一、什么是虛擬化

虛擬化是指計算機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。CPU的虛擬化技術可以單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。 

二、常見的虛擬化軟件介紹

虛擬化使用軟件的方法重新定義劃分IT資源，可以實現IT資源的動態分配、靈活調度、跨域共享，提高IT資源利用率，使IT資源能夠真正成為社會基礎設施，服務于各行各業中靈活多變的應用需求。

1、VmWare ESX

虛擬化方式：完全虛擬化

架構：裸金屬架構

I/O協議棧：VMware選擇性能，但是把I/O協議棧放到了hypervisor里面。不幸的是，VMware kernel是專有的，那就意味著VMware不得不開發和維護整個協議棧，會導致開發速度會減慢，你的硬件可能要等一段時間才會得到VMware的支持。

架構圖:

2、RedHat KVM

虛擬化方式：完全虛擬化

架構：寄居架構（linux內核）;祼金屬架構RHEV-H

特點：祼金屬架構RHEV-H或在關鍵的硬盤和網卡上支持半虛擬化VirtIO，達到最佳性能。

I/O協議棧：KVM重用了整個Linux I/O協議棧，所以KVM的用戶就自然就獲得了最新的驅動和I/O協議棧的改進。

架構圖：

3、Citrix XenServer

虛擬化方式：半虛擬化(linux安裝linux);全虛擬化(linux安裝windows),硬件輔助虛擬化

架構：裸金屬架構

I/O協議棧：Xen選擇了可維護這條道路，它將所有的I/O操作放到了Linux guest里面，也就是所謂的domain-0里面。重用Linux來做I/O, Xen的維護者就不用重寫整個I/O協議棧了。但不幸的是，這樣就犧牲了性能：每一個中斷都必需經過Xen的調度，才能切換到domain 0, 并且所有的東西都不得不經過一個附加層的映射。

架構圖：

4、Microsoft Hyper-V

Hyper-V即Hypervisor，它是一種運行在基礎物理服務器和操作系統之間的中間軟件層，可允許多個操作系統和應用共享硬件。也可叫做VMM( virtual machine monitor )，即虛擬機監視器。

Hypervisor是一種在虛擬環境中的“元”操作系統。他們可以訪問服務器上包括磁盤和內存在內的所有物理設備。Hypervisor不但協調著這些硬件資源的訪問，也同時在各個虛擬機之間施加防護。當服務器啟動并執行Hypervisor時，它會加載所有虛擬機客戶端的操作系統同時會分配給每一臺虛擬機適量的內存，CPU，網絡和磁盤。

虛擬化方式：半虛擬化

架構：裸金屬架構Hyper-V Server;寄居架構 Windows 2008

特點：父分區（宿主機操作系統）的位置挪到了子分區（虛擬機操作系統）的旁邊，宿主機操作系統和虛擬機操作系統是平級的，沒有誰依附誰之上的關系。

I/O協議棧：虛擬機看到的所有設備不再都是虛擬出來的，有部分的硬件資源是真實的物理設備。

架構圖：

三、虛擬化技術分類

1、完全虛擬化

最流行的虛擬化方法，使用Hypervisor這種中間層軟件，在虛擬服務器和底層硬件之間建立一個抽象層。

Hypervisor可以捕獲CPU指令，為指令訪問硬件控制器和外設充當中介。因而，完全虛擬化技術幾乎能讓任何一款操作系統不用改動就能安裝到虛擬服務器上，而它們不知道自己運行在虛擬化環境下。主要缺點是，性能方面不如裸機，因為Hypervisor需要占用一些資源，給處理器帶來開銷。

2、準虛擬化

完全虛擬化是處理器密集型技術，因為它要求Hypervisor管理各個虛擬服務器，并讓它們彼此獨立。減輕這種負擔的一種方法就是，改動客戶操作系統，讓它以為自己運行在虛擬環境下，能夠與Hypervisor協同工作，這種方法就叫準虛擬化。

準虛擬化技術的優點是性能高。經過準虛擬化處理的服務器可與Hypervisor協同工作，其響應能力幾乎不亞于未經過虛擬化處理的服務器。它的客戶操作系統(Guest OS)集成了虛擬化方面的代碼。該方法無需重新編譯或引起陷阱，因為操作系統自身能夠與虛擬進程進行很好的協作。

