虚拟化与云计算

电子科技大学成都学院 虚拟化与云计算 Virtualization and Cloud Computing

计算机10-java3班 高钊 1

摘要 在传统的网络环境中，管理信息系统基本上是采用客户机/服务器，其中的客户机/服务器就是：C/S（即英文的client/server的首字母）模式开发的，但随着WWW的广泛应用，目前的管理信息系统已经逐渐开始从C/S模式向浏览器/服务器（B/S）模式转变。

B/S结构（Browser/Server结构）结构即浏览器和服务器结构。它是随着Internet技术的兴起，对C/S结构的一种变化或者改进的结构。在这种结构下，用户工作界面是通过WWW浏览器来实现，极少部分事务逻辑在前端（Browser）实现，但是主要事务逻辑在服务器端（Server）实现，形成所谓三层3-tier结构。这样就大大简化了客户端电脑载荷，减轻了系统维护与升级的成本和工作量，降低了用户的总体成本。

而云计算正是在这样的背景下应运而生的。 云计算（cloud computing，台湾译作云端运算），是一种基于互联网的计算新方式，通过互联网上异构、自治的服务为个人和企业用户提供按需即取的计算。由于资源是在互联网上，而在计算机流程图中，互联网常以一个云状图案来表示，因此可以形象地类比为云，‘云’同时也是对底层基础设施的一种抽象概念。

云计算的出现在某种意义上剥离了软件与硬件之间的联系。传统的管理员既需要维护服务器的硬件，同时又需要管理软件的应用，这使得企业为此付出了极大的成本。而云计算则并不限制应用程序与硬件之间的必然联系，亦即透过平行运算的方式，一个应用程序可以在不同的硬件上执行，全面解除应用服务与硬件资源间的固定对应关系。

虚拟化，则是云计算的基石。一个云计算的应用必定是基于虚拟化的。云计算已经是第三代的IT，第一代是静态的IT，第二代是一个共享的概念，数据和信息的共享，第三代则是动态，所有的信息和数据都在动态的架构上，否则也就没有云，没有Cloud。将硬件变成服务一定是动态的，要看产品在虚拟化的能力，虚拟化是动态的基础，只有在虚拟化的环境下，云才是可能。

毫无疑问，虚拟化正在重组IT工业，同时它也正在支撑起云计算，如果把云计算单纯理解虚拟化，其实也并为过，因为没有虚拟化的云计算，是不可能实现按需计算的目标的。云计算使得应用软件脱离已经成为一种可能。目前Amazon所提供的Web服务就是基于大规模云为基础的虚拟化应用。

所以，要了解云计算，就必须要要先了解虚拟化。 2

目录 一、 摘要 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 1

二、 虚拟化技术 „„„„„„„„„„„„„„„„ 3 1) 虚拟化技术简介 „„„„„„„„„„„„„„ 3 2) 虚拟化的意义 „„„„„„„„„„„„„„„ 4 3) 虚拟化的架构 „„„„„„„„„„„„„„„ 6

三、 云计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„ 8 1) 云计算技术简介 „„„„„„„„„„„„„„ 8 2) 云计算与虚拟化 „„„„„„„„„„„„„„ 11 3) 云计算的应用 „„„„„„„„„„„„„„„ 13

四、 总结 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 16 五、 参考资料 „„„„„„„„„„„„„„„„„ 18 3

虚拟化技术 虚拟化技术简介 虚拟化是一个广义的术语，在计算机方面通常是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行。虚拟化技术可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程。 CPU的虚拟化技术可以单CPU模拟多CPU并行，允许一个平台同时运行多个操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。

虚拟化是一种经过验证的软件技术，它正迅速改变着 IT 的面貌，并从根本上改变着人们的计算方式。如今，具有强大处理能力的 x86 计算机硬件仅仅运行了单个操作系统和单个应用程序。这使得大多数计算机远未得到充分利用。利用虚拟化，可以在一台物理机上运行多个虚拟机，因而得以在多个环境间共享这一台计算机的资源。不同的虚拟机可以在同一台物理机上运行不同的操作系统以及多个应用程序。

虚拟化技术与多任务以及超线程技术是完全不同的。多任务是指在一个操作系统中多个程序同时并行运行，而在虚拟化技术中，则可以同时运行多个操作系统，而且每一个操作系统中都有多个程序运行，每一个操作系统都运行在一个虚拟的CPU或者是虚拟主机上；而超线程技术只是单CPU模拟双CPU来平衡程序运行性能，这两个模拟出来的CPU是不能分离的，只能协同工作。

虚拟化是一个抽象层，它将物理硬件与操作系统分开，从而提供更高的 IT 资源利用率和灵活性。

虚拟化允许具有不同操作系统的多个虚拟机在同一物理机上独立并行运行。每个虚拟机都有自己的一套虚拟硬件（例如 RAM、CPU、网卡等），可以在这些硬件中加载操作系统和应用程序。无论实际采用了什么物理硬件组件，操作系统都将它们视为一组一致、标准化的硬件。

