通过虚拟化技术降低企业IT运营成本的研究--《计算机光盘软件与应用》2012年11期
通过虚拟化技术降低企业IT运营成本的研究
【摘要】：硬件虚拟化和应用虚拟化技术都是实现云计算的关键技术,而云计算、云应用除了能有效的降低运营商的IT成本支出之外,在大型企业内如果通过虚拟化技术建设企业内部的私有云,不仅即能极大的降低企业的IT成本,而且更能改善和优化企业的IT架构,此外还能很好解决企业人员的驻外办公及移动办公等问题。
【作者单位】：
【分类号】：F270.7;TP391.9【正文快照】：
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。从狭义上讲虚拟化技术可分为硬件虚拟化技术和应用虚拟化技术，硬件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
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400-819-9993导读：虚拟化与云计算，它是随着Internet技术的兴起，而云计算正是在这样的背景下应运而生的，云计算（cloudcomputing，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，而在计算机流程图中，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，而云计算则并不限制应用程序与硬件之间的必然联系，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，河南科技大学林业职业学院 虚拟化与云计算 Virtualization and Cloud Computing
高计07-5班
虚拟化与云计算 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。
所以，要了解云计算，就必须要要先了解虚拟化。
目录 一、 摘要
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二、 虚拟化技术
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1) 虚拟化技术简介
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2) 虚拟化的意义
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3) 虚拟化的架构
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三、 云计算
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1) 云计算技术简介
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2) 云计算与虚拟化
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3) 云计算的应用
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五、 参考资料
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1 3 3 4 6 8 8 11 13 16 18 2 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。
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――
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虚拟化技术
    
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...
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Copyright by ；All rights reserved.计算虚拟化：；虚拟化是一个广义的术语，是指计算元件在虚拟的基础；在服务器虚拟化技术中，被虚拟出来的服务器称为虚拟；VM）；裸金属架构是指将VMM直接安装在物理服务器之上而；目前，普遍认为裸金属架构的性能要比寄生架构高；虚拟化解决方案的底部是要进行虚拟化的机器；系统管理程序之上是客户机操作系统，也称为虚拟机（；完全虚拟化（fullvirtualization；
计算虚拟化： 虚拟化是一个广义的术语，是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行，是一个为了简化管理，优化资源的解决方案。如同空旷、通透的写字楼，整个楼层几乎看不到墙壁，用户可以用同样的成本构建出更加自主适用的办公空间，进而节省成本，发挥空间最大利用率。这种把有限的固定的资源根据不同需求进行重新规划以达到最大利用率的思路，在IT领域就叫做虚拟化技术。 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。
在服务器虚拟化技术中，被虚拟出来的服务器称为虚拟机（Virtual Machine，VM）。运行在虚拟机里的操作系统称为客户操作系统，即Guest OS。负责管理虚拟机的软件称为虚拟机管理器，缩写为VMM，也称为Hypervisor。 裸金属架构是指将VMM直接安装在物理服务器之上而无须先安装操作系统的预装模式。在安装了VMM之后，再在VMM上安装其他操作系统（如Windows、Linux等）。由于VMM“看起来”是直接安装在物理计算机上的，所以称为裸金属架构，例如KVM、Xen、VMware ESX。
目前，普遍认为裸金属架构的性能要比寄生架构高。很多资料都宣传说，裸金属架构是直接运行在物理硬件之上的，无须通过Host OS，所以性能更高。
虚拟化解决方案的底部是要进行虚拟化的机器。这台机器可能直接支持虚拟化，也可能不会直接支持虚拟化；那么就需要系统管理程序 层的支持。系统管理程序，或称为 VMM，可以看作是平台硬件和操作系统的抽象化。在某些情况中，这个系统管理程序就是一个操作系统；此时，它就称为主机操作系统.
