江國忠+江君

摘 要：20世紀90年代以來，隨著對電腦硬件和操作系統(tǒng)需求的日益增加，虛擬化的概念被越來越重視。由于虛擬技術(shù)的特殊內(nèi)涵，它與業(yè)界流行的云技術(shù)密切相關(guān)，企業(yè)向云生態(tài)發(fā)展，實際上就是向虛擬化發(fā)展。虛擬技術(shù)可以簡化IT管理，為企業(yè)創(chuàng)造更有利的價值，因此虛擬技術(shù)必將成為未來的發(fā)展趨勢。文中對虛擬化以及虛擬技術(shù)的應用進行了分析和探討。

關(guān)鍵詞：虛擬化；虛擬技術(shù)；虛擬設備；應用

中圖分類號：TP393文獻識別碼：A文章編號：2095-1302（2014）07-0083-02

0引言

虛擬機的概念產(chǎn)生在20世紀60年代，它最早是由IBM提出用來交互式訪問主機計算機。 每個虛擬機（VM）是一個物理機的虛擬實例，讓用戶有直接訪問物理機的錯覺。用戶通過同一個硬件平臺分享上面的資源。每一個VM是一個底層系統(tǒng)完全保護和隔離的副本。用戶可以在上面執(zhí)行，開發(fā)和測試應用程序，而不必擔心因為導致系統(tǒng)當機而影響其他正在使用同一臺物理機的用戶。虛擬化的出現(xiàn)，可以降低硬件購置成本和提高生產(chǎn)力，讓更多的用戶可以同時在同一個平臺上并行工作。隨著硬件價格的降低和具有多線程處理能力的操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，虛擬機一度在20世紀70年代和20世紀80年代幾乎消失。進入20世紀90年代以來，隨著對電腦硬件和操作系統(tǒng)需求的日益增加，虛擬化的概念被越來越重視。事實上，在傳統(tǒng)的電腦技術(shù)中，虛擬技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應用。虛擬內(nèi)存技術(shù)在現(xiàn)代操作系統(tǒng)中已經(jīng)不再陌生，它允許一個程序調(diào)用遠遠多于其本機物理內(nèi)存的容量。同時虛擬內(nèi)存也實現(xiàn)了讓上百個進程同時訪問同一個物理內(nèi)存。同樣道理，CPU的多任務處理能力也可以理解為一個CPU被虛擬為多個CPU從而可以分配運行多個進程，或者在另一種模式設置下，多個具有普通時鐘速度的CPU可以被虛擬的整合成一個CPU從而具體有很高的時鐘速度。后者在現(xiàn)實生活中更為常用。

1虛擬化

虛擬化（Virtualization），顧名思義：虛幻的、虛構(gòu)的，不是真實存在的。在電腦界，虛擬化泛指創(chuàng)建一個虛擬版本的設備或資源，例如服務器、存儲裝置、網(wǎng)絡或者甚至是一個框架被分割成一個或多個執(zhí)行環(huán)境資源的操作系統(tǒng)。即使像硬盤分區(qū)這樣一個簡單的操作也可以被認為是虛擬化，因為你可以把一個物理硬盤分割成為兩個分區(qū)后成為兩個獨立的硬盤存儲器。用戶能夠通過應用軟件和設備與所建立的虛擬資源進行互動，就好像它是一個真正的單一存在的邏輯資源。

2虛擬技術(shù)的實現(xiàn)

