虚拟化有哪些应用？

虚拟化技术应用到实践中比较常见的有：服务器整合(ServerConsolidation)-将一些工作能力较低的服务器整合,从而节省基础设施投资和管理精力以及充分利用硬件资源;应用程序整合(ApplicationConsolidation)-一些传统的程序可能需要独自享用一个硬件环境或系统环境，现在通过虚拟化，可以在一些新的设备上通过虚拟使这类程序运行在单独的环境里；沙盒技术(Sandboxing)-虚拟机可以通过提供一个独立的，封闭的环境来运行一些不被信任的软件，也可以认为虚拟技术可以帮助建立一个安全可靠的计算机平台；多执行环境(MultipleExecutionEnvironment)-虚拟技术可以用来在最大可能条件下创建多个可执行环境，并在同时增加QoS(服务质量)以确保每个环境的资源量;虚拟硬件(VirtualHardware)-可以虚拟一个在物理机中不存在的硬件，例如虚拟SCSI驱动器，虚拟网卡，虚拟网络交换机或集线器等等；多个并行 *** 作系统(MultipleSimultaneousOS)-可以在同一个设备上同时运行多个 *** 作系统，且运行不同的应用程序；调试(Debug)-允许用户在一个虚拟的电脑环境内通过享有完全软件调度权来调试复杂的 *** 作系统或是驱动软件；软件合并(SoftwareMigration)-简化的软件合并的过程并且方便软件转移的过程；测试(Testin/QA)-通过模拟各种现实中很难出现场景来确保软件的质量并简化测试过程。

摘 要：随着计算机技术的发展，服务器虚拟化技术已经被越来越多的企业所采用，使用这种技术可以大大提高服务器的使用效率。文章中主要介绍了两种虚拟化软件Vmware和Xen的结构特点，并分析了它们之间的区别。
关键词：服务器虚拟化 Vmware Xen

虚拟化将主宰未来的企业，在现在的国内，企业数据中心都是根据需求随时添加服务器设备，这些设备基本上都是分散的，不同品牌、不同配置甚至不同架构，最致命的是，在其上运行的应用并不能够充分利用服务器所有的资源，占用到15%―20%的服务器资源是一个普遍现象，而使用虚拟化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。将多种应用整合到少量企业级服务器上即可实现这一目标。通过整合及虚拟化，数百台服务器可以减少至数十台。10%甚至更低的服务器利用率将提高到60%或更高，IT基础设施的灵活性、可靠性和效率也将得到改进。由此可见虚拟化技术成为各个企业和研究机构的重要课题。下面简单介绍一下两种虚拟化软件及其区别。

一、VMware

VMware是业界著名的虚拟机产品，它有VMware Workstation、VMware GSX Server、VMware ESX Server等系列产品。VMware的VMM可以有两种结构形式，即Standalone和Hosted。Standalone的结构形式是指，VMM作为一层直接运行在硬件平台上的软件层，在它上面可以创建和管理多个客户虚拟系统。这种结构的VMM有点像一个 *** 作系统，它包含硬件平台的驱动，受到硬件平台种类的限制。它适合于服务器的应用环境，其典型的产品是VMware ESX Server。
Hosted结构的VMM作为 *** 作系统的一个应用程序运行，它可以利用 *** 作系统自身的内存管理、CPU调动、硬件驱动和资源管理。VMware Workstation使用的是Hosted的结构，是设计来让一些应用程序，比方软件的研发或测试程序来执行，同时Server版本的目标则针对数据库以测试软件更新、简化应用程序的提供，或使用虚拟的设备等功能。ESX Server可以藉由不使用 *** 作系统来大量增加效能。相反的，ESX使用自己设计的 *** 作系统核心，可以直接在计算机上执行。这个方法可以同时支持更多的虚拟服务器，但ESX核心支持的硬件并不多。
由于VMware的目标平台是x86平台，因此，它也同样面临着x86平台不完全支持虚拟化的问题。VMware的解决方法是其专利技术，在需要VMM参与的地方，动态重写部分虚拟系统的指令，使其可以trap到VMM。
此外，VMware还有Virtual Center。VMotion应用在IBM Blade Center刀片服务器上，使之具备更好的d性和可用性，结合刀片服务器的模块化和可扩展性，可以增加内存和I/O能力的扩展比例，混合刀片间的工作负载均衡。Virtual Center采用集中式管理，可以监控系统的可用性及性能，并可以自动告警，SDK与现有管理工具整合，通过稳定的访问控制保证系统安全。VMotion技术使用户在保持连续的服务可用性的同时，还可以将实时运行企业用户关键业务的虚拟机，从一台物理主机转移到另一台物理主机，并动态获得每台物理服务器资源的极佳利用率、零宕机维护、快速重新配置，以及持续的工作负载整合能力。

