛擬化解決方案也有軟件虛擬化解決方案、硬件虛擬化解決方案、軟硬件結合虛擬化解決方案等。


CPU的虛擬化技術

簡單說來,CPU的虛擬化技術就是單CPU模擬多CPU并行,允許一個平臺同時運行多個操作系統,并且應用程序都可以在相互獨立的空間內運行而互不影響,從而顯著提高計算機的工作效率。CPU的虛擬化技術是一種硬件方案,支持虛擬技術的CPU帶有特別優化過的指令集來控制虛擬過程,通過這些指令集,VMM(VirtualMachineMonitor,虛擬機監視器)會很容易提高性能,相比軟件的虛擬實現方式會很大程度上提高性能。虛擬化技術可提供基于芯片的功能,借助兼容VMM軟件能夠改進純軟件解決方案。CPU的虛擬化技術除支持廣泛的傳統操作系統之外,還支持64位客戶操作系統。


兩大CPU巨頭英特爾和AMD分別提出了 Intel VT虛擬化技術和AMD代號為“Pacific”虛擬化技術。


絕大多數的Intel下一代主流處理器,都將支持Intel VT虛擬化技術。絕大多數的AMD下一代主流處理器也都將支持AMD VT虛擬化技術。


存儲虛擬化

所謂虛擬存儲,就是把多個存儲介質??椋ㄈ纈才?、RAID)通過一定的手段集中管理起來,所有的存儲??樵諞桓齟媧⒊兀⊿torage Pool)中得到統一管理,從主機和工作站看到的就是一個分區或者卷,就好象是一個超大容量的硬盤。這種可以將多種、多個存儲設備統一管理起來,為使用者提供大容量、高數據傳輸性能的存儲系統,就稱之為虛擬存儲。


隨著信息業務的不斷運行和發展,大量高價值數據積淀下來,圍繞這些數據的應用對平臺的要求也越來越高,不光是在存儲容量上,還包括數據訪問性能、數據傳輸性能、數據管理能力、存儲擴展能力等等多個方面。存儲系統網絡平臺已經成為一個核心平臺,其綜合性能的優劣,將直接影響到整個系統的正常運行。因為這個原因,虛擬化技術又一子領域——虛擬存儲技術,應運而生。


最早在上世紀70年代,人們就采用了虛擬內存技術。人們對存儲的需求刺激了各種新技術的出現,首先是磁盤條帶集(RAID,可帶容錯)技術,將多個物理磁盤通過一定的邏輯關系集合起來,成為一個大容量的虛擬磁盤。而隨著數據量不斷增加和對數據可用性要求的不斷提高,又一種新的存儲技術應運而生,那就是存儲區域網絡(SAN)技術。 SAN的廣域化則旨在將存儲設備實現成為一種公用設施,任何人員、任何主機都可以隨時隨地獲取各自想要的數據。



服務器虛擬化

服務器虛擬化的概念,各個廠商有自己不同的定義,然而其核心思想是一致的,即它是一種方法,能夠通過區分資源的優先次序并隨時隨地能將服務器資源分配給最需要它們的工作負載來簡化管理和提高效率,從而減少為單個工作負載峰值而儲備的資源。實際上服務器虛擬化將服務器物理資源抽象成邏輯資源,讓一臺服務器變成幾臺甚至上百臺相互隔離的虛擬服務器,或者讓幾臺服務器變成一臺服務器來用,我們不再受限于物理上的界限,而是讓CPU、內存、磁盤、I/O等硬件變成可以動態管理的“資源池”,從而提高資源的利用率,簡化系統管理,實現服務器整合,讓IT對業務的變化更具適應力,這就是服務器的虛擬化。


