什么是虚拟化技术，为什么要虚拟化技术？

一什么是虚拟化？
简单来讲，虚拟化就是为一些组件创建虚拟（而不是物理）版本的过程。虚拟化可以应用到计算机、 *** 作系统、存储设备、应用或网络。但是，服务器虚拟化才是虚拟化的核心。 现如今的 x86 服务器的设计存在局限性，每次只能运行一个 *** 作系统和应用，这为 IT 部门带来了挑战。因此，即使是小型数据中心也必须部署大量服务器，而每台服务器的容量利用率只有 5% 到 15%，无论以哪种标准来衡量，都十分的低效。
虚拟化使用软件来模拟硬件并创建虚拟计算机系统。这样一来，企业便可以在单台服务器上运行多个虚拟系统，也就是运行多个 *** 作系统和应用，而这可以实现规模经济以及提高效益。
二为什么要虚拟化？
虚拟化技术能为我们解决很多以前解决不了的技术：
1、服务器整合技术：这个技术在没有虚拟化技术之前是很难完成的。因为什么东西都是实际存在的，想把两个工作相对较少的服务器整合到一起是很困难的。然而当有了虚拟化技术以后使这种服务器整合技术变得非常容易。而这个技术需要借助我下面介绍的2、3条技术。
2、负载均衡技术：
负载均衡技术是只在每台服务器上安装一个负载均衡器，然后设置很多的调度算法及临界值。来判断此时此刻服务器的压力是轻还是重。然后根据轻重来完成服务器的合并，而合并又依据了第三条技术。
3、动态迁移技术：这个技术是前两个技术的根基，但是却不只仅仅限于前两个技术。它的目的是可以在服务器开启的状态下，把其上面的虚拟机迁移到其他的服务器上面。工作原理大体是先将目标服务器上模拟出此服务器的硬件状态，然后迁移数据，最后释放此服务器的信息。
4、克隆技术：这个技术说起来和上面那个技术很像，但是却不一样。克隆技术是把一台服务器的环境配置好了后可以通过克隆技术使其他的机子都达到和这台机子一样的效果，假如要配置100台甚至1000台服务器的话这种克隆技术是非常可观的。它和动态迁移的区别是在服务器不停机的状态下，动态迁移要求迁移的彼此必须是共享内存的，但是克隆并没有这个限制。
5、灾难恢复技术：灾难恢复是所有大型公司必须考虑的问题，因为当一些意外发生时，比如：突然断电，硬件损坏，洪水，地震，等一系列情况是，如何把灾难所造成的数据损失降到最低甚至是不损失。这要依靠第六条技术。
6、虚拟快照技术：虚拟快照技术是将虚拟机此时的状态像照片一样保存下来，当然我说的很容易，其实现原理需要非常复杂，包括cpu运行状态，内存中的数据等等。这样保存下这些虚拟技术当发生灾难或者某些失误导致虚拟机出问题时，可以很快恢复。
7、改善系统可用性。这里的可用性只得是零 down机，在这种情况下我们才可以使得效率最大化。而零down机的前提是每台服务器必须要有一个镜像，在主虚拟机和次虚拟机之间有一条心跳线来维持两者之间的关系，当心跳线停止时，次虚拟机立马启动，代替主虚拟机。
8、安全性：我们直到虚拟化在硬件层上都有一层VMM来时时刻刻侦测每台虚拟机的动向，包括捕获异常，解决门事件，完成调度等等。所以当一些危险因素来临时由于VMM的存在使得我们可以非常快的侦测到这个问题并解决它。这能比以前的硬件层上面直接是 *** 作系统快速很多。

看了一些虚拟化的博客，还有文章，发现很多人对于虚拟化技术到底是什么,为什么要使用虚拟化技术还不是很明白。绝大多数人目前理解的虚拟化技术就是把 *** 作系统和硬件分离，一个硬件能够同时运行多个 *** 作系统认为就是虚拟化技术，其实这只是虚拟化技术中很小的一个部分，和很初级的阶段。

什么是虚拟化技术？

百度百科中给出的解释其实也是相对片面的：

“　虚拟化是一个广义的术语，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。CPU的虚拟化技术可以单CPU模拟多CPU并行，允许一个平台同时运行多个 *** 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 *** 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 *** 作系统，而且每一个 *** 作系统中都有多个程序运行，每一个 *** 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。”