3、操作系統層虛擬化

實現虛擬化還有一個方法，那就是在操作系統層面增添虛擬服務器功能。就操作系統層的虛擬化而言，沒有獨立的Hypervisor層。相反主機操作系統本身就負責在多個虛擬服務器之間分配硬件資源，并且讓這些服務器彼此獨立。一個明顯的區別是，如果使用操作系統層虛擬化，所有虛擬服務器必須運行同一操作系統。

雖然操作系統層虛擬化的靈活性比較差，但本機速度性能比較高。此外，由于架構在所有虛擬服務器上使用單一、標準的操作系統，管理起來比異構環境要容易。

4、硬件虛擬化

英特爾虛擬化技術(IVT，Intel Virtualization Technology)是由英特爾開發的一種虛擬化技術，利用IVT可以對在系統上的客操作系統，通過虛擬機查看器(VMM，Virtual Machine Monitor)來虛擬一套硬件設備，以供客操作系統使用。這些技術以往在VMware與Virtual PC上都通過軟件實現，而通過IVT的硬件支持可以加速此類軟件的進行。

AMD虛擬化(AMD Virtualization)，縮寫為“AMD-V”，是AMD為64位的x86架構提供的虛擬化擴展的名稱，但有時仍然會用“Pacifica”(AMD開發這項擴展時的內部項目代碼)來指代它。5、桌面虛擬化

服務器虛擬化主要針對服務器而言，而虛擬化最接近用戶的還是要算的上桌面虛擬化了，桌面虛擬化主要功能是將分散的桌面環境集中保存并管理起來，包括桌面環境的集中下發，集中更新，集中管理。桌面虛擬化使得桌面管理變得簡單，不用每臺終端單獨進行維護，每臺終端進行更新。終端數據可以集中存儲在中心機房里，安全性相對傳統桌面應用要高很多。桌面虛擬化可以使得一個人擁有多個桌面環境，也可以把一個桌面環境供多人使用，節省了license。另外，桌面虛擬化依托于服務器虛擬化。沒有服務器虛擬化，這個桌面虛擬化的優勢將完全沒有了。不僅如此，還浪費了許多管理資本。

四、云計算

云計算中的虛擬化指的是IaaS層虛擬化解決方案，而不是虛擬機技術。IaaS層虛擬化解決方案，要符合IaaS層的基礎特點，除了最基礎的虛擬化軟件之外，還包括，共享存儲服務，鏡像服務，身份認證服務，統一監控服務，以及收費管理等其他配套的服務。當然，既然是IaaS服務，必須支持對外API接口開放，支持定制開發。一般來說不是一個軟件，而是一組軟件組成的整理解決方案。

VMware vSphere是基于VMware虛擬化技術的虛擬化管理軟件，目前在行業內來說算是最成熟，生產環境應用度最廣的IaaS層虛擬化技術的解決方案。目前對整個集群的虛擬機監控管理也是最好的。(vSphere本身收費，而且監控軟件還需要單獨收費)。

Openstack是基于linux的IaaS層解決方案(支持多種虛擬化技術，比如KVM)，是目前用戶最多，影響最大的開源解決方案，得到了HP，IBM等知名廠商的大力支持，國內的虛擬化解決方案也大部分是基于Openstack開發定制。主要運行在cent os和ubuntu server操作系統上。

CloudStack是使用 java開發的基于linux的IaaS層解決方案(支持多種虛擬化技術，比如KVM)，目前發展潛力非常不錯，也得到了很多知名廠商的認可，不過相對起步比較晚，在國內的推廣度也不如Openstack。

五、虛擬化技術與云計算的未來

不可否認，未來的虛擬化和云計算發展將會是多元化的，包括服務器、存儲、網絡等更多的元素，用戶將無法分辨哪些是虛，哪些是實。虛擬化將改變現在的傳統IT架 構，而且將互聯網中的所有資源全部連在一起，形成一個大的計算中心，而我們卻不用關心所有這一切，而只需關心提供給自己的服務是否正常。雖然虛擬化技術前景看好，但是這一過程還有很長的路要走，因為還沒有哪種技術是不存在潛在缺陷甚至陷阱的。不過，未來虛擬化技術和云計算將成為市場應用發展的主要方向。

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