摘要：“虚拟化”近年来十分热门，厂家纷纷推出相关产品：服务器虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化、终端虚拟化、应用虚拟化……虚拟化似乎无所不在。采用虚拟化技术后，节能、环保、稳定等众多优点常常见诸于媒体。本文从虚拟化产生的背景、发展历程出发，为读者介绍虚拟化的由来，分析整机虚拟化能为制造企业带来哪些益处。
一、 虚拟化是什么：分与合
“虚拟化”译自“Virtualization”一词，在维基百科中将“Virtualization”定义为将计算机资源抽象成逻辑组（或子集）的过程。虚拟化有“分”与“合”两种常见表现形式：
图1 虚拟化后的计算和数据资源
“分”是将一台设备虚拟成多台使用。如：在图1上部的计算资源池中，一台多CPU服务器被虚拟成了多台服务器（即加载了多个虚拟机）；多路、多核CPU的强大性能与多用户操作系统相结合，已拥有远超单用户使用的硬件资源，“分”的目的是充分挖掘这些硬件资源。
“合”是将多种分散的资源合并起来。如：在图1下部的数据资源池中采用了存储虚拟化技术后，可将用户分散的NAS、SAN等多个厂家、多种协议条件下的分散的存储设备合并成为一个统一的存储池。“合”是为了降低复杂系统的管理难度，不但能提高效率、保护企业投资，而且能通过有效管理来提高系统的稳定性。
分析以上虚拟化的分分合合可以看出，“分”的前提是必须拥有强劲的性能，进行有效的整“合”则是充分提高管理能力的基础。有资料将“虚拟化”定义为“计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行”仅谈到了其“虚”的一面，“虚”并非无中生有，其中更为重要的是仿真即“拟”。 笔者认为：虚拟化是在现有计算机硬件的基础上，通过软件模拟仿真出其它硬件的特征，使用户能摆脱底层物理资源、技术实现方法或地理位置的束缚，充分挖掘和利用硬件的性能，从而能将更多精力投入到业务应用中。
二、 从幕后走向前台
“虚拟化”并不是一个新词。1959年英国克里斯托弗•斯特雷奇（Christopher Strachey）在《大型高速计算机中的时间共享》（Time Sharing in Large Fast Computers）一文中最早提出了虚拟化的概念。IBM、HP和SUN在大型机上通过独特的I/O资源共享方式将系统隔离成多个虚拟机，由于大型机从设计上就是为了满足多用户并发计算的需要，采用虚拟化技术后，能充分发挥大型机超大缓存和高性能内存子系统的优势，降低了使用成本。
在很长时间里，一台PC在性能上仅能满足单操作系统的应用需求，因此并没有将多用户并发访问作为重点，此阶段中“虚拟化”常被用来挖掘和利用硬件资源，减少软硬件发展速度不同造成的资源浪费，这时的“虚拟化”常常隐身在计算机后台中，作为一种补充应用存在。如：在32位Windows XP Professional上，由于操作系统软件寻址的限制，只能利用3.2G内存，用户可采用RAMDISK等软件将多余的内存设置为虚拟硬盘，以便提高速度。
随着PC速度不断攀升，性能瓶颈迎刃而解，系统架构从大型机时代的服务器集中式架构演化成为分布式架构，随之带来的不少问题：
1、 硬件性能利用不足
两个原因造成硬件利用率不足：一是为保证服务器的稳定，减少应用之间的相互影响，传统上每台物理服务器上运行应用的数量很少，一台服务器只运行一种应用的情况很常见，虽然这些服务器在单位时间内对资源的需求有高有低，但用户必须按照最高要求来配置服务器，这必然导致服务器在多数时候会资源闲置。二是因为软件和硬件发展速度不匹配，对普通用户而言，无论购买什么档次的计算机，上网、写文档等应用需求不会因为IT升级马上就有很大变化，这就造成终端资源的闲置。据调查，典型的 x86 服务器的利用率仅为10%到15% 。可见企业投资购买的服务器多数时候开工不足，存在浪费现象。从“一机一用”转向“一机多能”有很大的潜力值得挖掘。
图2 服务器从“一机一用”向“一机多能”发展
2、 复杂难管
企业信息化是一个渐进的过程，用户对硬件设备会根据需要逐渐增加。换言之，企业实施信息化时间越长、选择的应用软件越多、分支机构和人员越多，服务器和终端的数量就会越多，企业的IT体系架构也会越复杂，其部署、管理和运维的难度也就越大。
3、 终端安全问题多
