史昂

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我公司已經(jīng)搭建了虛擬化平臺，主要的業(yè)務(wù)正逐步遷入虛擬化平臺中，依托公司現(xiàn)有的虛擬化平臺，建設(shè)了桌面云系統(tǒng)，用戶通過瘦終端登錄桌面云系統(tǒng)辦公。那么究竟什么是虛擬化呢，它是如何實(shí)現(xiàn)的？下面就由我淺談一下云計(jì)算KVM虛擬化技術(shù)及應(yīng)用。

1 虛擬化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

1.1 什么是虛擬化

虛擬化可以概況為：通過在服務(wù)器上部署虛擬化軟件，使一臺物理服務(wù)器可以承擔(dān)多臺服務(wù)器的工作。通過整合現(xiàn)有的業(yè)務(wù)負(fù)載并利用剩余的服務(wù)器資源以部署新的應(yīng)用程序和解決方案，實(shí)現(xiàn)較高的資源利用率。

1.2 虛擬化跟云計(jì)算的關(guān)系

虛擬化是一種具體的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對硬件資源的虛擬化，提升資源利用率，降低能耗。云計(jì)算是一種概念，是各種技術(shù)組件的集合，針對的是對各種資源的管理和調(diào)度，面向的是服務(wù)層面，虛擬化只是云計(jì)算使用的技術(shù)之一，沒有虛擬化也可以用物理硬件來實(shí)現(xiàn)云計(jì)算[1]。

1.3 虛擬化的分類

虛擬化分為計(jì)算虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、存儲虛擬化；通過虛擬化技術(shù)把硬件資源如：CPU、內(nèi)存整合在一起組成計(jì)算池，把服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)和虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)整合在一起組成網(wǎng)絡(luò)池，把服務(wù)剩余存儲空間或者外置存儲系統(tǒng)的可用空間整合起來組成存儲池，通過整合之后的資源為業(yè)務(wù)提供服務(wù)[2]。

（1）計(jì)算虛擬化分為三部分：CPU虛擬化、內(nèi)存虛擬化、IO虛擬化。①CPU虛擬化：即多個(gè)虛擬機(jī)共享CPU資源，此技術(shù)最早在IBM小型機(jī)上面得以實(shí)現(xiàn)。小型機(jī)的CPU虛擬化采用的是“特權(quán)解除”和“陷入-模擬”的方式，解除了用戶操作系統(tǒng)的特權(quán)，用戶操作系統(tǒng)大部分指令仍在硬件上運(yùn)行，只是運(yùn)行到特權(quán)指令時(shí)，才會陷入到VMM模擬執(zhí)行。根據(jù)這個(gè)理念，X86架構(gòu)CPU也采用此開發(fā)理念，但是在應(yīng)用的過程中，發(fā)現(xiàn)非特權(quán)級里面包含了19條敏感指令，當(dāng)用戶操作系統(tǒng)執(zhí)行這些敏感指令時(shí)，整個(gè)硬件系統(tǒng)會陷入癱瘓，為此推出了半虛擬化、全虛擬化、硬件輔助虛擬化，目前主流采用的虛擬化技術(shù)為硬件輔助虛擬化，依靠硬件對敏感指令“陷入-模擬”，效率最高。②內(nèi)存虛擬化是把物理機(jī)的真實(shí)物理內(nèi)存統(tǒng)一管理，把物理內(nèi)存分成多份分給若干個(gè)虛擬機(jī)使用。我單位采用的虛擬化平臺底層采用KVM虛擬機(jī)技術(shù)，平臺支持內(nèi)存硬件輔助虛擬化技術(shù)，降低內(nèi)存虛擬化開銷，提升約30%的內(nèi)存訪問性能。同時(shí)，平臺支持智能內(nèi)存復(fù)用策略，自動優(yōu)化組合各種內(nèi)存復(fù)用策略，實(shí)現(xiàn)內(nèi)存的高復(fù)用率。每個(gè)虛擬機(jī)最大支持1TB虛擬內(nèi)存。平臺支持以下內(nèi)存復(fù)用技術(shù)：內(nèi)存氣泡：系統(tǒng)主動回收虛擬機(jī)暫時(shí)不用的物理內(nèi)存，分配給需要復(fù)用內(nèi)存的虛擬機(jī)。內(nèi)存的回收和分配都是動態(tài)的，虛擬機(jī)上的應(yīng)用無感知。整個(gè)物理服務(wù)器上的所有虛擬機(jī)使用的分配內(nèi)存總量不能超過該服務(wù)器的物理內(nèi)存總量。內(nèi)存交換：將外部存儲虛擬成內(nèi)存給虛擬機(jī)使用，將虛擬機(jī)上暫時(shí)不用的數(shù)據(jù)存放到外部存儲上。系統(tǒng)需要使用這些數(shù)據(jù)時(shí)，再與預(yù)留在內(nèi)存上的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換。內(nèi)存共享：多臺虛擬機(jī)共享數(shù)據(jù)內(nèi)容為零的內(nèi)存頁。通過內(nèi)存復(fù)用，虛擬機(jī)總配置內(nèi)存超過物理主機(jī)實(shí)際內(nèi)存運(yùn)行，通過虛擬機(jī)之間內(nèi)存復(fù)用，內(nèi)存共享，內(nèi)存交換等技術(shù)實(shí)現(xiàn)物理內(nèi)存120%的超分配比例[3]。③I/O虛擬化分為：完全虛擬化、半虛擬化、IO透傳虛擬化。完全虛擬化：又叫I/O模擬，完全使用軟件模擬真實(shí)硬件，如：鼠標(biāo)、鍵盤、通過焦點(diǎn)捕獲，焦點(diǎn)被那個(gè)主機(jī)捕獲就被那個(gè)主機(jī)使用，性能較差。半虛擬化：對硬件驅(qū)動由前段直接轉(zhuǎn)到后端調(diào)用，通過用于硬盤和網(wǎng)卡，性能高。IO透傳：直接分配給虛擬機(jī)物理設(shè)備，如：直接分給虛擬機(jī)一塊硬盤或者網(wǎng)卡，需要硬件支持I/O透傳技術(shù)。