服務器虛擬化是虛擬化技術最早細分出來的子領域。由于服務器虛擬化發展時間長,應用廣泛,所以很多時候人們幾乎把服務器虛擬化等同于虛擬化。 如今,許多應用使用虛擬技術來提高硬件資源的利用率,進行災難恢復、提高辦公自動化水平。有了虛擬化技術,用戶可以動態啟用虛擬服務器(又叫虛擬機),每個服務器實際上可以讓操作系統(以及在上面運行的任何應用程序)誤以為虛擬機就是實際硬件。運行多個虛擬機還可以充分發揮物理服務器的計算潛能,迅速應對數據中心不斷變化的需求。這些虛擬服務器能夠支持多個操作系統和應用,可在一個服務器上虛擬化多種操作系統,可輕松進行遠程訪問并與本地桌面應用程序進行集成,還可實現在無需 VPN 的情況下,安全無縫地部署應用程序。


在服務器虛擬化技術方面IBM和HP非?;?,在最新的RISC架構服務器及最新版的操作系統中,都嵌入了虛擬化技術。


IBM可以將單個CPU劃分為10個微分區,從而創建和運行比物理處理器數量更多的分區,新版操作系統AIX 5.3可以支持1/10 CPU顆粒的微分區。 現在,IBM進一步拓展了其服務器虛擬技術的范疇,推出了由操作系統、系統技術和系統服務三部分組成的服務器虛擬引擎。其技術宗旨是單臺服務器內運行多種操作系統、在異構IT基礎架構中以統一的方式實現資源的共享和管理。 同時,IBM還推出了應用虛擬工具套件,包括應用監督??榭梢栽諞旃夠肪誠倫遠芾矸植際狡笠導斷低?,根據業務優先級將IT服務分類,并設立相應的性能目標,并根據這些性能目標,提供端到端的性能分析和評估,實現系統部署和配置步驟的自動化,為IT系統的自動部署、資源分配和啟用提供解決方案。


HP提供三個層次的虛擬化解決方案。其中,部件虛擬化可以優化不同類型IT資源的利用,如服務器、存儲和網絡資源,包括分區、集群、工作負載管理和應用虛擬化;集成虛擬化可以把優化多個部件的虛擬化方法結合在一起,自動調度資源滿足服務水平協議(SLO),包括虛擬服務器環境、連續訪問存儲專用服務器等;而完全虛擬化可以優化所有異構資源、使得資源供應能夠實時滿足業務需求。


目前在虛擬技術上,刀片服務器在某種程度上更符合虛擬化技術的思維方式,也更有利于虛擬化技術的部署和應用。利用裝載虛擬技術的刀片產品是一個比較新穎的方案,在國外的很多數據中心建設業務中,利用軟硬結合的方式,能夠有效地節省數據空間,使得對功耗和散熱的要求最小化。目前,國內很多用戶都需要提高自己數據中心的計算能力,同時減少機房空間、能耗、散熱和人力成本,在最小的空間里得到最強的處理能力。每臺刀片配置多個多核處理器和大容量內存。這些增加的計算能力使得一個服務器刀片可以托管多個服務器,而之前需要運行在多 個物理服務器上。通過整合這些服務器獲得了更強的可靠性。


網絡虛擬化

網絡虛擬化是目前業界關于虛擬化細分領域界定爭議較多的一個概念。微軟眼中的“網絡虛擬化”,是指虛擬專用網絡 (VPN)。VPN 對網絡連接的概念進行了抽象,允許遠程用戶訪問組織的內部網絡,就像物理上連接到該網絡一樣。網絡虛擬化可以幫助?;?IT環境,防止來自 Internet 的威脅,同時使用戶能夠快速安全的訪問應用程序和數據。


思科(Cisco)認為,在理論上網絡虛擬化能將任何基于服務的傳統客戶端/服務器安置到“網絡上”。那么,這意味著可以讓路由器和交換機執行更多的服務。思科表示網絡虛擬化由三個部分組成: 訪問控制、路徑提取,以及服務優勢。思科的路由器和交換機將擁有諸如安全、存儲、VoIP、移動和應用等功能。對用戶來講,這能幫助他們提高網絡設備的價值,并調整原有的網絡基礎設備。