随着终端性能的增强，对其管控的难度越来越大。今天的一台普通的智能手机，其CPU可达1GHz，运行内存可达256M，这样的配置远远超过了20年前的PC。开放但并不安全的互联网增加了企业安全维护的难度，不断升级和频繁的打补丁成为企业计算机的一种常态。
以上问题的根源是由于操作系统和硬件之间的关系太过紧密，操作系统要兼容海量的硬件，无力实现对多应用间的彻底隔离。为了解决以上问题，计算资源向服务器集中成为一种趋势，X86平台上的虚拟化开始从幕后走向前台。
三、 三种整机虚拟化简介
本文主要探讨的是X86平台面向整机的虚拟化技术，其中包括服务器虚拟化、桌面虚拟化和应用虚拟化。应用虚拟化则借鉴大型机的集中计算模式，对终端进行统一管控，服务器虚拟化和桌面虚拟化可提高计算机硬件的资源利用率。服务器虚拟化近年来正向着数据中心集中管理的方向发展，成为当前市场的主角，桌面虚拟化拥有庞大的应用潜力，是未来的明星，应用虚拟化则一直是一种不可或缺的独特解决方案。
1. 服务器虚拟化
服务器虚拟化技术可在物理服务器上安装多个虚拟机实例，各个虚拟机在网络用户看来是完全独立的服务器。如图2所示的服务器资源池中，一台物理服务器上实际上运行着三台虚拟机，对于普通用户而言，这三台虚拟机和正常的服务器没有差别。
图3 服务器虚拟化示意图
采用服务器虚拟化技术后，首先在操作系统和服务器物理硬件之间建立了松耦合关系，服务器的CPU、内存等资源可以为多个虚拟机共享使用，提高了对硬件的利用率；其次，用户可通过管理程序对虚拟机的资源进行集中监控，在某台物理服务器上，若内存、CPU和磁盘等资源占用过高，用户可将虚拟机迁移到资源占用低的物理服务器上。第三，在图3中左图中，一台物理服务器出现故障时，管理程序能在极短的时间内，将原本部署在该物理服务器上的虚拟机，自动迁移到其它服务器中发布，最终用户受到的影响很小。因此，采用了服务器虚拟化技术后，企业能减少服务器数量，不但提高了单台物理服务器的利用率，同时可有效降低能耗和运行维护的难度。
服务器虚拟化以降低服务器成本、减少运维成本、零宕机、节能、管理简便等特性吸引着用户升级原有IT架构，采用虚拟机技术后，设备会有10%左右的性能损失，因此要想实施服务器虚拟化，需要性能强劲的服务器，在企业服务器数量减少的同时，单台物理服务器上可部署多个应用，这也意味着风险更集中，因此完善的存储和备份体系已经成为企业服务器虚拟化的重要组成部分。
目前，企业级解决方案中对虚拟机的动态迁移、存储和高可用性等日渐成熟，市场竞争的焦点在于解决方案的价格、对各种专业应用的兼容性和稳定性等方面。该领域的主要厂商包括EMC(VMware)、微软、Citrix、Oracle、SWsoft、Parallels、Redhat、Novell等。其中VMware在技术和市场份额上都具有领先优势；作为跟随者，思杰通过为用户提供Linux平台上开源产品XenServer加入竞争；微软则采用与操作系统打包的策略，在Windows Server 2008内置了Hyper-V虚拟化产品，Windows Server 2008可与思杰的XenServer产品兼容。
服务器虚拟化技术已成为新一代绿色数据中心的基石，目前正向着数据中心管理系统的方向发展，拥有服务器虚拟化标准意味着对未来IT架构有着更大的话语权，市场的竞争将逐渐从产品功能竞争走向整体解决方案间的竞争。
2. 应用虚拟化
应用虚拟化采用基于服务器计算技术（Server-based Computing，简称SBC），其特点是将所有需要计算的工作交给服务器，客户端主要提供输入和输出。在企业应用服务器和终端之间设立专门的应用虚拟化平台，对所有应用和用户进行统一管理，应用的目标是将应用通过任何网络交付到任何类型的终端上，让用户摆脱对终端性能的依赖。
图4 应用虚拟化示意图
如图4所示，应用虚拟化在企业应用服务器与终端之间建立了一个交付平台，将企业内部如ERP、OA等应用进行封装，统一部署到该平台上；用户通过ICA、RDP等专用协议访问平台，获得服务器的屏幕显示、键盘和鼠标的输入输出等信息，用户的输入则被传递平台。多个用户以不同进程同时访问应用交付平台，所有计算均在服务器上进行。平台则负责管理用户身份、设置各个应用中的用户权限等。
图5 从传统分布式架构到应用交付架构
从本质上看，应用虚拟化更加类似于传统的大型机，其主要优势在于：