虽然其强调广义概念，但是在后面的描述上也都是在强调 *** 作系统与硬件的隔离。

gartner给过一个相对简单但是很准确的定义（记不住原文，大概含义）：将不同的资源和逻辑单元剥离，形成松耦合的关系的技术。

其实根据计算过程中的逻辑组成部分，将他们的紧耦合，变为松耦合（耦合大家学过软件工程的都应该懂什么意思了吧）。其实“耦合”的概念是计算机领域一直研究的内容：

面向对象的设计讲，不同的类应该是松耦合的，而类内部的信息应该是紧耦合的，这样可以更好地应对需求变化，快速动态地调整，构建新的系统；

web service其实也是将传统的紧耦合功能，转变为可以灵活组织的，像搭积木一样的松耦合关系，使得我们可以将很多大家都需要的功能通用化，我们可以利用不同的服务组合构建我们的应用。

而虚拟化，只是对计算环境这个更高层次的概念进行“松耦合化”，让我们的IT应用就像我们攒机器一样，几个通用的标准模块搭起来就能够成一个满足特定需求的计算环境。

我们可以看到，“松耦合化”是很多很热的技术的主线，之所以它是计算机研究中的重要元素之一，就是因为它会给我们提供更多的灵活性！

举个简单的比喻：计划经济时代，我们都是每个工厂有自己的食堂，自己的澡堂，托儿所，幼儿园，学校等等，这就好比我们的计算环境，或者是一个软件，所有的组成部分都紧紧的配合在一起，是比较全，对于自己工厂的员工来说很方便；但是对于工厂来说，这个很不经济，成本很高，因为什么都要做，什么都做不好，而且没有规模经济，自然就不好，对于社会来说，浪费非常多。后来市场经济，所有的都专业化了，于是我们一个写字楼的所有人都可以去楼下的食堂吃饭，也可以去别的地方吃饭；洗澡也有专业澡堂了，托儿所与学校也分出去了。这样我们的选择性多了，可以选好的地方或者合适的地方，另外专业化也提高了效率，社会浪费也少了，这就跟我们的web service或者虚拟化一样，每个公司或者个体都是提供一个专业服务，效率高，成本低；而你要做一种事情，可以有多种选择，选择最合适你的，也让你整体成本地，而且更好地完成任务。对于社会来说，浪费少了，而且更灵活了。

世间诸多事情都一脉相通，而诸多厂商所谓的“敏捷IT”，本质上就是利用“松耦合”带来的灵活性来实现的，实现“IT系统的计划经济向市场经济的过渡！”。而这就是为什么，在计算环境层面，我们需要“虚拟化”技术的原因。

