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虚拟化技术掀起信息科学界又一轮技术的高潮


实在、量化、数据逻辑才是工程技术人员进行工作的根本,而虚拟化曾经是工程技术人员最不喜欢的词。但是现在,最前沿的IT技术工程师们狂热的爱上了这个词,因为它代表着一系列先进的技术和产品,掀起信息科学界又一轮技术的高潮。虚拟化解决方案也成为最近各行业信息化需求的一个热点。


究竟什么是虚拟化?人们往往既清晰又模糊,仿佛看到它就在面前,可是又变幻着这样或那样的模样。通俗的定义来说,虚拟化就是把物理资源转变为逻辑上可以管理的资源,以打破物理结构之间的壁垒。未来,所有的资源都透明地运行在各种各样的物理平台上,资源的管理都将按逻辑方式进行,完全实现资源的自动化分配,而虚拟化技术就是实现它的理想工具。用一比喻来说,虚拟化技术的绝妙之处在于,终端用户在信息化应用中,感觉不到物理设备的差异、物理距离的远近以及物理数量的多少,按照自己正常习惯操作,进行需要的信息资源调用和交互。


虚拟化技术最早源于上世纪六七十年代的大型机虚拟分区技术,当时IBM发明了一种操作系统虚拟机技术,允许在一台主机上运行多个操作系统,以便让用户尽可能地充分利用昂贵的大型机资源。随后惠普、IBM和Sun等公司都将虚拟化技术引入到各自的高端RISC服务器系统中,把多种资源集中到资源池中,根据业务优先级再分配资源。虚拟化解决方案解决了每个IT系统只能支持一个单独应用的难题,同时,解放了数据中心的资源,实现了数据中心对业务需求的强大灵活性,并解决了业务连续性和可用性问题。将IT与业务连接,为业务实现动态支持。虚拟化通过服务器和存储设备整合的方式可节省30%~40%的能源消耗。


虚拟化本来是一个广义的术语,而在计算机方面通常是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行。虚拟化技术可以扩大硬件的容量,简化软件的重新配置过程。允许一个平台同时运行多个操作系统,并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响,从而显著提高计算机的工作效率。
虚拟化技术与多任务以及超线程技术是完全不同的。多任务是指在一个操作系统中多个程序同时并行运行,而在虚拟化技术中,则可以同时运行多个操作系统,而且每一个操作系统中都有多个程序运行,每一个操作系统都运行在一个虚拟的CPU或者是虚拟主机上;而超线程技术只是单CPU模拟双CPU来平衡程序运行性能,这两个模拟出来的CPU是不能分离的,只能协同工作。


多种主流的虚拟化技术已逐步展露,CPU虚拟化,存储虚拟化 ,服务器虚拟化,操作系统层虚拟化,网络虚拟化,应用虚拟化等等不一而足。随着虚拟化技术的窜红,打着它的旗号的“衍生品”也层出不穷。虚拟化解决方案也有软件虚拟化解决方案、硬件虚拟化解决方案、软硬件结合虚拟化解决方案等。


CPU的虚拟化技术

简单说来,CPU的虚拟化技术就是单CPU模拟多CPU并行,允许一个平台同时运行多个操作系统,并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响,从而显著提高计算机的工作效率。CPU的虚拟化技术是一种硬件方案,支持虚拟技术的CPU带有特别优化过的指令集来控制虚拟过程,通过这些指令集,VMM(VirtualMachineMonitor,虚拟机监视器)会很容易提高性能,相比软件的虚拟实现方式会很大程度上提高性能。虚拟化技术可提供基于芯片的功能,借助兼容VMM软件能够改进纯软件解决方案。CPU的虚拟化技术除支持广泛的传统操作系统之外,还支持64位客户操作系统。


两大CPU巨头英特尔和AMD分别提出了 Intel VT虚拟化技术和AMD代号为“Pacific”虚拟化技术。


绝大多数的Intel下一代主流处理器,都将支持Intel VT虚拟化技术。绝大多数的AMD下一代主流处理器也都将支持AMD VT虚拟化技术。


存储虚拟化

所谓虚拟存储,就是把多个存储介质模块(如硬盘、RAID)通过一定的手段集中管理起来,所有的存储模块在一个存储池(Storage Pool)中得到统一管理,从主机和工作站看到的就是一个分区或者卷,就好象是一个超大容量的硬盘。这种可以将多种、多个存储设备统一管理起来,为使用者提供大容量、高数据传输性能的存储系统,就称之为虚拟存储。