系统管理程序之上是客户机操作系统，也称为虚拟机（VM）。这些 VM 都是一些相互隔离的操作系统，将底层硬件平台视为自己所有。但是实际上，是系统管理程序为它们制造了这种假象。
完全虚拟化（full virtualization），也称为原始虚拟化，是另外一种虚拟化方法。这种模型使用一个虚拟机，它在客户操作系统和原始硬件之间进行协调（参见图 3）。\协调\在这里是一个关键，因为 VMM 在客户操作系统和裸硬件之间提供协调。特定受保护的指令必须被捕获下来并在 hypervisor 中进行处理，因为这些底层硬件并不由操作系统所拥有，而是由操作系统通过 hypervisor 共享。
虽然完全虚拟化的速度比硬件仿真的速度要快，但是其性能要低于裸硬件，因为中间经过了 hypervisor 的协调过程。完全虚拟化的最大优点是操作系统无需任何修改就可以直接运行。惟一的限制是操作系统必须要支持底层硬件（例如 PowerPC）。
超虚拟化（paravirtualization）是另外一种流行的虚拟化技术，它与完全虚拟化有一些类似。这种方法使用了一个 hypervisor 来实现对底层硬件的共享访问，还将与虚拟化有关的代码集成到了操作系统本身中（参见图 4）。这种方法不再需要重新编译或捕获特权指令，因为操作系统本身在虚拟化进程中会相互紧密协作。
正如前面介绍的一样，超虚拟化技术需要为 hypervisor 修改客户操作系统，这是它的一个缺点。但是超虚拟化提供了与未经虚拟化的系统相接近的性能。与完全虚拟化类似，超虚拟化技术可以同时支持多个不同的操作系统。
超虚拟化技术可以同时支持多个不同的操作系统。 CloudEx云主机将完全虚拟化与超虚拟化结合，服务器虚拟化将标准的 x86 服务器，包括其现有的处理器、内存、磁盘以及网络设备，转换到一个逻辑运算资源池中，操作系统及其应用程序被隔离到安全、可移动的虚拟机中。Xen 直接安装运行在服务器的硬件（裸机）之上，每台服务器都向虚拟基础架构提供资源。Xen 提供了一个稳固的虚拟化层，这个虚拟化层使得每台服务器上都可以运行多台安全、可移动的虚拟机，而这些虚拟机可同时在一台物理服务器上运行。基于这样的裸机架构，Xen 可以完全控制服务器资源，并将其分配给虚拟机。运行于 Xen 之上的虚拟机具有物理机的性能，并且有着企业级的可扩展性。 优化的Xen 提供细致入微的资源管理方式，利用这种资源管理方式，Xen 可以将物理服务器的资源在多台正在运行的虚拟机之间共享，从而最大限度地利用服务器资源，同时确保虚拟机的隔离。 操作系统级的虚拟化 我们要介绍的最后一种技术是操作系统级的虚拟化，它使用的技术与前面所介绍的有所不同。这种技术在操作系统本身之上实现服务器的虚拟化。这种方法支持单个操作系统，并可以将独立的服务器相互简单地隔离开来
网络虚拟化： 网络虚拟化在服务器硬件和网络硬件中添加了一个软件层，使得服务器网络硬件完全独立。于是，服务器A不再隶属于网络连接点(node)A了，而是可以成为任意网络系统中的任意连接点。这种技术带来的效果是，网络与硬件分离，服务器和网络的应用率都大大提高。
网络虚拟化是使用基于软件的抽象从物理网络元素中分离网络流量的一种方式。网络虚拟化与其他形式的虚拟化有很多共同之处。对网络虚拟化来说，抽象隔离了网络中的交换机、网络端口、路由器以及其他物理元素的网络流量。每个物理元素被网络元素的虚拟表示形式所取代。管理员能够对虚拟网络元素进行配置以满足其独特的需求。网络虚拟化在此处的主要优势是将多个物理网络整合进更大的逻辑网络中。反之，一个物理网络也可以被划分为多个逻辑网络。
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基于OpenFlow为网络带来的可编程的特性，SDN的概念由此诞生:“如果将网络中所有的网络设备视为被管理的资源，那么参考操作系统的原理，可以抽象出一个网络操作系统。这一方面抽象了底层网络设备的具体细节，同时还为上层应用提供了统一的管理视图和编程接口。基于网络操作系统这个平台，用户可以开发各种应用程序，通过软件来定义逻辑上的网络拓扑，以满足对网络资源的不同需求，而无需关心底层网络的物理拓扑结构。”
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IBM存储虚拟化定义： 存储虚拟化是一种具有智能结构的系统，它将允许您以透明有效的方式在磁盘和磁带上存储数据，统一管理磁盘空间，使得您的存储系统能够容纳更多的数据，也使得更多的用户可以共享同一个系统。
虚拟化存储环境下，无论后端物理存储是什么设备，服务器及其应用系统看到的都是其物理设备的逻辑映像。即使物理存储发生变化，这种逻辑映像也不会改变，系统管理员不必再关心后端存储，只需专注于管理存储空间，所有的存储管理操作，例如系统升级、建立和分配虚拟磁盘、改变 RAID 级别、扩充存储空间等都比以前容易的多，存储虚拟化使得存储管理变得轻松简单。
在虚拟存储环境下，存储对用户来说将变得透明，用户可以不必关心存储设备的功能差别、容量大小、设备类型和制造商如何，所有的设备将被统一管理，而且赋予统一的功能如 Flashcopy、远程灾备等。
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