但是，计算环境的虚拟化可不仅仅指的是 硬件与 *** 作系统的松耦合，它是更大的一个概念，包含更广泛的内容。

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自从虚拟化提出以后，至今虚拟化技术分类有很多，方法也有很多，下面来一起了解下什么是虚拟化技术，及分类和方法。
当今发达国家在设计、制造、加工技术等方面已经达到相当自动化的水平，其产品设计普遍采用CAD、CAM、CAE和计算机仿真等手段，企业管理也已采用了科学的规范化的管理方法和手段，目前其主要从制造系统自动化方面寻找出路，为此提出了一系列新的制造系统，如敏捷制造、并行工程、计算机集成制造系统等。近些年，从虚拟机的大量部署到成功案例逐渐涌现，越来越多的制造企业开始关注虚拟化技术给优化IT基础架构，推动业务创新带来的启发，希望将其与业务相结合，找到掌握新技术、革新先进制造系统和先进制造模式的方法。虚拟化目前应用于制造业信息化主要体现在IT整合和节约成本，在其他方面很少，而实际上由于虚拟化技术的特点，其应用价值可以在远程办公、虚拟制造、工业控制等制造业相关领域都能得到体现。本文主要对虚拟化技术及其在制造业的应用现状进行综述，提出虚拟化在制造业的应用框架，为相关人员提供该领域的应用研究进展与发展趋势方面的介绍。
1 虚拟化技术
虚拟化是指为运行的程序或软件营造它所需要的执行环境，在采用虚拟化技术后，程序或软件的运行不再独享底层的物理计算资源，它只是运行在一个完全相同的物理计算资源中，而底层的影响可能与之前所运行的计算机结构完全不同。虚拟化的主要目的是对IT基础设施和资源管理方式的简化。虚拟化的消费者可以是最终用户、应用程序、 *** 作系统、访问资源或与资源交互相关的其他服务。由于虚拟化能降低消费者与资源之间的耦合程度，消费者不再依赖于资源的特定实现，因此在对消费者的管理工作影响最小的基础上，可以通过手工、半自动、或者服务级协定（SLA）等来实现对资源的管理。
11 虚拟化的分类
从虚拟化的目的来看，虚拟化技术主要分为以下几个大类：
（1）平台虚拟化（Platform Virtualization），它是针对计算机和 *** 作系统的虚拟化，又分成服务器虚拟化和桌面虚拟化。服务器虚拟化是一种通过区分资源的优先次序，并将服务器资源分配给最需要它们的工作负载的虚拟化模式，它通过减少为单个工作负载峰值而储备的资源来简化管理和提高效率。桌面虚拟化是为提高人对计算机的 *** 控力，降低计算机使用的复杂性，为用户提供更加方便适用的使用环境的一种虚拟化模式。平台虚拟化主要通过CPU虚拟化、内存虚拟化和I/O接口虚拟化来实现。
（2）资源虚拟化（Resource Virtualization），针对特定的计算资源进行的虚拟化，例如，存储虚拟化、网络资源虚拟化等。存储虚拟化是指把 *** 作系统有机地分布于若干内外存储器，两者结合成为虚拟存储器。网络资源虚拟化最典型的是网格计算，网格计算通过使用虚拟化技术来管理网络上的数据，并在逻辑上将其作为一个系统呈现给消费者，它动态地提供了符合用户和应用程序需求的资源，同时还将提供对基础设施的共享和访问的简化。当前，有些研究人员提出利用软件代理技术来实现计算网络空间资源的虚拟化，如Gaia，Net Chaser[21]，Spatial Agent。
（3）应用程序虚拟化（Application Virtualization），它包括仿真、模拟、解释技术等。Java 虚拟机是典型的在应用层进行虚拟化。基于应用层的虚拟化技术，通过保存用户的个性化计算环境的配置信息，可以实现在任意计算机上重现用户的个性化计算环境。服务虚拟化是近年研究的一个热点，服务虚拟化可以使业务用户能按需快速构建应用的需求，通过服务聚合，可屏蔽服务资源使用的复杂性，使用户更易于直接将业务需求映射到虚拟化的服务资源。现代软件体系结构及其配置的复杂性阻碍了软件开发生命周期，通过在应用层建立虚拟化的模型，可以提供最佳开发测试和运行环境。
（4）表示层虚拟化。在应用上与应用程序虚拟化类似，所不同的是表示层虚拟化中的应用程序运行在服务器上，客户机只显示应用程序的UI界面和用户 *** 作。表示层虚拟化软件主要有微软的Windows 远程桌面（包括终端服务）、Citrix Metaframe Presentation Server和Symantec PcAnywhere等。
12 虚拟化的方法
通常所说的虚拟化主要是指平台虚拟化，它通过控制程序隐藏计算平台的实际物理特性，为用户提供抽象的、统一的、模拟的计算环境。通常虚拟化可以通过指令级虚拟化和系统级虚拟化来实现。
121 指令级虚拟化方法
