唐孝國

（銅仁職業(yè)技術(shù)學(xué)院 貴州 銅仁 554300）

1 引言

在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域發(fā)展當(dāng)中，云計(jì)算技術(shù)一直被用來探索提升傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行能力，通過與虛擬化技術(shù)的結(jié)合，可以為計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展提供新的思路，與傳統(tǒng)單一技術(shù)相比，融合技術(shù)顯現(xiàn)出更加明顯的包容性和實(shí)用性，能夠更好地面對(duì)靈活多變的應(yīng)用場(chǎng)景，滿足更多的技術(shù)要求，因此，將云計(jì)算技術(shù)與虛擬化技術(shù)相結(jié)合，將是未來計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的重要方向之一，值得在這一方面投入更多的資金和資源[1]。

2 云計(jì)算中的虛擬化技術(shù)

2.1 虛擬化技術(shù)的由來

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速進(jìn)步，當(dāng)前計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力也有著較為明顯的提升，與此對(duì)應(yīng)的，人們對(duì)于計(jì)算機(jī)的應(yīng)用能力尤其是適用性的要求也越來越高，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)往往只能運(yùn)行一個(gè)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，只可以為應(yīng)用提供單一的運(yùn)行環(huán)境，這就使傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)一般只能運(yùn)行一個(gè)應(yīng)用，再開啟更多應(yīng)用時(shí)會(huì)彼此產(chǎn)生沖突而導(dǎo)致問題。而虛擬化技術(shù)可以更好的滿足人們的應(yīng)用，借助計(jì)算機(jī)性能的提升和虛擬化技術(shù)的應(yīng)用，用戶可以在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)中同時(shí)運(yùn)行多種不同的系統(tǒng)，能夠給予應(yīng)用多個(gè)運(yùn)行環(huán)境，從而使得多個(gè)應(yīng)用可以同時(shí)運(yùn)行而不會(huì)產(chǎn)生沖突。需要注意的是，虛擬化技術(shù)可以幫助連接多個(gè)計(jì)算機(jī)終端，使彼此之間的數(shù)據(jù)可以得到匯總和實(shí)時(shí)傳輸共享，充分提高信息資源的利用效率[2]。目前來看，云計(jì)算與虛擬化技術(shù)的結(jié)合還存在許多不完善的地方，但毫無疑問的是，未來隨著計(jì)算機(jī)綜合性能的不斷更新?lián)Q代，這些問題都能夠得到妥善解決。

2.2 虛擬化技術(shù)分類

在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，從底層至高層依次可分為硬件層、操作系統(tǒng)層、函數(shù)庫層、應(yīng)用程序?qū)?，虛擬化可發(fā)生在上述四層中的任一層，基于不同的抽象層次，可以將虛擬化技術(shù)分為硬件抽象層虛擬化、操作系統(tǒng)層虛擬化、庫函數(shù)層虛擬化和編程語言層虛擬化[3]。

硬件抽象層上的虛擬化，主要是基于虛擬硬件抽象層來創(chuàng)建虛擬機(jī)，將和物理機(jī)相同或相近的硬件抽象層展現(xiàn)在客戶機(jī)操作系統(tǒng)中。對(duì)該層虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)⒁慌_(tái)物理計(jì)算機(jī)虛擬出一臺(tái)或多臺(tái)虛擬計(jì)算機(jī)，不同虛擬機(jī)有各自配套的虛擬硬件，從而具備獨(dú)立的虛擬機(jī)執(zhí)行環(huán)境，各自可安裝不同的操作系統(tǒng)，因此又稱為系統(tǒng)級(jí)虛擬化。按照實(shí)現(xiàn)方法的不同，系統(tǒng)級(jí)虛擬化又主要可分為仿真、完全虛擬化和類虛擬化等三種不同的實(shí)現(xiàn)方案；按照實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，還可以將當(dāng)前系統(tǒng)級(jí)虛擬化中的主流虛擬化技術(shù)分為Hypervisor模型、宿主模型和混合模型。其中，Hypervisor模型的典型應(yīng)用是面向企業(yè)級(jí)的VMware vSphere，宿主模型的典型應(yīng)用是KVM、VirtualBox和VMware Workstation，混合模型的典型應(yīng)用是Xen。

