云计算中的虚拟化技术

1云计算与虚拟化

云计算：美国政府的国家标准与技术研究所（NIST)制定了云计算的标准定义和参考架构：该文件草案将云计算定义为“一种无处不在的、便捷的、且按需的对一个共享的可配置的计算资源（如网络，服务器，存储，应用，和服务）进行网络访问的模式， 它能够通过最少量的管理或与服务供应商的互动实现计算资源的迅速供给和释放。” 虚拟化技术：虚拟化技术源于20世纪60年代，自“云计算”成为热点后，虚拟化”和“云计算”一起被业界人时常提及，促使了“虚拟化”的发展。

虚拟化是为某些对象创造的虚拟化（相对于真实）版本，比如操作系统、计算机系统、存储设备和网络资源等。

虚拟化技术是云计算系统的核心组成部分之一，是将各种计算及存储资源充分整合和高效利用的关键技术。

它是表示计算机资源的抽象方法，通过虚拟化可以用与访问抽象前资源一致的方法访问抽象后的资源，从而隐藏属性和操作之间的差异，并允许通过一种通用的方式来查看和维和资源。

虚拟化技术是云计算、云存储服务得以实现的关键技术之一。它将应用程序以及数据，在不同的层次以不同的面貌加以展现，从而使得不同层次的使用者、开发及维持人员，能够方便的使用开发及维护存储的数据、应用于计算和管理的程序。

虚拟化从根本上来说就是对技术资产的最充分利用。获得虚拟化基础设施的投资回报和所有潜力的关键在于：在适当的时候，定期使用正确的资源并灵活快速地以一种协调性的方式，实现数据中心端到端虚拟化。 2.虚拟化技术：

虚拟化技术将底层的计算资源切分(或合并)成多个(或一个)运行环境，以实现部分或完全的机器模拟和时间共享。

Hypervisor——一种运行在基础物理服务器和操作系统之间的中间软件层,可允许多个操作系统和应用共享硬件。也可叫做VMM（ virtual machine monitor ），即虚拟机监视器。

Hypervisor是所有虚拟化技术的核心。 非中断地支持多工作负载迁移的能力是Hypervisor的基本功能。

I型：虚拟机直接运行在系统硬件上，创建硬件全仿真实例，被称为“裸机”型。 · II型：虚拟机运行在传统操作系统上，同样创建的是硬件全仿真实例，被称为“托管（宿主）”型。 · Ⅲ型：虚拟机运行在传统操作系统上，创建一个独立的虚拟化实例（容器），指向底层托管操作系统，被称为“操作系统虚拟化”。

虚拟化技术可以分为 虚拟化技术类型：

完全虚拟化目前是最主要的，主要使用Hypervisor软件在虚拟服务器和底层硬件之间建立一个抽象层，该虚拟化方案具有很高的效率。此虚拟化方法也称为硬件虚拟化(Hardware Virtualization)。市场上可见的该类虚拟化产品包括VM/370、微软的Virtual Server、VMware公司的VMware Server和VMware ESX。

准虚拟化：客户操作系统需要在核心层面进行改动，能够与

Hypervisor协同工作。。与完全虚拟化的不同之处在于准虚拟化技术向虚拟机导出了一系列的API供虚拟机调用而不是为虚拟机模拟硬件设备，适应于BSD、Linux、Solaris等某些开源操作系统，典型的准虚拟化产品包括开源项目Xen和Denai。

操作系统虚拟化：在准虚拟化或者完全虚拟化的基础上，将虚拟化抽象层向上移动到宿主操作系统之上，形成了操作系统虚拟化。操作系统层虚拟化没有独立的Hypervisor层，主机操作系统本身负责在多个虚拟服务器之间分配硬件资源，并且让这些服务器彼此独立。与前面所述的虚拟化方案相比：操作系统虚拟化技术提供了更高的运行效率；架构在所有虚拟服务器上使用单一、标准的操作系统，管理起来比异构环境要容易；各个虚拟机共享一套宿主操作系统的机制，作为宿主操作系统的一种“快照”存在，同时各个虚拟机在一定程度上来看都是在共享宿主操作系统的文件，虚拟化结构得到简化；但是，所

有虚拟服务器必须同时运行同一操作系统(不过每个实例有各自的应用程序和用户帐户)，灵活性比较差；操作系统虚拟化技术由于各个虚拟机的宿主操作系统文件及其他相关资源的共享，使得其提供的隔离性也不如前面所述的虚拟化方案。在操作系统虚拟化领域，主要的成形方案和产品是基于容器的虚拟化技术(COS Virtualization)， 典型的代表有Solaris 10所提出的Zone和Parallels的Virtuozzo容器。