那么虛擬技術(shù)是通過什么方法實現(xiàn)的呢？虛擬技術(shù)大致分為常見的五個層面：指令集架構(gòu)層實現(xiàn)虛擬化（Virtualization at the Instruction Set Architecture Level）；硬件抽象層實現(xiàn)虛擬化（Virtualization at the Hardware Abstraction Level）；操作系統(tǒng)層的虛擬化（Virtualization at the OS Level）；編譯語言層虛擬化（Virtualization at the Programming Level）和系統(tǒng)庫層的虛擬化（Virtualization at the Library Level）。其中，又由硬件抽象層實現(xiàn)虛擬化技術(shù)是最為普遍的應用，例如常見的虛擬機（VM）。其實現(xiàn)架構(gòu)目前大致分為托管（Hosted）和裸機（Bare-Metal）兩種架構(gòu)方式。一般在托管架構(gòu)下，一個基本的操作系統(tǒng)會首先被安裝到主機中，被稱為“主操作系統(tǒng)（Host Operating System）”，然后再將VMM（Virtual Machine Monitor）安裝到主操作系統(tǒng)上，并允許用戶在VMM中安裝“來賓操作系統(tǒng)（Guest Operating System）”，這種主賓模式稱為Hosted（托管）。在這個虛擬化架構(gòu)中，每個虛擬機的操作系統(tǒng)通常只具有訪問I/O（輸入輸出）設備的有限子集，主操作系統(tǒng)保留對所安裝主機中物理I/O設備的所有權(quán)。來賓操作系統(tǒng)需要通過VMM，在可能的情況下（由于VMM對很多非通用的I/O沒有記錄，例如PCI數(shù)據(jù)采集卡等，所以在虛擬過程中不會將這些設備提供給虛擬的環(huán)境，只有對例如網(wǎng)卡，聲卡，光驅(qū)這樣的通用設備進行模擬），通過對物理硬件的模擬來進行訪問。到目前為止，大部分的軟件虛擬方案支持直接使用USB設備的功能。允許用戶從虛擬操作系統(tǒng)內(nèi)直接訪問USB設備，提供超出以上所提到的I/O模擬方式。例如，用戶可以從虛擬操作系統(tǒng)中訪問連接到電腦的USB打印機。在實際實現(xiàn)這個過程當中，需要通過多個軟件組件合作才能完成對I/O的訪問。例如VMware的VMware WorkStation將虛擬操作系統(tǒng)的I/O請求傳輸給一個底層VMM組件，通過驅(qū)動程序，傳輸給一個名為VMApp的用戶級別的組件，再由這個組件將請求傳送給主操作系統(tǒng)。值得強調(diào)的一點是，在這個架構(gòu)中，無論有多少個虛擬系統(tǒng)，所有對I/O的請求都必須通過主操作系統(tǒng)。這也就導致了這種虛擬架構(gòu)雖然方便配置和安裝，但是由于對主操作系統(tǒng)請求的增加，虛擬系統(tǒng)越多，主系統(tǒng)的性能及穩(wěn)定性就會大幅度下降。而裸機的架構(gòu)則通過直接安裝在系統(tǒng)硬件上虛擬機管理程序（Hypervisor）與系統(tǒng)硬件進行訪問，而不是依賴于主操作系統(tǒng)。這個方案為虛擬系統(tǒng)提供了多種I/O訪問的選項。虛擬系統(tǒng)之間則通過虛擬機管理程序中所包含的底層驅(qū)動程序來共享同一個I/O資源，例如網(wǎng)卡，硬盤等。而裸機虛擬架構(gòu)的另一個特點就是通過分配指定的I/O資源供所需要的虛擬系統(tǒng)獨享，此虛擬系統(tǒng)即可通過指定I/O設備的原生驅(qū)動直接訪問，這類方法的虛擬機管理程序?qū)⒆钚』貐⑴c到其中，從而更好的提升訪問速度。