随着信息业务的不断运行和发展,大量高价值数据积淀下来,围绕这些数据的应用对平台的要求也越来越高,不光是在存储容量上,还包括数据访问性能、数据传输性能、数据管理能力、存储扩展能力等等多个方面。存储系统网络平台已经成为一个核心平台,其综合性能的优劣,将直接影响到整个系统的正常运行。因为这个原因,虚拟化技术又一子领域——虚拟存储技术,应运而生。


最早在上世纪70年代,人们就采用了虚拟内存技术。人们对存储的需求刺激了各种新技术的出现,首先是磁盘条带集(RAID,可带容错)技术,将多个物理磁盘通过一定的逻辑关系集合起来,成为一个大容量的虚拟磁盘。而随着数据量不断增加和对数据可用性要求的不断提高,又一种新的存储技术应运而生,那就是存储区域网络(SAN)技术。 SAN的广域化则旨在将存储设备实现成为一种公用设施,任何人员、任何主机都可以随时随地获取各自想要的数据。



服务器虚拟化

服务器虚拟化的概念,各个厂商有自己不同的定义,然而其核心思想是一致的,即它是一种方法,能够通过区分资源的优先次序并随时随地能将服务器资源分配给最需要它们的工作负载来简化管理和提高效率,从而减少为单个工作负载峰值而储备的资源。实际上服务器虚拟化将服务器物理资源抽象成逻辑资源,让一台服务器变成几台甚至上百台相互隔离的虚拟服务器,或者让几台服务器变成一台服务器来用,我们不再受限于物理上的界限,而是让CPU、内存、磁盘、I/O等硬件变成可以动态管理的“资源池”,从而提高资源的利用率,简化系统管理,实现服务器整合,让IT对业务的变化更具适应力,这就是服务器的虚拟化。


服务器虚拟化是虚拟化技术最早细分出来的子领域。由于服务器虚拟化发展时间长,应用广泛,所以很多时候人们几乎把服务器虚拟化等同于虚拟化。 如今,许多应用使用虚拟技术来提高硬件资源的利用率,进行灾难恢复、提高办公自动化水平。有了虚拟化技术,用户可以动态启用虚拟服务器(又叫虚拟机),每个服务器实际上可以让操作系统(以及在上面运行的任何应用程序)误以为虚拟机就是实际硬件。运行多个虚拟机还可以充分发挥物理服务器的计算潜能,迅速应对数据中心不断变化的需求。这些虚拟服务器能够支持多个操作系统和应用,可在一个服务器上虚拟化多种操作系统,可轻松进行远程访问并与本地桌面应用程序进行集成,还可实现在无需 VPN 的情况下,安全无缝地部署应用程序。


在服务器虚拟化技术方面IBM和HP非常积极,在最新的RISC架构服务器及最新版的操作系统中,都嵌入了虚拟化技术。


IBM可以将单个CPU划分为10个微分区,从而创建和运行比物理处理器数量更多的分区,新版操作系统AIX 5.3可以支持1/10 CPU颗粒的微分区。 现在,IBM进一步拓展了其服务器虚拟技术的范畴,推出了由操作系统、系统技术和系统服务三部分组成的服务器虚拟引擎。其技术宗旨是单台服务器内运行多种操作系统、在异构IT基础架构中以统一的方式实现资源的共享和管理。 同时,IBM还推出了应用虚拟工具套件,包括应用监督模块可以在异构环境下自动管理分布式企业级系统,根据业务优先级将IT服务分类,并设立相应的性能目标,并根据这些性能目标,提供端到端的性能分析和评估,实现系统部署和配置步骤的自动化,为IT系统的自动部署、资源分配和启用提供解决方案。


HP提供三个层次的虚拟化解决方案。其中,部件虚拟化可以优化不同类型IT资源的利用,如服务器、存储和网络资源,包括分区、集群、工作负载管理和应用虚拟化;集成虚拟化可以把优化多个部件的虚拟化方法结合在一起,自动调度资源满足服务水平协议(SLO),包括虚拟服务器环境、连续访问存储专用服务器等;而完全虚拟化可以优化所有异构资源、使得资源供应能够实时满足业务需求。


目前在虚拟技术上,刀片服务器在某种程度上更符合虚拟化技术的思维方式,也更有利于虚拟化技术的部署和应用。利用装载虚拟技术的刀片产品是一个比较新颖的方案,在国外的很多数据中心建设业务中,利用软硬结合的方式,能够有效地节省数据空间,使得对功耗和散热的要求最小化。目前,国内很多用户都需要提高自己数据中心的计算能力,同时减少机房空间、能耗、散热和人力成本,在最小的空间里得到最强的处理能力。每台刀片配置多个多核处理器和大容量内存。这些增加的计算能力使得一个服务器刀片可以托管多个服务器,而之前需要运行在多 个物理服务器上。通过整合这些服务器获得了更强的可靠性。


