分析：揭開虛擬化技術“五指山”神秘面紗

虛擬化，曾經是一個技術人員最不喜歡的詞，因為對于一個搞工程科學的人來說，實在、量化、數據邏輯才是工作進行的根本。

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。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。

隨著虛擬化技術的竄紅，打著它的旗號的“衍生品”層出不窮，各色人等都想將自己的腦袋安裝在虛擬化的屁股上，然后就能跟隨這股熱潮大火一把。然而盡管到現在各種虛擬化技術還沒能涇渭分明，但畢竟大浪淘沙，隨著時間的發展，五種主流的虛擬化技術逐步展露，它們就像如來佛祖那座著名的“五指山”一樣，在天邊等待人們“到此一游”。

這五種虛擬化技術分別是：CPU虛擬化、網絡虛擬化、服務器虛擬化、存儲虛擬化和應用虛擬化。讓我們逐步揭開它們的面紗，看看它們各自的美麗。

CPU虛擬化

虛擬化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。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。

純軟件虛擬化解決方案存在很多限制。“客戶”操作系統很多情況下是通過VMM(Virtual Machine Monitor，虛擬機監視器)來與硬件進行通信，由VMM來決定其對系統上所有虛擬機的訪問。(注意，大多數處理器和內存訪問獨立于VMM，只在發生特定事件時才會涉及VMM，如頁面錯誤。)在純軟件虛擬化解決方案中，VMM在軟件套件中的位置是傳統意義上操作系統所處的位茫。如處理器、內存、存儲、顯卡和網卡等)的接口，模擬硬件環境。這種轉換必然會增加系統的復雜性。

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。由于虛擬化硬件可提供全新的架構，支持操作系統直接在上面運行，從而無需進行二進制轉換，減少了相關的性能開銷，極大簡化了VMM設計，進而使VMM能夠按通用標準進行編寫，性能更加強大。另外，在純軟件VMM中，目前缺少對64位客戶操作系統的支持，而隨著64位處理器的不斷普及，這一嚴重缺點也日益突出。而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。

虛擬化技術是一套解決方案。完整的情況需要CPU、主板芯片組、BIOS和軟件的支持，例如VMM軟件或者某些操作系統本身。即使只是CPU支持虛擬化技術，在配合VMM的軟件情況下，也會比完全不支持虛擬化技術的系統有更好的性能。

兩大CPU巨頭英特爾和AMD都想方設法在虛擬化領域中占得先機，但是AMD的虛擬化技術在時間上要比英特爾落后幾個月。而AMD方面也已經發布了支持AMD-V虛擬化技術的一系列處理器產品，包括Socket S1接口的Turion 64 X2系列以及Socket AM2接口的Athlon 64 X2系列和Athlon 64 FX系列等等，并且絕大多數的AMD下一代主流處理器，包括即將發布的Socket F接口的Opteron都將支持AMD VT虛擬化技術。

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最不明確，存在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保護 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。

但是網絡巨頭思科（Cisco）不那么認為。出身、成名且目前稱霸于網絡的思科公司，當然在對IT未來的考慮上以網絡為核心。它認為在理論上，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，自然，思科在業界的重要性和生意額都將大幅增加。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。從思科的產品規劃圖上看，該公司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。 對思科而言，他們的戰略是通過擴大網絡基礎設備的銷售來持續產生盈利。 而對用戶來講，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。

對于網絡陣營的另一巨頭，3Com公司在網絡虛擬化方面的動作比思科更大。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的這個開源網絡虛擬化活動名為3Com ON(又名開放式網絡)。

當然，王婆賣瓜自賣自夸，思科與3Com自己的一廂情愿決不能作為網絡虛擬化大旗真正升起的標志，現在，網絡虛擬化依然處于初期的萌芽階段，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。

服務器虛擬化

與網絡虛擬化不同，服務器虛擬化卻是虛擬化技術最早細分出來的子領域。根據2006年2月Forrester Research的調查，全球范圍的企業對服務器虛擬化的認知率達到了75%。三分之一的企業已經在使用或者準備部署服務器虛擬化。這個產生于20世紀60年代的技術日益顯示出其重要價值。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。

關于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。

似乎與所有顛覆性技術一樣，服務器虛擬化技術先是悄然出現，然后突然迸發，最終因為節省能源的合并計劃而得到了認可。如今，許多公司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。本組文章分別從服務器、存儲、應用程序和桌面虛擬化技術三個角度介紹了如何消除物理硬件的限制。

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。

虛擬化概念并不是新概念。早在20世紀70年代，大型計算機就一直在同時運行多個操作系統實例，每個實例也彼此獨立。不過直到最近，軟硬件方面的進步才使得虛擬化技術有可能出現在基于行業標準的大眾化x86服務器上。

存儲虛擬化

隨著信息業務的不斷運行和發展，存儲系統網絡平臺已經成為一個核心平臺，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。可以說，存儲網絡平臺的綜合性能的優劣，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。

其實虛擬化技術并不是一件很新的技術，它的發展，應該說是隨著計算機技術的發展而發展起來的，最早是始于70年代。由于當時的存儲容量，特別是內存容量成本非常高、容量也很小，對于大型應用程序或多程序應用就受到了很大的限制。為了克服這樣的限制，人們就采用了虛擬存儲的技術，最典型的應用就是虛擬內存技術。

隨著計算機技術以及相關信息處理技術的不斷發展，人們對存儲的需求越來越大。這樣的需求刺激了各種新技術的出現，比如磁盤性能越來越好、容量越來越大。但是在大量的大中型信息處理系統中，單個磁盤是不能滿足需要，這樣的情況下存儲虛擬化技術就發展起來了。在這個發展過程中也由幾個階段和幾種應用。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。目前討論比較多的包括iSCSI、 FC Over IP 等技術，由于一些相關的標準還沒有最終確定，但是存儲設備公用化、存儲網絡廣域化是一個不可逆轉的潮流。

所謂虛擬存儲，就是把多個存儲介質模塊（如硬盤、RAID）通過一定的手段集中管理起來，所有的存儲模塊在一個存儲池（Storage Pool）中得到統一管理，從主機和工作站的角度，看到就不是多個硬盤，而是一個分區或者卷，就好象是一個超大容量（如1T以上）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。

應用虛擬化

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。2006年7月由Forrester咨詢公司在美國對各種不同行業的高層IT管理人員所做的一項研究顯示，當今的機構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。

盡管在過去十年間虛擬技術有了迅速的發展，但現實情況是，當需要使用應用系統的時候，我們仍然把自己的思維局限在電腦機箱之內。從鍵盤、鼠標、麥克風或掃描儀接收用戶輸入的設備，通常也是處理和存儲數據、通過對顯示器、打印機和揚聲器的輸出來進行響應的同一設備。然而，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。

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。”

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。這聽起來可能很專業，但對業務決策者來說卻很中聽，因為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

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