在指令集层次上实现虚拟化，即将某个硬件平台上的二进制代码转换为另一个平台上的二进制代码，实现不同指令集间的兼容，也被称作“二进制翻译”。二进制翻译是通过仿真来实现的，即在一个具有某种接口和功能的系统上实现另一种与之具有不同接口和功能的系统。二进制翻译的软件方式，它可以有3 种方式实现：解释执行、静态翻译、动态翻译。
近年来，最新的二进制翻译系统的研究主要在运行时编译、自适应优化方面，由于动态翻译和执行过程的时间开销主要包括四部分：即磁盘访问开销、存储访问开销、翻译和优化开销、目标代码的执行开销，所以要提高二进制翻译系统的效率主要应减少后3个方面的开销。目前典型的二进制翻译系统主要有Daisy/BOA、Crusoe、Aeries、IA-32EL、Dynamo 动态优化系统和JIT编译技术等。
122 系统级虚拟化方法
系统虚拟化是在一台物理机上虚拟出多个虚拟机。从系统架构看，虚拟机监控器（VMM）是整个虚拟机系统的核心，它承担了资源的调度、分配和管理，保证多个虚拟机能够相互隔离的同时运行多个客户 *** 作系统。系统级虚拟化要通过CPU虚拟化、内存虚拟化和I/O虚拟化实现。
（1）CPU虚拟化
CPU虚拟化为每个虚拟机提供一个或多个虚拟CPU，多个虚拟CPU分时复用物理CPU，任意时刻一个物理CPU只能被一个虚拟CPU使用。VMM必须为各虚拟CPU合理分配时间片并维护所有虚拟CPU的状态，当一个虚拟CPU的时间片用完需要切换时，要保存当前虚拟CPU的状态，将被调度的虚拟CPU的状态载入物理CPU。X86 的CPU虚拟化方法主要有：二进制代码动态翻译（dynamic binary translation）、半虚拟化（para-virtualization）和预虚拟化技术。为了弥补处理器的虚拟化缺陷，现有的虚拟机系统都采用硬件辅助虚拟化技术。CPU虚拟化需要解决的问题是：①虚拟CPU的正确运行，虚拟CPU正确运行的关键是保证虚拟机指令正确执行，各虚拟机之间不互相影响，即指令的执行结果不改变其他虚拟机的状态，目前主要是通过模拟执行和监控运行；②虚拟CPU的调度。虚拟CPU的调度是指由VMM决定当前哪一个虚拟CPU实际在物理CPU上运行，保证虚拟机之间的隔离性、虚拟CPU的性能、调度的公平。虚拟机环境的调度需求是要充分利用CPU资源、支持精确的CPU分配、性能隔离、考虑虚拟机之间的不对等、考虑虚拟机之间的依赖。常见的CPU调度算法有BVT、SEDF、CB等。
（2）内存虚拟化
VMM通常采用分块共享的思想来虚拟计算机的物理内存。VMM将机器的内存分配给各个虚拟机，并维护机器内存和虚拟机内存之间的映射关系，这些内存在虚拟机看来是一段从地址0 开始的、连续的物理地址空间。在进行内存虚拟化后，内存地址将有机器地址、伪物理地址和虚拟地址三种地址。在X86 的内存寻址机制中，VMM能够以页面为单位建立虚拟地址到机器地址的映射关系，并利用页面权限设置实现不同虚拟机间内存的隔离和保护。为了提高地址转换的性能，X86 处理器中加入TLB，缓存已经转换过的虚拟地址，在每次虚拟地址空间切换时，硬件自动完成切块TLB。为了实现虚拟地址到物理地址的高效转换，通常采取复合映射的思想，通过MMU半虚拟化和影子页表来实现页表的虚拟化。虚拟机监控器的数据不能被虚拟机访问，因此需要一种隔离机制，这种隔离机制主要通过修改客户 *** 作系统或段保护来实现。内存虚拟化的优化机制，包括按需取页、虚拟存储、内存共享等。
（3）I/O虚拟化
由于I/O设备具有异构性强，内部状态不易控制等特点，VMM系统针对I/O设备虚拟化有全虚拟化、半虚拟化、软件模拟和直接I/O访问等设计思路。近年来，更多的学者将I/O虚拟化的研究放在共享的网络设备虚拟化研究，提出将IOVM结构映射到多核心服务器平台。I/O设备除了增加吞吐量和固有的并行数据流、联系串行特性以及基于分组的协议外，还应该考虑到传统的PCI 兼容的PCI Express的硬件，建立相应的总线适配器，以弥补象单一主机无专门的驱动程序时的需要。有些研究人员专注于外存储虚拟化的研究，提出让存储虚拟化系统上的SCSI目标模拟器运行在SAN上，存储动态的目标主机的物理信息，并使用映射表方法来修改SCSI命令地址，使用位图的技术来管理可用空间等思想。存储虚拟化系统应提供诸如逻辑卷大小、各种功能、数据镜像和快照，并兼容集群主机和多个 *** 作系统。由于外存储虚拟化能全面提升存储区域网络的服务质量，而带外虚拟化与带内虚拟化相比具有性能高和扩展性好等优点，通过运用按序 *** 作、Redo日志以及日志完整性鉴别，设计基于关系模型的磁盘上虚拟化元数据组织方式，可以形成一致持久的带外虚拟化系统。
13 虚拟化的管理
虚拟化的管理主要指多虚拟机系统的管理，多虚拟机系统是指在对多计算系统资源抽象表示的基础上，按照自己的资源配置构建虚拟计算系统，其主要包括虚拟机的动态迁移技术和虚拟机的管理技术。
（1）虚拟机之间的迁移