网络虚拟化

网络虚拟化是目前业界关于虚拟化细分领域界定争议较多的一个概念。微软眼中的“网络虚拟化”,是指虚拟专用网络 (VPN)。VPN 对网络连接的概念进行了抽象,允许远程用户访问组织的内部网络,就像物理上连接到该网络一样。网络虚拟化可以帮助保护 IT环境,防止来自 Internet 的威胁,同时使用户能够快速安全的访问应用程序和数据。


思科(Cisco)认为,在理论上网络虚拟化能将任何基于服务的传统客户端/服务器安置到“网络上”。那么,这意味着可以让路由器和交换机执行更多的服务。思科表示网络虚拟化由三个部分组成: 访问控制、路径提取,以及服务优势。思科的路由器和交换机将拥有诸如安全、存储、VoIP、移动和应用等功能。对用户来讲,这能帮助他们提高网络设备的价值,并调整原有的网络基础设备。


3Com公司在网络虚拟化方面的动作更大。3Com的路由器中可以插入一张工作卡。 该卡上带有一套全功能的Linux服务器,可以和路由器中枢相连。在这个Linux服务器中,你可以安装诸如sniffer、VoIP、安全应用等等。此外,该公司还计划未来在Linux卡上运行VMware,以让用户运行Windows Server。 3Com将这个开源网络叫开放式虚拟化网络。


现在,网络虚拟化依然处于发展阶段,但在人类网络信息化飞速需求的现在,我们有理由相信它的突破和成长将是飞速的。



应用虚拟化

何为应用虚拟化? 简单来讲,应用虚拟化技术使机构能够用更少的投入做更多的事情,并最终节省经费。这样,企业决策者就能够在IT开销与业务需求之间达成更好的平衡——由运营成本降低所节省的经费可以重新投入到能够推动增长的业务领域中。 从技术角度来讲,应用虚拟化可以简单描述为以IT应用客户端集中部署平台为核心,以对最终用户透明的方式完全使用户的应用和数据在平台上统一计算和运行,并最终让用户获得与本地访问应用同样的应用感受和计算结果。目前,应用虚拟化能够展现给用户最直接的功能还是远程应用交付,或者叫远程接入。


前面几种虚拟化技术,主要还专注于对硬件平台资源的虚拟优化分配,随着IT应用的日益广泛,应用虚拟化作为虚拟化家族的明日之星登上了历史舞台。各行业现在将应用虚拟化当作是业务上的一个必由之路,而不是一个IT决策。据统计,全世界目前至少有超过18万个机构在利用应用虚拟化技术进行集中IT管理、加强安全性和减少总体成本。 随着虚拟化概念的发展和变化,


“应用虚拟化”成为一个正在迅速发展的市场。

虚拟化背后的主要推动力是基础设施各方面的猛烈增长,同时伴随着IT硬件和应用的大量增加。而且,IT系统正在变得越来越大,分布越来越广,并且更加复杂,因而难以管理,但要求加强IT控制的业务和监管压力却在继续增大。应用虚拟化正在帮助解决当今机构所面临的很多推动力方面的问题——提高业务效率、增强员工移动性、遵守安全与监管规定、向新兴市场拓展、业务外包、以及业务连续性等等。在可能实现的一系列利益当中,应用虚拟化技术能帮助企业解决三个关键方面的问题——安全性、性能和成本。从安全角度来讲,应用虚拟化从其设计本身来看是安全的。采用客户-服务器端应用,数据安全面临风险。IT人员不仅必须应对数据的存放、打印和操控环境,而且还必须考虑数据在网络内和网络外如何迁移,并保证知识产权不会泄露,电脑病毒也不会潜入。启动应用虚拟化项目后,一个公司的所有系统和数据都被整合到了一起,从而几乎消除了在设备层面上数据被盗或数据丢失的风险。从性能角度来讲,因为客户-服务器端应用依靠网络来传输流量,所以它们会为网络增添带宽消耗问题,这种问题困扰着很多企业,反过来又会降低应用系统的性能,应用虚拟化技术可以将各种应用系统集中起来,只有一个通过网络传送的虚拟界面,这样可以保证在极低的带宽上实现高性能,而不管设备、网络和地点如何。在业务扩张或合并的情况下,企业能够在几分钟或几小时时间内让新用户上网,而不像过去那样需要几个星期或几个月,因此,容易理解为什么应用虚拟化是很多所谓的“业务流程外包”公司所欢迎的一种方式。 应用虚拟化可以带来的成本效益也是相当诱人的,通过将IT系统的管理集中起来,企业能够同时实现各种不同的效益——从带宽成本节约到提高IT效率和员工生产力以及延长陈旧的或当前的系统的寿命等等.