3虛擬技術(shù)的應用

虛擬化技術(shù)應用到實踐中比較常見的有：服務器整合（Server Consolidation）- 將一些工作能力較低的服務器整合，從而節(jié)省基礎設施投資和管理精力以及充分利用硬件資源；應用程序整合（Application Consolidation）- 一些傳統(tǒng)的程序可能需要獨自享用一個硬件環(huán)境或系統(tǒng)環(huán)境，現(xiàn)在通過虛擬化，可以在一些新的設備上通過虛擬使這類程序運行在單獨的環(huán)境里；沙盒技術(shù)（Sandboxing）- 虛擬機可以通過提供一個獨立的，封閉的環(huán)境來運行一些不被信任的軟件，也可以認為虛擬技術(shù)可以幫助建立一個安全可靠的計算機平臺；多執(zhí)行環(huán)境（Multiple Execution Environment）- 虛擬技術(shù)可以用來在最大可能條件下創(chuàng)建多個可執(zhí)行環(huán)境，并在同時增加QoS（服務質(zhì)量）以確保每個環(huán)境的資源量；虛擬硬件（Virtual Hardware）- 可以虛擬一個在物理機中不存在的硬件，例如虛擬SCSI驅(qū)動器，虛擬網(wǎng)卡，虛擬網(wǎng)絡交換機或集線器等等；多個并行操作系統(tǒng)（Multiple Simultaneous OS）- 可以在同一個設備上同時運行多個操作系統(tǒng)，且運行不同的應用程序；調(diào)試（Debug）- 允許用戶在一個虛擬的電腦環(huán)境內(nèi)通過享有完全軟件調(diào)度權(quán)來調(diào)試復雜的操作系統(tǒng)或是驅(qū)動軟件；軟件合并（Software Migration）- 簡化的軟件合并的過程并且方便軟件轉(zhuǎn)移的過程；測試（Testin/QA）- 通過模擬各種現(xiàn)實中很難出現(xiàn)場景來確保軟件的質(zhì)量并簡化測試過程。

這些虛擬技術(shù)的應用已經(jīng)慢慢的滲透到很多企業(yè)的日常應用當中。一個傳統(tǒng)的企業(yè)在部署IT方案的時候，會將所有的企業(yè)應用程序直接運行在專有服務器硬件上，且大部分時間將由特殊需要的應用程序分散到獨立的服務器上，使數(shù)據(jù)中心的服務器運行最小的工作負載。如果在日后公司有需求使用新的應用程序，那么IT部門將不得不制定新硬件計劃，購置或更新硬件并部署到網(wǎng)絡中。而現(xiàn)在，只需要根據(jù)需要劃分一個新的虛擬服務器或在原有虛擬服務器的基礎上劃分更多硬件資源就可實現(xiàn)更新計劃，整個操作很多時間只需要幾個鼠標點擊即可完成。甚至于現(xiàn)在很多基于云端的企業(yè)方案，在后臺實際上都是通過虛擬的方式實現(xiàn)，企業(yè)只需要根據(jù)隨時實際的需要，向供應商提供所需要服務的硬件需求，無需等待漫長的采購過程，無需等待設備的安裝過程，馬上就能投入使用（當然對虛擬設備的軟件配置還是需要企業(yè)按照自己的需求搭建軟件環(huán)境）。隨著各個企業(yè)業(yè)務的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)也在與日俱增，傳統(tǒng)存儲管理模式已經(jīng)不足以跟上更新的速度，且管理員需要掌握各種管理工具才能在復雜結(jié)構(gòu)的存儲環(huán)境進行管理。存儲虛擬化可以統(tǒng)一的管理數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)， 將所有可用資源虛擬為一個龐大資源，管理員可以根據(jù)需要動態(tài)的分配資源，并且整合結(jié)構(gòu)相異的存儲壞境以達到更高的存儲利用率和降低企業(yè)成本，并且虛擬技術(shù)還提供快照，磁盤鏡像，數(shù)據(jù)保護等特有功能。

4結(jié)語

實際上，由于虛擬技術(shù)的特殊內(nèi)涵，它與業(yè)界流行的云技術(shù)密切相關(guān)，企業(yè)向云生態(tài)發(fā)展，實際上就是向虛擬化發(fā)展。通過硬件節(jié)省成本往往得不償失，企業(yè)更關(guān)心如何整合各種資源，以加快應用部署速度，通過簡化IT管理，為企業(yè)創(chuàng)造更有利的價值。因此虛擬技術(shù)必將成為未來的發(fā)展趨勢。

參 考 文 獻：

[1]陳浩磊，鄒湘軍，陳燕，等.虛擬實現(xiàn)技術(shù)的最新發(fā)展與展望[J]中國科技論文在線，2011（1）：6-10.