3Com公司在網絡虛擬化方面的動作更大。3Com的路由器中可以插入一張工作卡。 該卡上帶有一套全功能的Linux服務器,可以和路由器中樞相連。在這個Linux服務器中,你可以安裝諸如sniffer、VoIP、安全應用等等。此外,該公司還計劃未來在Linux卡上運行VMware,以讓用戶運行Windows Server。 3Com將這個開源網絡叫開放式虛擬化網絡。


現在,網絡虛擬化依然處于發展階段,但在人類網絡信息化飛速需求的現在,我們有理由相信它的突破和成長將是飛速的。



應用虛擬化

何為應用虛擬化? 簡單來講,應用虛擬化技術使機構能夠用更少的投入做更多的事情,并最終節省經費。這樣,企業決策者就能夠在IT開銷與業務需求之間達成更好的平衡——由運營成本降低所節省的經費可以重新投入到能夠推動增長的業務領域中。 從技術角度來講,應用虛擬化可以簡單描述為以IT應用客戶端集中部署平臺為核心,以對最終用戶透明的方式完全使用戶的應用和數據在平臺上統一計算和運行,并最終讓用戶獲得與本地訪問應用同樣的應用感受和計算結果。目前,應用虛擬化能夠展現給用戶最直接的功能還是遠程應用交付,或者叫遠程接入。


前面幾種虛擬化技術,主要還專注于對硬件平臺資源的虛擬優化分配,隨著IT應用的日益廣泛,應用虛擬化作為虛擬化家族的明日之星登上了歷史舞臺。各行業現在將應用虛擬化當作是業務上的一個必由之路,而不是一個IT決策。據統計,全世界目前至少有超過18萬個機構在利用應用虛擬化技術進行集中IT管理、加強安全性和減少總體成本。 隨著虛擬化概念的發展和變化,


“應用虛擬化”成為一個正在迅速發展的市場。

虛擬化背后的主要推動力是基礎設施各方面的猛烈增長,同時伴隨著IT硬件和應用的大量增加。而且,IT系統正在變得越來越大,分布越來越廣,并且更加復雜,因而難以管理,但要求加強IT控制的業務和監管壓力卻在繼續增大。應用虛擬化正在幫助解決當今機構所面臨的很多推動力方面的問題——提高業務效率、增強員工移動性、遵守安全與監管規定、向新興市場拓展、業務外包、以及業務連續性等等。在可能實現的一系列利益當中,應用虛擬化技術能幫助企業解決三個關鍵方面的問題——安全性、性能和成本。從安全角度來講,應用虛擬化從其設計本身來看是安全的。采用客戶-服務器端應用,數據安全面臨風險。IT人員不僅必須應對數據的存放、打印和操控環境,而且還必須考慮數據在網絡內和網絡外如何遷移,并保證知識產權不會泄露,電腦病毒也不會潛入。啟動應用虛擬化項目后,一個公司的所有系統和數據都被整合到了一起,從而幾乎消除了在設備層面上數據被盜或數據丟失的風險。從性能角度來講,因為客戶-服務器端應用依靠網絡來傳輸流量,所以它們會為網絡增添帶寬消耗問題,這種問題困擾著很多企業,反過來又會降低應用系統的性能,應用虛擬化技術可以將各種應用系統集中起來,只有一個通過網絡傳送的虛擬界面,這樣可以保證在極低的帶寬上實現高性能,而不管設備、網絡和地點如何。在業務擴張或合并的情況下,企業能夠在幾分鐘或幾小時時間內讓新用戶上網,而不像過去那樣需要幾個星期或幾個月,因此,容易理解為什么應用虛擬化是很多所謂的“業務流程外包”公司所歡迎的一種方式。 應用虛擬化可以帶來的成本效益也是相當誘人的,通過將IT系統的管理集中起來,企業能夠同時實現各種不同的效益——從帶寬成本節約到提高IT效率和員工生產力以及延長陳舊的或當前的系統的壽命等等.