用虚拟化技术打造“绿色IT”

提到虚拟化技术,总给人一种很“虚”的感觉,其实 虚拟化技术一点都不“虚”。桌面PC机的虚拟化技术可使得办公室里看不到电脑主机,每张办公桌上除了显示器、鼠标和键盘之外,就只有一个小盒子,而这个小盒子就是桌面虚拟化台式机,与虚拟化服务器构建的资源池有效连接,不仅节省直接购买桌面机成本,而且每台桌面机的功耗从260瓦降低到30瓦,实现了节能降耗减排绿色IT的目标。


当然,虚拟化技术应用广泛的还是服务器虚拟化。它的技术创新在于“一台服务器跑多个应用”,彻底解决了大马拉小车的资源浪费。在虚拟化技术出现以前,有多少个应用就有多少台服务器,重要应用甚至需要同时有2-3台备份服务器来支撑。以邮件服务器为例,虽然平常的使用率一般都在10%以下,当然也不排除有同时发邮件的可能,但大部分时间内有90%以上的资源闲置。虚拟化技术完全打破了应用与服务器之间这种一一对应的关系,可以将一台服务器虚拟成多台服务器,每台服务器可以安装不同的操作系统,运行不同的应用软件,成为一个资源池,将服务器传统运行模式下浪费的90%以上的资源进行充分利用。虚拟化系统还可以自动、不间断的优化硬件利用率,确保各应用软件安全、高效的运行。


随着信息化水平的提高,成排的机柜,动辄数十上百台的服务器,堆积如山的蓄电池,是我们在许多政府机关、企事业单位数据中心看到的场景。数据中心迅速扩容的背后,是每年以8%-10%速度增长的能源消耗。现阶段要保证每台服务器平稳、高效地运行,必须要保证充足的电能、冷却及UPS的支持,每台服务器每年自身耗电平均约8000度,冷却空调耗电约3000度,每台服务器的UPS备用电源分摊的支出每年约4000元。IT产品耗电所排放的二氧化碳量也相当可观。


在这种背景下,发展以节能、环保、高效为核心价值标准的绿色IT服务及产品,将成为引领信息产业发展和信息化建设的重点创新内容。利用虚拟化应用技术对机房进行虚拟化架构改造,可以帮助客户降低其系统采购成本和运行成本,并提高其系统的可靠性和可管理性,有效保证信息安全。所以,人们期望推出一个能为大型数据中心提供低能耗的“绿色IT”解决方案。通过它有效利用服务器的资源,减少服务器数量,降低运行、管理和维护成本,增强数据中心的安全性,有效解决传统数据中心的一些弊端,为客户构建一个能够对管理和业务快速响应、高IT资源利用率、低成本的应用平台。


应用了虚拟化技术的用户,对于虚拟化的数据中心都会赞不绝口,利用虚拟化技术,可以带给用户很大的IT 收益。 采用虚拟化技术的数据中心,可以减少大量的机房空间,减少大量的物理服务器部署,用于管理服务器的时间减少,电源和散热有显著降低,线缆也明显减少,这样的应用,给用户带来的收益非常明显。另外,由于增加了机房空间、IT 员工工作时间和计算机电源,使得部署新应用更快速。虚拟化技术最大的好处就是通过软件的方式来把我们的硬件资源充分利用起来,以前服务器的资源利用率非常低,那么通过虚拟化这项技术,可以把浪费掉的大部分的资源可以充分利用起来。数据中心机房进行了虚拟化技术改造,服务器数量大大减少,相应硬件耗电和制冷耗电乃至运行成本节省相当可观。更为重要的是,随着服务器数量的减少,二氧化碳的排放量也相应减少,对保护环境也就更有利,虚拟化技术是真正的“绿色IT产品”。虚拟化技术能有效地降低了数据中心的建设及运行、管理和维护成本,真正做到了节能降耗减排,对于节省资源、加强环境保护和实施可持续发展战略具有长远的社会效益和经济效益。

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