[2] Jason Langone.Vmware View 5 Desktop Virtualization Solutions[M]. Packt Publishing Limited，2012.

[3]Danielle Ruest， Nelson Ruest.虛擬化技術(shù)初用者指南[M]. 陳奮，譯. 北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[4]廣小明， 胡杰， 陳龍，等.虛擬化技術(shù)原理與實現(xiàn)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[5]《虛擬化與云計算》小組. 虛擬化與云計算[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2009.

作者簡介：江國忠（1955—），男，北京人，計算機專業(yè)本科，工程師。主要研究方向為計算機應用與管理。

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收稿日期：2014-03-19

這些虛擬技術(shù)的應用已經(jīng)慢慢的滲透到很多企業(yè)的日常應用當中。一個傳統(tǒng)的企業(yè)在部署IT方案的時候，會將所有的企業(yè)應用程序直接運行在專有服務器硬件上，且大部分時間將由特殊需要的應用程序分散到獨立的服務器上，使數(shù)據(jù)中心的服務器運行最小的工作負載。如果在日后公司有需求使用新的應用程序，那么IT部門將不得不制定新硬件計劃，購置或更新硬件并部署到網(wǎng)絡中。而現(xiàn)在，只需要根據(jù)需要劃分一個新的虛擬服務器或在原有虛擬服務器的基礎上劃分更多硬件資源就可實現(xiàn)更新計劃，整個操作很多時間只需要幾個鼠標點擊即可完成。甚至于現(xiàn)在很多基于云端的企業(yè)方案，在后臺實際上都是通過虛擬的方式實現(xiàn)，企業(yè)只需要根據(jù)隨時實際的需要，向供應商提供所需要服務的硬件需求，無需等待漫長的采購過程，無需等待設備的安裝過程，馬上就能投入使用（當然對虛擬設備的軟件配置還是需要企業(yè)按照自己的需求搭建軟件環(huán)境）。隨著各個企業(yè)業(yè)務的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)也在與日俱增，傳統(tǒng)存儲管理模式已經(jīng)不足以跟上更新的速度，且管理員需要掌握各種管理工具才能在復雜結(jié)構(gòu)的存儲環(huán)境進行管理。存儲虛擬化可以統(tǒng)一的管理數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)， 將所有可用資源虛擬為一個龐大資源，管理員可以根據(jù)需要動態(tài)的分配資源，并且整合結(jié)構(gòu)相異的存儲壞境以達到更高的存儲利用率和降低企業(yè)成本，并且虛擬技術(shù)還提供快照，磁盤鏡像，數(shù)據(jù)保護等特有功能。

4結(jié)語

實際上，由于虛擬技術(shù)的特殊內(nèi)涵，它與業(yè)界流行的云技術(shù)密切相關(guān)，企業(yè)向云生態(tài)發(fā)展，實際上就是向虛擬化發(fā)展。通過硬件節(jié)省成本往往得不償失，企業(yè)更關(guān)心如何整合各種資源，以加快應用部署速度，通過簡化IT管理，為企業(yè)創(chuàng)造更有利的價值。因此虛擬技術(shù)必將成為未來的發(fā)展趨勢。

參 考 文 獻：

[1]陳浩磊，鄒湘軍，陳燕，等.虛擬實現(xiàn)技術(shù)的最新發(fā)展與展望[J]中國科技論文在線，2011（1）：6-10.

[2] Jason Langone.Vmware View 5 Desktop Virtualization Solutions[M]. Packt Publishing Limited，2012.