用虛擬化技術打造“綠色IT”

提到虛擬化技術,總給人一種很“虛”的感覺,其實 虛擬化技術一點都不“虛”。桌面PC機的虛擬化技術可使得辦公室里看不到電腦主機,每張辦公桌上除了顯示器、鼠標和鍵盤之外,就只有一個小盒子,而這個小盒子就是桌面虛擬化臺式機,與虛擬化服務器構建的資源池有效連接,不僅節省直接購買桌面機成本,而且每臺桌面機的功耗從260瓦降低到30瓦,實現了節能降耗減排綠色IT的目標。


當然,虛擬化技術應用廣泛的還是服務器虛擬化。它的技術創新在于“一臺服務器跑多個應用”,徹底解決了大馬拉小車的資源浪費。在虛擬化技術出現以前,有多少個應用就有多少臺服務器,重要應用甚至需要同時有2-3臺備份服務器來支撐。以郵件服務器為例,雖然平常的使用率一般都在10%以下,當然也不排除有同時發郵件的可能,但大部分時間內有90%以上的資源閑置。虛擬化技術完全打破了應用與服務器之間這種一一對應的關系,可以將一臺服務器虛擬成多臺服務器,每臺服務器可以安裝不同的操作系統,運行不同的應用軟件,成為一個資源池,將服務器傳統運行模式下浪費的90%以上的資源進行充分利用。虛擬化系統還可以自動、不間斷的優化硬件利用率,確保各應用軟件安全、高效的運行。


隨著信息化水平的提高,成排的機柜,動輒數十上百臺的服務器,堆積如山的蓄電池,是我們在許多政府機關、企事業單位數據中心看到的場景。數據中心迅速擴容的背后,是每年以8%-10%速度增長的能源消耗。現階段要保證每臺服務器平穩、高效地運行,必須要保證充足的電能、冷卻及UPS的支持,每臺服務器每年自身耗電平均約8000度,冷卻空調耗電約3000度,每臺服務器的UPS備用電源分攤的支出每年約4000元。IT產品耗電所排放的二氧化碳量也相當可觀。


在這種背景下,發展以節能、環保、高效為核心價值標準的綠色IT服務及產品,將成為引領信息產業發展和信息化建設的重點創新內容。利用虛擬化應用技術對機房進行虛擬化架構改造,可以幫助客戶降低其系統采購成本和運行成本,并提高其系統的可靠性和可管理性,有效保證信息安全。所以,人們期望推出一個能為大型數據中心提供低能耗的“綠色IT”解決方案。通過它有效利用服務器的資源,減少服務器數量,降低運行、管理和維護成本,增強數據中心的安全性,有效解決傳統數據中心的一些弊端,為客戶構建一個能夠對管理和業務快速響應、高IT資源利用率、低成本的應用平臺。


應用了虛擬化技術的用戶,對于虛擬化的數據中心都會贊不絕口,利用虛擬化技術,可以帶給用戶很大的IT 收益。 采用虛擬化技術的數據中心,可以減少大量的機房空間,減少大量的物理服務器部署,用于管理服務器的時間減少,電源和散熱有顯著降低,線纜也明顯減少,這樣的應用,給用戶帶來的收益非常明顯。另外,由于增加了機房空間、IT 員工工作時間和計算機電源,使得部署新應用更快速。虛擬化技術最大的好處就是通過軟件的方式來把我們的硬件資源充分利用起來,以前服務器的資源利用率非常低,那么通過虛擬化這項技術,可以把浪費掉的大部分的資源可以充分利用起來。數據中心機房進行了虛擬化技術改造,服務器數量大大減少,相應硬件耗電和制冷耗電乃至運行成本節省相當可觀。更為重要的是,隨著服務器數量的減少,二氧化碳的排放量也相應減少,對?;せ肪騁簿透欣?,虛擬化技術是真正的“綠色IT產品”。虛擬化技術能有效地降低了數據中心的建設及運行、管理和維護成本,真正做到了節能降耗減排,對于節省資源、加強環境?;ず褪凳┛沙中⒄拐鉸躍哂諧ぴ兜納緇嶁б婧途瞇б?。

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