操作系統(tǒng)層上的虛擬化，主要是指操作系統(tǒng)內(nèi)核能夠提供多個(gè)互相隔離的用戶態(tài)實(shí)例，對(duì)于用戶而言，這些用戶態(tài)實(shí)例能夠看做一臺(tái)真實(shí)的計(jì)算機(jī)，其具有自身獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)、文件系統(tǒng)、庫函數(shù)以及系統(tǒng)設(shè)置。操作系統(tǒng)層虛擬化具備高效性，其性能開銷和虛擬化資源開銷非常小，且不需要硬件的特殊支持。但其靈活性相對(duì)較小，表現(xiàn)為不同容器中操作系統(tǒng)必須為同一種操作系統(tǒng)。典型的應(yīng)用是目前最主流的容器系統(tǒng)Docker，相對(duì)于笨重的系統(tǒng)級(jí)虛擬化，輕量級(jí)的Docker技術(shù)具備諸多優(yōu)點(diǎn)。一是可以更高效地使用系統(tǒng)資源，由于容器不需要進(jìn)行硬件虛擬以及運(yùn)行完整操作系統(tǒng)等額外開銷，一臺(tái)同樣配置的宿主機(jī)，可以運(yùn)行更多數(shù)量的容器應(yīng)用。二是具有更快速的啟動(dòng)時(shí)間，由于容器直接運(yùn)行于宿主內(nèi)核，無需啟動(dòng)完整的操作系統(tǒng)，因此可以做到秒級(jí)、甚至毫秒級(jí)啟動(dòng)。

庫函數(shù)層上的虛擬化，主要是通過虛擬化操作系統(tǒng)的應(yīng)用級(jí)庫函數(shù)的服務(wù)接口，使得應(yīng)用程序在無需修改的情況下，實(shí)現(xiàn)與不同操作系統(tǒng)的無縫對(duì)接運(yùn)行，從而提高系統(tǒng)間的互操作性。一個(gè)典型的應(yīng)用是在Ubuntu系統(tǒng)中，利用Wine這樣的工具在Linux中模擬Windows的庫函數(shù)接口，就可以使Windows中的微信、QQ等應(yīng)用程序正常在Linux上運(yùn)行。

編程語言層上的虛擬化，這一類虛擬機(jī)的運(yùn)行態(tài)是一個(gè)進(jìn)程級(jí)的作業(yè)，且這些程序所針對(duì)的是一個(gè)虛擬體系結(jié)構(gòu)，程序代碼首先被編譯為針對(duì)該虛擬體系結(jié)構(gòu)的中間代碼，再由虛擬機(jī)的運(yùn)行時(shí)支持系統(tǒng)翻譯為硬件的機(jī)器語言進(jìn)行執(zhí)行。我們熟知的JVM（Java Virtual Machine）就是這類虛擬機(jī)的典型應(yīng)用[4]。

3 云計(jì)算中虛擬化技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景

3.1 網(wǎng)絡(luò)的虛擬化

云計(jì)算中的虛擬技術(shù)包括對(duì)網(wǎng)絡(luò)的虛擬化處理，通過將網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行虛擬化，可以為用戶提供虛擬局域網(wǎng)和專用網(wǎng)兩個(gè)單獨(dú)運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。在目前的信息處理過程中，由于所需處理的網(wǎng)絡(luò)信息太過龐大，因此需要對(duì)分散的用戶信息進(jìn)行集中，網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)可以將多個(gè)局域網(wǎng)集中在一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之上，使得所有經(jīng)過這些局域網(wǎng)進(jìn)行傳輸?shù)男畔⒍伎梢栽谕粋€(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中進(jìn)行查閱和管理。

