虛擬化1

xfxyxh 2011-01-23

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簡介
究竟什么是虛擬化呢？事實上，虛擬化技術的核心思路就是，通過軟件或固件管理程序（Hypervisor）構成虛擬化層并對其進行管理，把物理資源映射為虛擬資源（如圖 3-1 所示）。這些虛擬資源在使用上和物理資源的特性相差很少或沒有差別。如下圖所示，可以被虛擬化的資源包括了服務器、存儲、網絡等資源（也包括了一些比較專用的設備）。

圖 3 - 1 虛擬化的概念

虛擬化技術的根本目的就是通過有效管理虛擬資源和物理資源之間的映射關系來達到充分共享物理資源的目的，同時為應用系統(tǒng)提供較好的服務水準。

不難想象，有效利用虛擬化技術所實現(xiàn)的這種從獨占到共享的轉變，可以進一步實現(xiàn)整合、簡化 IT 基礎架構、提高 IT 資源的整體利用率，降低管理成本等等。根據具體的實現(xiàn)，還可以增強 IT 基礎架構的可用性，有利于實現(xiàn)在業(yè)務不中斷的條件下進行系統(tǒng)維護工作。

服務器虛擬化

服務器虛擬化就是把服務器所擁有的物理資源通過虛擬化技術映射成虛擬資源。而這些虛擬資源從操作系統(tǒng)的使用和應用的使用上是相對獨立的。這樣，就可以在同一臺物理計算機上運行多個獨立的操作系統(tǒng)及相互獨立的應用。服務器所擁有的資源（如CPU、內存、磁盤和網絡資源等）可以被這些應用環(huán)境（或獨立的操作系統(tǒng)）共享。配合其他諸如工作負載管理（Workload Management）等技術，可以讓服務器在滿足不同類型的工作負載的服務水平的同時，充分利用服務器的物理資源。

虛擬化技術早在上世紀 60 年代就開始隨著 IBM 大型主機推向市場。隨著技術的發(fā)展，目前業(yè)界已經有多種服務器虛擬化技術，例如 IBM 大型主機的邏輯分區(qū)技術和虛擬機技術；UNIX 服務器領域有 IBM PowerVM（動態(tài)邏輯分區(qū)，微分區(qū)）；HP 的 nPAR、vPar 技術；Sun 的 Dynamic System Domain 分區(qū)技術；PC 服務器上有 VMware、Xen 等技術。這些技術基本上覆蓋了各個規(guī)模的用戶群，給客戶的服務器整合方案帶來多種選擇。

從技術上講，各個廠商的服務器虛擬化技術主要可以劃分為下列四種類型：

硬件分區(qū)（Hardware Partition）或物理分區(qū)
通過硬件分區(qū)實現(xiàn)服務器虛擬化的技術架構如圖 3-2 所示：

圖 3 - 2 物理分區(qū)架構圖

硬件分區(qū)技術是在支持多個物理單元板的服務器上實現(xiàn)的，分區(qū)資源以單元板為單位進行劃分，一臺物理服務器可以被劃分成多個物理分區(qū)，代表產品有 HP 的 nPAR、vPAR，和 Sun 的 Dynamic System Domains 等。
邏輯分區(qū)
與物理分區(qū)不同，邏輯分區(qū)的資源劃分不依賴于其物理位置，因此，每個分區(qū)中的 CPU 資源分配粒度為一顆物理 CPU 或以更小的粒度為單位。邏輯分區(qū)技術的架構如圖 3-3所示：

圖 3 - 3 邏輯分區(qū)架構圖

不同廠家基于自身硬件設備的特點提供了不同類型的邏輯分區(qū)技術。例如 IBM LPAR技術、SUN 的 LDom 技術等。
虛擬機
除了基于硬件實現(xiàn)的虛擬化技術，還出現(xiàn)了基于軟件的虛擬機技術，該技術不再對硬件資源進行劃分，而是在硬件上首先部署一套 Host 系統(tǒng)，再在其上運行 Guest 操作系統(tǒng),其架構如圖 3-4所示：

圖 3 - 4 虛擬機架構圖

其代表產品有 VMware，微軟的 Virtual PC/Server、HP IVM、Xen 等。
操作系統(tǒng)層面的虛擬化（Operating system-level virtualization）
操作系統(tǒng)層面的虛擬化不同于前面三種虛擬化技術，它是通過在同一個操作系統(tǒng)內建立相對獨立的分區(qū)來實現(xiàn)的，其結構圖如圖 3-5 所示：

圖 3 - 5 操作系統(tǒng)分區(qū)架構圖

IBM AIX 6.1 提供的 WPAR、Sun Solaris Container 就是這種類型的虛擬化技術，Virtuozzo/OpenVZ 是面向 Linux 的操作系統(tǒng)虛擬化技術。

上面所列的四種虛擬化技術都有各自的優(yōu)缺點，可根據用戶的具體需要進行選擇：

硬件分區(qū)之間的獨立性更強，可靠性相對更高，但其靈活性較差。
操作系統(tǒng)級的虛擬化技術有利于更大限度地使用系統(tǒng)資源，減少需要維護的操作系統(tǒng)個數(shù)。
基于 Hypervisor 的邏輯分區(qū)不但可以極大地提高資源使用率，還提供了良好的性能和動態(tài)調配資源的能力，可以在同一臺主機的不同分區(qū)中安裝異構的操作系統(tǒng)。
虛擬機技術雖然可以提高資源的利用率，但由于資源的分配是通過軟件實現(xiàn)，各分區(qū)系統(tǒng)的性能受到的影響相對較大。

存儲虛擬化
存儲虛擬化即是把分散的、不同品牌或不同級別的存儲產品統(tǒng)一到一個或幾個大的存儲池下，用戶看見的不再是孤立的、分散的系統(tǒng)，而是一個統(tǒng)一的整體。用戶管理的也是一個整體存儲，而不是一個一個的具體的系統(tǒng)。如圖 3-6 所示，通過在物理存儲系統(tǒng)和服務器之間增加一個虛擬層，將使用者（例如服務器）使用的物理存儲虛擬化成邏輯存儲。使用者只和邏輯存儲打交道，而存儲硬件的增減、調換、分拆、合并對使用者完全透明。對于存儲的管理者來說，存儲虛擬化的引入，使得存儲管理更加統(tǒng)一，管理效率提高。同時，資源的使用率也大幅提高。

存儲虛擬化