将虚拟化作为一种手段管理现有的资源和加强其在网络计算的利用率，通过构建分布式可重构的虚拟机，必要时在物理服务器运行时迁移服务。通过移动代理技术、分布式虚拟机等提高资源利用率和服务可用性，通过寻找服务最优的策略在可重构和分布式虚拟机上迁移。为了将虚拟机运行的 *** 作系统与应用程序从一个物理结点迁移到另外一个运行结点，同时保持客户 *** 作系统和应用程序不受干扰，有些研究者提出以数据为中心的可迁移的虚拟运行环境，使得用户 *** 作环境实现异地迁移、无缝重构；
也有研究人员提出程序执行环境的动态按需配置机制。在跨物理服务器迁移虚拟机，进行自动化的虚拟服务器的管理，必须考虑高层次的服务质量要求和资源管理成本。有些研究人员提出了通过管理程序控制的方法，以支持移动IP的实时迁移虚拟机在网络上，使虚拟机实时迁移其分布计算资源，从而改善迁移性能，降低网络恢复延迟，提供高可靠性和容错。有些研究机构通过设计一个通用的硬件抽象层，实现多个虚拟机的移植，具有高效率执行环境中的移动设备。虚拟机的迁移步骤一般有启动迁移、内存迁移、冻结虚拟机、虚拟机恢复执行。
（2）虚拟机的管理
对于多虚拟机来说，一个非常重要的方面是减少用户对动态的和复杂的物理设备的管理和维护，通过软件和工具来实现任务管理。当前典型的多虚拟机服务器管理软件是Virtual Infrastructure，它通过Virtual Center管理服务器的虚拟机池，通过VMotion完成虚拟机的迁移，通过VMFS管理多虚拟机文件系统。其次，Parallax 是针对Xen 的多虚拟机管理器，它通过采用消除写共享，增强客户端的缓存等方式并利用模板映像来建立整个系统；同时使用快照（snapshot）以及写时复制（copy-on-write）机制来实现块级共享，并使用副本来保证可用性。虚拟机监控器直接控制parallax 使用的物理盘，它们运行物理设备驱动器，并给虚拟磁盘镜像VDI 的本地虚拟机提供一个普通的块接口。
2 虚拟化在制造业信息化中的应用
21 虚拟化在制造业信息化中的应用框架
当今制造业正朝着精密化、自动化、柔性化、集成化、网络化、信息化和智能化的方向发展，在这种趋势下，诞生了许多先进制造技术和先进制造模式。这些先进制造技术和先进制造模式要求现有的IT基础设施能提供更高的计算服务水平，因此在制造业信息化中，需要建立以虚拟化为导向的资源分配体系结构，提供客户驱动的服务管理和计算风险管理，维持以服务水平协议（SLA）为导向的资源分配体系。虚拟化在制造业信息化中主要用于集中IT管理、应用整合、工业控制、虚拟制造等。
处在最底层的是制造业企业的虚拟计算资源池（VirtualCluster），它由多台物理服务器（PhysicsMachine）形成，各物理服务器上运行着虚拟化软件（VMM），虚拟化软件上运行着完成各种任务需求的虚拟机，虚拟计算资源池的虚拟化管理软件（VMS）为IT环境提供集中化、 *** 作自动化、资源优化的功能，可以快速部署向导和虚拟机模板。虚拟计算资源池中的虚拟机将不同类型的客户 *** 作系统（Guest OS）和运行其上的数据层、服务层应用程序（App）封装在一起，形成一个企业协同设计制造的完整系统，为表示层的用户提供多种形态的数据处理和显示功能。在图1 的框架中，虚拟计算资源池的动态资源调度（DRS）模块可以跨越物理机不间断地监控资源利用率，并根据反映业务需要和不断变化的优先级的预定规则，在多个虚拟机之间分配可用资源。在制造业信息化中，集中IT管理、应用整合、工业控制、虚拟制造等多种应用需求都将以各种服务的形式被封装到了虚拟机中，例如制造任务协同服务、资源管理服务、信息访问服务、>1、打开该打印机的共享，确保防火墙放行。
2、“开始”、设置、打印机和传真、添加打印机，在d出的对话框中选择：下一步；选择“网络打印机或连接到……”然后下一步；选择第二项“连接到这台打印机（……）”，在名称框中输入“\\” + 接有打印机的计算机名或该电脑的IP地址 + 共享打印机名，如该电脑的计算机名为“123”，IP地址为“127001”，共享打印机名为“456”，则输入“\\123\456”或“\\127001\456”，下一步；
3、按提示进行下面 *** 作。
也可以试试这种方法：
1、同上。
2、打开一个“我的电脑”或IE窗口，在地址栏输入：“\\” + 接有打印机的计算机名或该电脑的IP地址，回车；
3、按提示输入对方电脑的用户名和密码（如果曾连接过则可能不用输入），显示出该电脑的共享文件夹和打印机，双击需联接的打印机，在系统提示安装驱动时选择“是”。
上述两种方法添加好打印机后，为了使用方便，可以考虑将其设置为“默认”，这样在点打印时自动发送到该打印机。

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