[3]Danielle Ruest， Nelson Ruest.虛擬化技術(shù)初用者指南[M]. 陳奮，譯. 北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[4]廣小明， 胡杰， 陳龍，等.虛擬化技術(shù)原理與實現(xiàn)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[5]《虛擬化與云計算》小組. 虛擬化與云計算[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2009.

作者簡介：江國忠（1955—），男，北京人，計算機專業(yè)本科，工程師。主要研究方向為計算機應用與管理。

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收稿日期：2014-03-19

這些虛擬技術(shù)的應用已經(jīng)慢慢的滲透到很多企業(yè)的日常應用當中。一個傳統(tǒng)的企業(yè)在部署IT方案的時候，會將所有的企業(yè)應用程序直接運行在專有服務器硬件上，且大部分時間將由特殊需要的應用程序分散到獨立的服務器上，使數(shù)據(jù)中心的服務器運行最小的工作負載。如果在日后公司有需求使用新的應用程序，那么IT部門將不得不制定新硬件計劃，購置或更新硬件并部署到網(wǎng)絡中。而現(xiàn)在，只需要根據(jù)需要劃分一個新的虛擬服務器或在原有虛擬服務器的基礎上劃分更多硬件資源就可實現(xiàn)更新計劃，整個操作很多時間只需要幾個鼠標點擊即可完成。甚至于現(xiàn)在很多基于云端的企業(yè)方案，在后臺實際上都是通過虛擬的方式實現(xiàn)，企業(yè)只需要根據(jù)隨時實際的需要，向供應商提供所需要服務的硬件需求，無需等待漫長的采購過程，無需等待設備的安裝過程，馬上就能投入使用（當然對虛擬設備的軟件配置還是需要企業(yè)按照自己的需求搭建軟件環(huán)境）。隨著各個企業(yè)業(yè)務的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)也在與日俱增，傳統(tǒng)存儲管理模式已經(jīng)不足以跟上更新的速度，且管理員需要掌握各種管理工具才能在復雜結(jié)構(gòu)的存儲環(huán)境進行管理。存儲虛擬化可以統(tǒng)一的管理數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)， 將所有可用資源虛擬為一個龐大資源，管理員可以根據(jù)需要動態(tài)的分配資源，并且整合結(jié)構(gòu)相異的存儲壞境以達到更高的存儲利用率和降低企業(yè)成本，并且虛擬技術(shù)還提供快照，磁盤鏡像，數(shù)據(jù)保護等特有功能。

4結(jié)語

實際上，由于虛擬技術(shù)的特殊內(nèi)涵，它與業(yè)界流行的云技術(shù)密切相關(guān)，企業(yè)向云生態(tài)發(fā)展，實際上就是向虛擬化發(fā)展。通過硬件節(jié)省成本往往得不償失，企業(yè)更關(guān)心如何整合各種資源，以加快應用部署速度，通過簡化IT管理，為企業(yè)創(chuàng)造更有利的價值。因此虛擬技術(shù)必將成為未來的發(fā)展趨勢。

參 考 文 獻：

[1]陳浩磊，鄒湘軍，陳燕，等.虛擬實現(xiàn)技術(shù)的最新發(fā)展與展望[J]中國科技論文在線，2011（1）：6-10.

[2] Jason Langone.Vmware View 5 Desktop Virtualization Solutions[M]. Packt Publishing Limited，2012.

[3]Danielle Ruest， Nelson Ruest.虛擬化技術(shù)初用者指南[M]. 陳奮，譯. 北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[4]廣小明， 胡杰， 陳龍，等.虛擬化技術(shù)原理與實現(xiàn)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[5]《虛擬化與云計算》小組. 虛擬化與云計算[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2009.

作者簡介：江國忠（1955—），男，北京人，計算機專業(yè)本科，工程師。主要研究方向為計算機應用與管理。

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收稿日期：2014-03-19