二、Xen

Xen VMM（Virtual Machine Monitor）是由剑桥大学计算机实验室开发的一个开源项目，它能够让我们创建更多的虚拟机，每一个虚拟机都是运行在同一个 *** 作系统上的实例。
这些客户OS可以是修补过的Linux内核24或26，也可以是修补过的NetBSD/FreeBSD内核。用户应用程序就运行在这些客户OS上，并不需要修改任何代码。但是，随着将来的处理器能支持虚拟化，内核也就不需要打补丁了。比如说，Intel的VT和AMD的Pacifica处理器都将包括这种支持。
在Xen中，一个“系统管理程序”运行在0环，客户OS运行在1环，应用程序运行在3环。这种关系对于x64/64有一点不同，就是客户内核和应用程序都运行在3环上。
Xen自身被称为“系统管理程序”，是因为它比客户OS的系统管理代码运行所需的特权级还高。
当系统引导的时候，Xen被装载到0环的内存中。它在1环上启动修补过的内核，这被称作是domain 0（注：domain是指一个运行中的虚拟机，在其上有一个guest OS在执行）。从这个domain开始，你可以创建更多的domain，也可以销毁它们，还可以进行domain的迁移、设置参数等等。你创建的那些domain也运行在1环它们的内核中。用户应用程序运行在3环。
目前，修补过的Linux内核24和26可以作为domain 0。据Xen开发者所说，将来domain 0仅支持26的内核补丁。构造domain 0的大部分工作是在xen/arch/x86/domain_buildc中的construct_dom0()方法中实现的。
物理设备驱动程序只能运行在特权级，也就是domain 0上。Xen依靠Linux或其它修补过的OS内核对它所有的设备提供虚拟化支持。这样的好处就是Xen的开发者不必再去开发设备驱动程序。
在一个有标签TLB的处理器上使用Xen能够大大提高性能。标签TLB能够把ASID（Address Space Identifier）放在TLB入口处。有了这个特性，当处理器在系统管理程序和客户OS之间切换时就不需要刷新TLB了，这大大减少了系统开销。

三、两者主要区别

目前Xen和VMware是市场上主流的两大虚拟化产品。现在我就来谈谈这两大产品背后的架构有什么区别，以及这一技术在未来会如何发展。VMware ESX服务器的架构是建立在直接执行（直接在硬件上上运行用户级的虚拟机编码）和二进制译码（对特权级别编码进行动态编译）的基础上的。从根本上说，它把一个完整的X86平台导出到虚拟机上，ESX服务器可以使大多数能在X86上执行的 *** 作系统都能在虚拟机上运行，而不需要进行任何修改。Xen的架构中使用了一种叫Para虚拟化技术(Para Virtualization)，对虚拟出来的客户 *** 作系统（Guest OS）进行修改，使它知道它是在虚拟环境下运行。
那么这两种方式有什么不同呢？最大的不同就是对输入/输出（I/O）设备的处理。虚拟机I/O端口和每个物理I/O端口设备之间如何路由在很大程度上影响虚拟平台架构的性能、便携性、可持续性和稳定性。Xen采用的是分离驱动模式，真实驱动存在于一个中间层,这个中间层叫服务虚拟机，其他虚拟机上的特殊驱动通过这个服务虚拟机进行通讯。这种方法能提供很好的性能，但是对于闭源和传统 *** 作系统支持有限。在ESX中，虚拟机的虚拟设备驱动与ESX内核里的物理设备驱动直接相互连接。ESX虚拟机可以为其虚拟设备使用现成的（off-the-shelf）驱动。这不仅能提供高性能，还能提供更广泛的 *** 作系统支持。然而在这个模型里，新的设备驱动必须要导入到ESX内核中。为了解决I/O虚拟化的平衡问题和复杂化问题，戴尔与英特尔、AMD这样的合作伙伴以及外设硬件供应商们一起，在芯片组和I/O设备中引入了虚拟化支持。企业级虚拟化解决方案的另外一个重要部分就是其管理。戴尔OpenManage这样的产品附送VMware Virtual Center、P2V 和VM Importer，提供了整套工具，能有效进行部署、监控、 *** 作自动化，以及对虚拟IT数据中心进行管理。Novell和Red Hat都在它们的 *** 作系统中整合了对Xen平台的管理，方法是运用像YaST和Anaconda这样的安装和配置工具以及Virtual Machine Manager这样的管理工具。