3.2 存儲(chǔ)的虛擬化

大量的信息上傳和存儲(chǔ)需要更大的存儲(chǔ)空間來進(jìn)行支持，隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，各種信數(shù)據(jù)呈爆炸式指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，對(duì)現(xiàn)有硬件設(shè)備的存儲(chǔ)提出了原來越高的要求，單純依賴硬件存儲(chǔ)已經(jīng)變得不現(xiàn)實(shí)，因此也需要對(duì)存儲(chǔ)進(jìn)行虛擬化。利用存儲(chǔ)的虛擬化技術(shù)，可以在主機(jī)的硬件存儲(chǔ)空間之外單獨(dú)再開拓出容量巨大的云存儲(chǔ)空間，用戶可以將多種類型的信息進(jìn)行上傳和儲(chǔ)存，解決了不同信息與存儲(chǔ)設(shè)備之間存在的不兼容問題，也可以為用戶節(jié)省大量的硬件購置成本[5]。同時(shí)，還可大大提高信息數(shù)據(jù)的安全性，一般來講，將信息儲(chǔ)存在硬件設(shè)施當(dāng)中，如果出現(xiàn)意外斷電等狀況，很容易導(dǎo)致存儲(chǔ)區(qū)域出現(xiàn)異常而導(dǎo)致信息丟失，這對(duì)于用戶來說必然是巨大損失，而云空間則不受這些因素的影響，即便因?yàn)橛脩舻腻e(cuò)誤操作導(dǎo)致信息丟失，也能夠通過云平臺(tái)中的文件恢復(fù)技術(shù)機(jī)制進(jìn)行找回，減少因操作失誤而導(dǎo)致的損失。

3.3 計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序的虛擬化

在以往的應(yīng)用程序運(yùn)行環(huán)境當(dāng)中，由于操作系統(tǒng)需要將有限的資源分配給多個(gè)主機(jī)，剩下的性能在處理多個(gè)具備同樣信息的應(yīng)用時(shí)容易出現(xiàn)嚴(yán)重的沖突問題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，數(shù)據(jù)大量丟失。因此，有必要對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序進(jìn)行虛擬化處理，所謂計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序的虛擬化，就是在操作系統(tǒng)和信息文件之外單獨(dú)建立一個(gè)封閉的運(yùn)行環(huán)境，在運(yùn)行具有同樣信息的應(yīng)用時(shí)，用戶可以將其分開在兩個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，確保彼此之間不會(huì)出現(xiàn)沖突。

3.4 虛擬化技術(shù)的安全性考慮

雖然虛擬化技術(shù)能夠幫助人們脫離硬件設(shè)施的限制而單獨(dú)構(gòu)建專門的云空間來儲(chǔ)存信息，但需要注意的是，由于信息都儲(chǔ)存在網(wǎng)絡(luò)空間中，因此在技術(shù)手段允許的情況下，不法分子可以通過有組織的網(wǎng)絡(luò)攻擊來破壞原有的安全協(xié)議，導(dǎo)致系統(tǒng)被破壞以后，大量的信息被泄露和竊取，使用戶蒙受巨額損失[6]。因此，在使用虛擬化技術(shù)保存信息的同時(shí)，也要注重構(gòu)建專門的信息保護(hù)系統(tǒng)。首先，云計(jì)算信息管理中心應(yīng)當(dāng)根據(jù)自身?xiàng)l件建立專門的安全人才隊(duì)伍，負(fù)責(zé)對(duì)主機(jī)以及主機(jī)內(nèi)的信息進(jìn)行定期常態(tài)化的檢查和維護(hù)，確保不會(huì)因?yàn)槭褂媚晗薜难娱L(zhǎng)而出現(xiàn)問題。除此之外，也要投入人力和物力來建立專門的網(wǎng)絡(luò)安全防火墻，將目前已知的主流網(wǎng)絡(luò)攻擊手段進(jìn)行備案，并制定出完善的預(yù)防預(yù)警方案，使得在遭受網(wǎng)絡(luò)攻擊時(shí)能夠第一時(shí)間采取應(yīng)對(duì)措施，不會(huì)陷入到束手無策的地步。當(dāng)然，也要定期對(duì)硬件設(shè)施進(jìn)行維護(hù)和更換，對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行更新?lián)Q代，對(duì)操作人員進(jìn)行專業(yè)化培訓(xùn)。

