虚拟化1

简介
究竟什么是虚拟化呢？事实上，虚拟化技术的核心思路就是，通过软件或固件管理程序（Hypervisor）构成虚拟化层并对其进行管理，把物理资源映射为虚拟资源（如图 3-1 所示）。这些虚拟资源在使用上和物理资源的特性相差很少或没有差别。如下图所示，可以被虚拟化的资源包括了服务器、存储、网络等资源（也包括了一些比较专用的设备）。

图 3 - 1 虚拟化的概念

虚拟化技术的根本目的就是通过有效管理虚拟资源和物理资源之间的映射关系来达到充分共享物理资源的目的，同时为应用系统提供较好的服务水准。

不难想象，有效利用虚拟化技术所实现的这种从独占到共享的转变，可以进一步实现整合、简化 IT 基础架构、提高 IT 资源的整体利用率，降低管理成本等等。根据具体的实现，还可以增强 IT 基础架构的可用性，有利于实现在业务不中断的条件下进行系统维护工作。

服务器虚拟化

服务器虚拟化就是把服务器所拥有的物理资源通过虚拟化技术映射成虚拟资源。而这些虚拟资源从操作系统的使用和应用的使用上是相对独立的。这样，就可以在同一台物理计算机上运行多个独立的操作系统及相互独立的应用。服务器所拥有的资源（如CPU、内存、磁盘和网络资源等）可以被这些应用环境（或独立的操作系统）共享。配合其他诸如工作负载管理（Workload Management）等技术，可以让服务器在满足不同类型的工作负载的服务水平的同时，充分利用服务器的物理资源。

虚拟化技术早在上世纪 60 年代就开始随着 IBM 大型主机推向市场。随着技术的发展，目前业界已经有多种服务器虚拟化技术，例如 IBM 大型主机的逻辑分区技术和虚拟机技术；UNIX 服务器领域有 IBM PowerVM（动态逻辑分区，微分区）；HP 的 nPAR、vPar 技术；Sun 的 Dynamic System Domain 分区技术；PC 服务器上有 VMware、Xen 等技术。这些技术基本上覆盖了各个规模的用户群，给客户的服务器整合方案带来多种选择。

从技术上讲，各个厂商的服务器虚拟化技术主要可以划分为下列四种类型：

• 硬件分区（Hardware Partition）或物理分区
  通过硬件分区实现服务器虚拟化的技术架构如图 3-2 所示：
  
  
  
  
  图 3 - 2 物理分区架构图
  
  
  硬件分区技术是在支持多个物理单元板的服务器上实现的，分区资源以单元板为单位进行划分，一台物理服务器可以被划分成多个物理分区，代表产品有 HP 的 nPAR、vPAR，和 Sun 的 Dynamic System Domains 等。
  
  
• 逻辑分区
  与物理分区不同，逻辑分区的资源划分不依赖于其物理 位置，因此，每个分区中的 CPU 资源分配粒度为一颗物理 CPU 或以更小的粒度为单位。逻辑分区技术的架构如图 3-3所示：
  
  
  
  
  图 3 - 3 逻辑分区架构图
  
  
  不同厂家基于自身硬件设备的特点提供了不同类型的逻辑分区技术。例如 IBM LPAR技术、SUN 的 LDom 技术等。
  
  
• 虚拟机
  除了基于硬件实现的虚拟化技术，还出现了基于软件的虚拟机技术，该技术不再对硬件资源进行划分，而是在硬件上首先部署一套 Host 系统，再在其上运行 Guest 操作系统,其架构如图 3-4所示：
  
  
  
  
  图 3 - 4 虚拟机架构图
  
  
  其代表产品有 VMware，微软的 Virtual PC/Server、HP IVM、Xen 等。
  
  
• 操作系统层面的虚拟化（Operating system-level virtualization）
  操作系统层面的虚拟化不同于前面三种虚拟化技术，它是通过在同一个操作系统内建立相对独立的分区来实现的，其结构图如图 3-5 所示：
  
  
  
  
  图 3 - 5 操作系统分区架构图
  
  
  IBM AIX 6.1 提供的 WPAR、Sun Solaris Container 就是这种类型的虚拟化技术，Virtuozzo/OpenVZ 是面向 Linux 的操作系统虚拟化技术。

   

上面所列的四种虚拟化技术都有各自的优缺点，可根据用户的具体需要进行选择：

• 硬件分区之间的独立性更强，可靠性相对更高，但其灵活性较差。
• 操作系统级的虚拟化技术有利于更大限度地使用系统资源，减少需要维护的操作系统个数。
• 基于 Hypervisor 的逻辑分区不但可以极大地提高资源使用率，还提供了良好的性能和动态调配资源的能力，可以在同一台主机的不同分区中安装异构的操作系统。
• 虚拟机技术虽然可以提高资源的利用率，但由于资源的分配是通过软件实现，各分区系统的性能受到的影响相对较大。

存储虚拟化
存储虚拟化即是把分散的、不同品牌或不同级别的存储产品统一到一个或几个大的存储池下，用户看见的不再是孤立的、分散的系统，而是一个统一的整体。用户管理的也是一个整体存储，而不是一个一个的具体的系统。如图 3-6 所示，通过在物理存储系统和服务器之间增加一个虚拟层，将使用者（例如服务器）使用的物理存储虚拟化成逻辑存储。使用者只和逻辑存储打交道，而存储硬件的增减、调换、分拆、合并对使用者完全透明。对于存储的管理者来说，存储虚拟化的引入，使得存储管理更加统一，管理效率提高。同时，资源的使用率也大幅提高。