·简化了应用程序部署流程，毕竟只需要发布到应用虚拟化平台上即可，不用在每台终端上安装，管理也更方便了；
·对终端的硬件要求大幅降低，只要有一个操作系统就行，用户不需单独安装ERP等企业应用软件客户端，这有利于降低成本；
·通过网络传输的仅为屏幕图像和输入输出信息，数据都在服务器上，更为安全；
·单台服务器可同时支持超过50个以上的并发用户，由于所有用户的操作均在服务器上完成，自然而然实现了数据和操作的集中，有利于企业的集中管控。
但应用虚拟化并非万能的，它存在以下缺点：
·需设立专门的服务器和网络的支持，应用和数据都存放在服务器上，对服务器性能要求较高；
·若某个用户操作出现问题造成服务器崩溃，会影响其他用户的使用；
·并非所有应用都能支持SBC模式下的应用虚拟化，诸如三维CAD等对图形质量要求高，计算压力大的专业应用还不适合使用应用虚拟化方式。
应用虚拟化产品适合IT力量不足又需要将应用扩展到远程分支机构的企业，它与互联网应用加速、VPN等共同组成了企业远程端到端解决方案。目前，市场上应用虚拟化较广泛的是思杰的Citrix Presentation Server或微软的终端服务器，国内厂商极通、科迈、沟通科技、瑞友天翼等也推出了同类产品。SAP、用友、金蝶、神州数码等国内外ERP厂商以及等众多OA厂商多能支持应用虚拟化产品，应用虚拟化是远程分支机构管理的主流解决方案。
3. 桌面虚拟化
企业IT管理中难度最大的是终端。应用虚拟化需要依赖的是多用户操作系统的并发能力，在实践中受到诸多限制。当虚拟机技术成熟后，应用到对终端的管控上后被称为虚拟桌面基础架构(简称VDI架构，全称Virtual Desktop Infrastructure)。
虚拟化使物理硬件与操作系统之间实现松耦合，利用这一点桌面虚拟化可将终端做成虚拟机文件，通过网络加载到客户端，一个客户端只需要加载一个虚拟机，每个虚拟机在网络上看起来和物理终端没有任何区别，甚至虚拟机文件可存放在存储设备商。桌面虚拟化的原理图如图6所示。
图6 从传统架构到桌面虚拟化架构
桌面虚拟化除了支持常见的PC终端外，为了加强对终端的控制，也可支持用户采用性能相对较弱的瘦客户机，常用来与刀片PC、刀片服务器组成整体解决方案。刀片是一种计算密度很高的架构，在图7上，客户使用瘦客户机通过ICA、RDP或者RGS等协议连接到刀片服务器，刀片服务器上部署的是客户端的镜像加上用户配置文件。
图7 刀片服务器应用案例
相对于传统的管理方式，桌面虚拟化比应用虚拟化拥有更为稳定的环境，兼容性更好。同时，桌面虚拟化也能通过专门的管理程序，如服务器虚拟化一样实现动态迁移、出现故障后自动切换等提高稳定性。
桌面虚拟化的难度比服务器虚拟化大，一方面是因为终端用户素质参差不齐，众口难调；相对而言服务器主要由专业IT运维人员使用，更容易管理；另一方面是大多数专业应用都需要在终端上安装客户端，而且有多种专业设备，如：读卡器、加密卡等，这对桌面虚拟化产品的兼容性要求更高。市场上桌面虚拟化产品主要包括：思杰的Citrix Xendesktop、EMC的VMware View Open Client等。
四、 整机虚拟化对比
纵观前文介绍三种整机虚拟化技术可知，针对整机的虚拟化技术均采用了不同于传统分布式架构的解决方案，其中应用虚拟化经过多年发展已相当成熟；服务器虚拟化目前发展迅速，是市场的热点；桌面虚拟化刚刚起步，发展速度很快。其相关特性对比可参见表1：
表1 操作系统虚拟化特性对比
从表1中可以看出，从表1中对备份设备的依赖分析可以看出，以上虚拟化技术对存储和备份的依赖程度很高，企业在考虑实施这些虚拟化技术之前，需要提前考虑企业IT体系中的存储和备份机制，在将计算能力集中到数据中心的同时，有必要建立远程灾备体系。
从RISC架构的大型机到X86架构的PC，众多虚拟化的目标始终如一：充分挖掘和利用计算机资源，让IT为用户创造价值，Gartner将虚拟化技术列为到2010年对IT企业“影响最大的技术趋势”，并预测虚拟化技术将会成为企业IT管理者管理、购买、配置以及计划未来发展策略的决定性因素绝非偶然，虚拟化值得企业关注。（ 欢迎转载，转载请注明作者和转载自e-works。）
发表于：
2009-11-15 07:44 学无涯 阅读(4285)
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