4 虛擬化技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

在當(dāng)前許多云計(jì)算數(shù)據(jù)管理中，都需要花費(fèi)大量的成本來建設(shè)和維護(hù)主機(jī)系統(tǒng)，特別是網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中數(shù)不勝數(shù)的數(shù)據(jù)信息需要大量的主機(jī)來進(jìn)行傳輸和儲(chǔ)存，并且在可預(yù)見的未來，數(shù)據(jù)量會(huì)實(shí)現(xiàn)幾何指數(shù)式的增長(zhǎng)，如果沒有新技術(shù)的應(yīng)用來幫助提升數(shù)據(jù)處理效率，那么很快數(shù)據(jù)管理中心就會(huì)被龐大的運(yùn)營成本所壓垮，而虛擬化技術(shù)則很好地解決了這一問題。

4.1 節(jié)約資源和成本

在傳統(tǒng)的云計(jì)算數(shù)據(jù)處理中心建設(shè)過程中，往往需要投入巨大的成本來購置大量的硬件主機(jī)，而且要配置龐大的人才隊(duì)伍來進(jìn)行操作和維護(hù)，整個(gè)過程所耗費(fèi)的資金數(shù)量非常龐大，通過合理利用虛擬化技術(shù)，可以將原本需要多個(gè)主機(jī)來運(yùn)行的操作都高度集中在一臺(tái)主機(jī)上進(jìn)行，這就使得數(shù)據(jù)處理中心所需要購置的主機(jī)數(shù)量大幅度減少，甚至只需要原本的一小部分主機(jī)就能夠滿足當(dāng)前的數(shù)據(jù)處理任務(wù)，與此相應(yīng)的，管理中心也不需要雇傭太多的技術(shù)人員來進(jìn)行維護(hù)和管理，整個(gè)管理中心的能源消耗成本也會(huì)明顯降低，不僅如此，虛擬化技術(shù)可以有效地提升信息處理的速度和效率，能夠給管理中心帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 方便管理和維護(hù)

在虛擬化技術(shù)的加持之下，原本需要大量主機(jī)完成的信息處理工作都可以在遠(yuǎn)程構(gòu)建的云空間和封閉的虛擬化空間中運(yùn)行，操作人員可隨時(shí)隨地使用終端設(shè)備來查看和調(diào)用所儲(chǔ)存的信息，極大的提高了處理效率，克服了硬件設(shè)施帶來的諸多限制[7]。其次，通過虛擬化技術(shù)對(duì)信息的集中處理，日后在對(duì)信息的調(diào)用和分析時(shí)也會(huì)變得更加的方便快捷，省去了漫長(zhǎng)的信息檢索和提取過程。除此之外，虛擬化技術(shù)允許人們?cè)谄渲袠?gòu)建虛擬的云空間來儲(chǔ)存信息，與儲(chǔ)存在硬件當(dāng)中的信息不同，云空間當(dāng)中儲(chǔ)存的信息不會(huì)因?yàn)橥獠坎豢煽沽Φ淖饔枚鴵p失，只要用戶依然保有云空間的使用權(quán)限，就能夠隨時(shí)隨地的上傳和下載信息，帶給人們的方便是不言而喻的。

5 總結(jié)

綜上所述，在未來高度智能化的新時(shí)代，會(huì)有越來越多的新興技術(shù)加入到生產(chǎn)生活當(dāng)中并發(fā)揮巨大的作用，隨著云計(jì)算中虛擬化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，信息的傳輸門檻變得越來越低，過往需要多個(gè)主機(jī)才能完成運(yùn)算的應(yīng)用場(chǎng)景，如今只需要一臺(tái)主機(jī)即可，許多信息傳輸?shù)倪^程都發(fā)生在專門構(gòu)建的云平臺(tái)之上，不再需要大量的硬件設(shè)施和人員投資。如今，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣，需要不斷開發(fā)新的信息傳輸和儲(chǔ)存技術(shù)，因此，未來在云計(jì)算的虛擬化技術(shù)方面還要進(jìn)行更多的投入和研發(fā)，才能夠真正滿足不斷擴(kuò)大的市場(chǎng)需求。