四、虚拟化技术的未来

资讯科技及通讯业研究权威Gartner估计，由现在至2010年间，虚拟化将会是资讯基建及营运领域中最重要的技术，并会彻底改变资讯科技部门管理、采购、部署、规划，以及其所提供服务的收费模式。虚拟化目前不再只着重技术，而是更加着重企业内的流程改变及文化变迁。虚拟化可让服务以另一种模式提供。每个经虚拟化的层面都可作独立的管理，或甚至由他人所掌管，例子包括串流式应用或员工所拥有的个人计算机一样。这一切均要求企业文化作出重大改变。

参考文献：
[1]郭庭廷,吴玮揭开虚拟化神秘面纱[J]机械工业信息与网络，2007，(03)
[2]成凯透视虚拟化技术[J]软件世界，2007，(11)
[3]伍班权虚拟化技术及其发展[J]办公自动化，2007，(12)
[4]杨晓伟基于Xen的X86虚拟机性能调优[J]计算机工程，2006，(24)
[5]刘志平基于VMware虚拟网络的构建[J]内蒙古大学学报(自然科学版)，2007，(01)
[6]赵祖荫基于VMware软件的虚拟计算机的构建方法[J]微型电脑应用，2004，(06)

无论采用哪种技术路线、哪种方案和产品对现有 VMware 环境进行替换，都不能 100% 保证在功能特性和使用体验方面的完全一致。因此，最终的替换决策必然是在认真评估后做出的主动调整：放弃部分非核心、不必要的功能，或通过应用层、架构层的改造以达到同样的效果。

1、聚焦替换 vSphere 并兼顾存储

虚拟化基础设施的核心是 Hypervisor 和存储。

首先，从 Hypervisor 技术和产品角度考虑：有可能用于填补 vSphere 空白的国内虚拟化产品都是基于 KVM 进行的开发。

再考虑虚拟化环境中使用的存储：在国内用户的 vSphere 部署中，大部分采用了集中式 SAN 存储与之配合。那么，替换 vSphere 的方案，也必须包含对集中式 SAN 存储部分的考虑。

2、置换为超融合 HCI

在虚拟化和存储的改造过程中，有些用户也有可能将“虚拟机与外置存储分离部署”的方式替换为更加简单、d性敏捷的超融合（HCI）方式。

3、转向整体私有云方案

国内的整体私有云解决方案大部分以 OpenStack 为基本技术栈进行开发。OpenStack 基于大量开源项目组成，并经过各个厂商的商业开发，形成了多种商用云方案。OpenStack 全面的云方案可以同时管理 IaaS 层的资源池（服务器、存储和网络），将不再需要分别从计算、存储或网络的角度考虑对 VMware 的替换路线图，而是从整体“私有云”维度进行重建。

4、依托公有云技术栈的专属云

专属云（Dedicated Cloud）是以公有云为基础，面向特定行业、特殊需求的云客户，提供全栈资源池的专属解决方案。专属云客户可以选择在公有云上独占机架、服务器和网络，通过基础设施隔离获得资源的专属使用权和安全性，但专属云的建设和运维仍交由公有云提供商承担。专属云打消了国内用户对公有云资源共享模式带来的安全合规、数据私密性等一系列顾虑，也在规模化部署、快速交付和集中运维方面享有了公有云深厚技术底蕴带来的福利。国内的主要公有云服务商都可以提供专属云服务，通常面向规模较大的国企、央企、集团公司、金融等行业。

由于专属云所依赖的公有云技术在管理平面的开销较大，起步即要求几十个节点（管理节点的要求）。这导致专属云的首次投入占比大，而且普通用户往往不具备运维这种规模的云平台的能力。除了大型客户以外，其他客户很难承受其巨大的投入和运维压力。

完整版可参考知乎专栏文章：生产级 VMware 虚拟化方案替换路线与评估

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