应用程序虚拟化：应用程序虚拟化的思想是将单个应用程序的文件、注册键以及其他相关的配置封装称为一个新的数据结构(通常为一个具有特定格式的文件)，以方便应用程序的安装和删除等。基于应用程序虚拟化的产品主要有：微软的SoftGrid，Citrix的Stream Server，Thinstall Virtualization Suite和Vmware ThinApp等。

3.在云计算中的虚拟化应用：

虚拟机本质特征在于：利用下层应用或系统的支持为上层应用或系统提供不同的接口，按照虚拟机所在的中间层位置的不同，可以分为：硬件抽象层虚拟机、操作系统层虚拟机、应用程序编程接口

(Application Programming Interface，API)层虚拟机和编程语言层虚拟机四类。

存储 应用 网络 桌面/终端 服务器虚拟化

虚拟化技术是云计算实现的关键技术。单个服务器可以支持多个虚拟机运行多个操作系统和应用，从而大大提高服务器的利用率，通过虚拟化为应用提供了灵活可变、可扩展的平台服务。

服务器虚拟化：服务器虚拟化是目前虚拟化技术应用的重要领域。服务器虚拟化技术可以大大提高服务器的使用效率，随着计算机技术的发展，服务器虚拟化技术已被越来越多的企业所采用。采用虚拟机技术可以减少服务器数量的增加，简化服务器管理，同时明显提高服务器利用率、网络灵活性和可靠性。从静态的角度，虚拟机是一类系统软件，又称为虚拟机监控器(virtual machine monitor，简称VMM)。虚拟机监控器的核心功能是截获软件对硬件接口的调用，并重新解释为对虚拟硬件的访问；从动态的角度，虚拟机是一个独立运行的计算机系统，包括操作系统、应用程序和系统当前的运行状态等。 按照是否需要修改客户机操作系统，可将虚拟机分为准虚拟化虚拟机

和完全虚拟化虚拟机。如果虚拟机需要修改客户机操作系统，则称为准虚拟化(para virtualization)虚拟机；否则，称为完全虚拟化(full virtualization)虚拟机。Xen、User-mode-Linux[16]和

OpenVZ[17]都采用准虚拟化技术。完全虚拟化具备很好的透明性，即不需要修改操作系统。准虚拟化虽然需要修改操作系统源码，损失了一定的透明性，但对于运行在虚拟机操作系统上的应用程序来说仍然透明，而且准虚拟化技术可以降低虚拟机的复杂度。按照虚拟机所在中间层位置的不同，可以将虚拟机划分为硬件(HW)虚拟机、操作系统(OS)虚拟机、应用程序二进制接口(Application Binary iInterface，简称ABI)虚拟机和应用程序接口(Application Programming

Interface，简称 API)虚拟机。硬件虚拟机在操作系统和底层硬件之间截获CPU指令，如VMWare、Virtual PC[18]、Boch、Qemu等。操作系统虚拟机位于操作系统和应用程序之间截获操作系统调用，如Linux VServer、

OpenVZ[17]、User-mode- Linux[16]等。ABI虚拟机通过仿真其他操作系统的ABI运行该平台上的应用程序，例如，Wine虚拟机支持在Linux系统中运行Windows程序、FreeBSD系统中的Linux ABI虚拟机支持在FreeBSD中运行Linux应用程序。

桌面虚拟化：桌面虚拟化是将桌面的软件进行虚拟化改造的技术，通过某种技术使得用户仍然像使用桌面系统一样使用现有的桌面软件，但是，软件程序的执行却不是原来通常在本地进行执行的方式执行。目前，提供桌面虚拟化解决方案的主要厂商包括VMware、Citrix和微软。VMware是x86虚拟机技术的创立者和领导者，也是全球虚拟机软件市场的 “龙头老大”，无论是研发力量，还是市场占有率，都首屈一指。 应用虚拟化：

总体宗旨都是将关键应用计算从用户设备中分离出来，通过集中化技术改善了控制力和安全性，从而提高关键应用系统的利用。比较典型的虚拟化应用实例有：Platform软件

有限公司专为金融业开发的网格计算产品PlatformSymphony，可以将用户闲置的具有计算能力的各种计算机集合起来，对CPU资源进行最合理的分配利用。 存储虚拟化：

虚拟化存储把多个存储介质模块通过一定的手段集中管理起来，所有