虚拟化的概念在 20 世纪 60 年代首次出现，利用它可以对属于稀有而昂贵资源的大型机硬件进行分区。随着时间的推移，微型计算机和 PC 可提供更有效、更经济的方法来分配处理能力。因此到 20 世纪 80 年代，虚拟技术已不再广泛使用。

到了 20 世纪 90 年代，研究人员开始探索如何利用虚拟化解决与廉价硬件激增相关的一些问题，例如，利用率不足、管理成本不断攀升和易受攻击等。现在，虚拟化技术处于时代前沿，可以帮助企业升级和管理他们在世界各地的 IT 基础架构并确保其安全。 4

虚拟化的意义 虚拟化的基础是虚拟机。一台常见的虚拟机工作原理如下：

虚拟机是一种严密隔离的软件容器，它可以运行自己的操作系统和应用程序，就好像一台物理计算机一样。虚拟机的运行完全类似于一台物理计算机，它包含自己的虚拟（即基于软件实现的）CPU、RAM 硬盘和网络接口卡 (NIC)。

操作系统无法分辨虚拟机与物理计算机之间的差异，应用程序和网络中的其他计算机也无法分辨。即使是虚拟机本身也认为自己是一台“真正的”计算机。不过，虚拟机完全由软件组成，不含任何硬件组件。因此，虚拟机具备物理硬件所没有的很多独特优势。

虚拟化所带来的好处是多方面的，总结来说主要包括了以下几点—— 5

 效率：将原本一台服务器的资源分配给了数台虚拟化的服务器，有效的利用了闲置资源，确保企业应用程序发挥出最高的可用性和性能。

 隔离：虽然虚拟机可以共享一台计算机的物理资源，但它们彼此之间仍然是完全隔离的，就像它们是不同的物理计算机一样。因此，在可用性和安全性方面，虚拟环境中运行的应用程序之所以远优于在传统的非虚拟化系统中运行的应用程序，隔离就是一个重要的原因。

 可靠：虚拟服务器是独立于硬件进行工作的，通过改进灾难恢复解决方案提高了业务连续性，当一台服务器出现故障时可在最短时间内恢复且不影响整个集群的运作，在整个数据中心实现高可用性。

 成本：降低了部署成本，只需要更少的服务器就可以实现需要更多服务器才能做到的事情，也间接降低了安全等其他方面的成本。

 兼容：所有的虚拟服务器都与正常的x86系统相兼容，他改进了桌面管理的方式，可部署多套不同的系统，将因兼容性造成问题的可能性降至最低。

 便于管理：，提高了服务器/管理员比率，一个管理员可以轻松的管理比以前更多的服务器而不会造成更大的负担。

通过实现 IT 基础架构的虚拟化，可以降低 IT 成本，同时提高现有资产的效率、利用率和灵活性。在全世界，各种规模的公司都享受着服务器的虚拟化带来的好处。数千家组织（包括财富 100 强中的所有企业）都在采用服务器虚拟化解决方案。 6

虚拟化的架构 由于虚拟化技术能够通过资源共享与合并资源来提高效率并降低成本，它已经被迅速地应用于数据中心与其他设备上。在网络核心，由于受到法规、运营、组织以及安全等各方面的影响，使不同网络与服务的虚拟化工作，变得更具有挑战性。

降低资金成本和运营成本，并提高运营效率和灵活性。在服务器整合的基础上更进一步，部署标准的虚拟化平台来实现整个 IT 基础架构的自动化。利用虚拟化的强大功能更有效地管理 IT 容量，提供更高的服务级别，并简化 IT 流程。因此，我们为 IT 基础架构的虚拟化创造了一个术语，将其称作“虚拟基础架构”。

以前的虚拟软件必须是装在一个操作系统上，然后再在虚拟软件之上安装虚拟机，再其中运行虚拟的系统及其应用。而在当前的架构下，虚拟机可以通过虚拟机管理器（Virtual Machine Monitor，简称VMM）来进行管理的。

VMM是在底层实现对其上的虚拟机的管理和支持。但现在许多的硬件，比如Intel 的CPU已经对虚拟化技术做了硬件支持，大多数VMM就可以直接装在裸机上，在其上再装几个虚拟机就可以就大大提升了虚拟化环境下的性能体验。

目前常见的VMM工作模式如下图：

利用虚拟基础架构，可以在整个基础架构范围内共享多台计算机的物理资源。利用虚拟机可以在多台虚拟机之间共享单台物理计算机的资源以实现最高效率。资源在多个虚拟机和应用程序之间进行共享。业务需要是将基础架构的物理资源动态映射到应用程序的驱动力，即便在这些需要发生变化时也是如此。可将 x86 服务器与网络和存储器聚合成一个统一的 IT 资源池，供应用程序根据需要随时使用。这种资源优化方式有助于组织实现更高的灵活性，使资金成本和运营成本得以降低。