（2）存儲虛擬化。存儲虛擬化是在存儲設(shè)備上加入一個(gè)邏輯層，通過邏輯層訪問存儲資源，因?yàn)樘摂M化平臺是一個(gè)集群系統(tǒng)，整個(gè)集群系統(tǒng)訪問存儲資源必定存在讀寫的先后順序，這個(gè)邏輯層可以很好的控制資源的讀寫訪問，可以理解為集群系統(tǒng)訪問共享存儲。目前組網(wǎng)使用最多的是外置存儲系統(tǒng)或者分布式存儲通過接口掛載給虛擬化平臺，虛擬化平臺通過自身格式化存儲空間后，把資源分配個(gè)客戶操作系統(tǒng)使用。

（3）網(wǎng)絡(luò)虛擬化。在KVM虛擬化平臺里面又叫分布式交換機(jī)，類似通用的物理交換，分布式交換機(jī)連接虛擬機(jī)和外部網(wǎng)絡(luò)，支持多種標(biāo)準(zhǔn)接口和協(xié)議，支持多個(gè)物理服務(wù)器的分布式環(huán)境，能夠與大部分開源的虛擬化平臺整合，支持openflow協(xié)議。支持多種網(wǎng)卡類型：普通網(wǎng)卡，智能網(wǎng)卡等。

2 虛擬化平臺管理和應(yīng)用

通過使用虛擬化平臺，使用過程中有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）集中運(yùn)維，通過虛擬化平臺創(chuàng)建、部署、管理、監(jiān)控所有虛擬機(jī)。

（2）資源按需分配，根據(jù)硬件資源的利用率，合理分配虛擬機(jī)資源，資源利用達(dá)到最大化。

（3）自動化調(diào)度，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的策略實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)遷移，使資源分配在各個(gè)服務(wù)器上面達(dá)到均衡。

（4）虛擬機(jī)故障轉(zhuǎn)移，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的策略，當(dāng)服務(wù)器故障或者虛擬機(jī)藍(lán)屏?xí)r，虛擬機(jī)自動遷移到正常的服務(wù)器上面，重啟開啟業(yè)務(wù)。

（5）節(jié)能減排，業(yè)務(wù)虛擬機(jī)集中在虛擬化平臺上面，減少服務(wù)器數(shù)量，從而降低投資成本、總功耗等。