虛擬化與云計算技術研究

【摘要】 云計算是隨著信息技術的發展而產生的新興計算模式和商業模式，它自提出以來就備受關注，并取得了快速發展。而在云計算的發展過程中，虛擬化技術往往與其密切相關。本文通過介紹虛擬化與云計算技術的內涵以及虛擬化技術在云計算中的具體應用，闡述了在云計算平臺構建過程中虛擬化技術的關鍵作用以及二者的技術關聯。

【關鍵詞】 虛擬化 云計算 服務器 存儲 網絡

一、引言

隨著信息技術的高速發展和計算需求的日益膨脹，云計算技術應運而生。作為一種新興的計算模式和商業模式，云計算在提高大規模計算能力、優化資源分配效率、降低運營維護成本等方面有著顯著優勢。而在云計算從概念階段轉向實用階段的過程中，虛擬化技術總是隨之相伴，相輔相成。虛擬化技術和云計算分別有何內涵？虛擬化技術在云計算中如何具體實現？二者有著怎樣的關聯？這些都成為值得探討的問題。

二、虛擬化技術

從上世紀50年代虛擬化概念的提出，到上世紀60年代虛擬化技術在IBM大型機上實現商用，從虛擬內存到Java虛擬機，再到目前服務器虛擬化技術的蓬勃發展，都為虛擬化技術這一抽象晦澀的概念注入了豐富的內涵。虛擬是相對真實而言的，虛擬化就是使原來運行在真實環境中的計算機系統或者組件運行在虛擬環境中。虛擬化技術為資源創造虛擬版本，例如操作系統、計算機系統、存儲設備、網絡資源等，它是資源的邏輯表示，并且不受物理限制的約束。

在虛擬化技術中，被虛擬化的實體是各種計算機資源，按照資源類型的不同，可以將虛擬化分為以下幾種類型：

2.1基礎設施虛擬化

基礎設施虛擬化主要包括處理器虛擬化、存儲虛擬化、網絡虛擬化等。通過基礎設施的虛擬化，可以將有限的硬件資源虛擬成多個基礎平臺，每個虛擬化平臺獨立為用戶提供動態伸縮的服務，而這種虛擬化對用戶來說是不可見的，用戶無需關心基礎設施的具體實現方式。

2.2系統虛擬化

作為目前被最廣泛認識和接受的一種虛擬化技術，系統虛擬化通過將操作系統和物理機分離，實現了在一臺物理計算機上同時安裝和運行一個或多個虛擬的操作系統，而這種虛擬化對于操作系統內部的應用程序來說是透明的。

2.3軟件虛擬化

軟件虛擬化主要分為應用虛擬化和高級語言虛擬化。其中，應用虛擬化通過將操作系統與應用程序解除耦合，實現了應用程序在虛擬環境中的運行。高級語言虛擬化則解決了可執行程序在不同系統平臺下的遷移問題。

三、云計算技術

“云”可以看作一種“資源池”，它由很多可以自我管理、自我維護的虛擬計算資源組成，這些資源通常是一些大型服務器集群，包括存儲服務器、計算服務器、軟件和應用等。云計算通過軟件對這些計算資源進行集中管理，并將這些高度虛擬化的資源動態地交付給用戶使用。

在云計算模式下，用戶只需借助輕量級客戶端接入互聯網，就可以完成各項計算任務，例如軟件使用、科學計算、程序開發以及應用托管等等。云計算平臺的基礎設施對用戶來說是不可見的，用戶無需關心如何對其進行部署或維護。

云計算可以從以下三個層面為用戶提供服務：

3.1基礎設施即服務（Infrastructure as a Service，IaaS）

基礎設施即服務可以向用戶提供最基本的基礎設施資源，用戶可以直接利用這些虛擬化的存儲資源、計算資源和網絡資源構建自己的平臺和應用，而無需自行購買、部署、和維護硬件設備及相關系統。

3.2平臺即服務（Platform as a Service，PaaS）

平臺即服務是指將豐富的“云中間件”資源作為服務提供給用戶使用，這些資源包括數據庫、操作系統、應用容器等。用戶可以利用這些資源來開發和部署自己的應用，但是不能對底層的基礎設施進行控制和管理。

3.3軟件即服務（Software as a Service，SaaS）

軟件即服務就是將軟件以云服務的形式提供給用戶，用戶無需管理和維護軟件運行的底層環境，無需對軟件進行開發或部署，只要通過云用戶終端接入互聯網就可以使用云服務供應商提供的軟件服務。

四、虛擬化技術在云計算中的應用

虛擬化技術打破了底層設備之間的物理壁壘，體現了物理資源向邏輯可管理資源演進的必然趨勢，為云計算技術的實現提供了重要支撐。虛擬化通過解除物理設備和邏輯業務之間的耦合，形成了強大的資源配置能力；云計算則利用虛擬化所提供的這些能力，將各種IT資源以服務的形式通過互聯網交付用戶使用。虛擬化技術在云計算中的應用主要有以下幾個方面：

4.1服務器虛擬化

服務器虛擬化就是將系統虛擬化技術應用于服務器上，通過將操作系統、上層軟件和底層物理設備解耦，實現在單一物理服務器上運行多個虛擬服務器，不同虛擬服務器之間即共享資源，又相互隔離。虛擬服務器可以根據實際需求動態調整其所分配的硬件資源，提高資源的配置效率。

云計算平臺應該具有資源按需分配、動態伸縮、負載均衡、高可用性、高性能等特性，基于服務器虛擬化技術構建的云計算平臺可以很好的實現這些特性。利用服務器虛擬化技術，可以將現有物理服務器虛擬成一個龐大的“云資源池”，云計算平臺可以動態配置和調用“云資源池”的各種資源，通過互聯網交付用戶使用。

4.2存儲虛擬化

存儲虛擬化是虛擬化技術的重要組成部分，它通過對存儲服務或存儲子系統的內部功能進行抽象、隱匿或者隔離，實現了資源物理存儲和邏輯映像的分離，從而提供了一副統一、無縫的資源虛擬視圖。從用戶角度看，虛擬化的存儲資源就像一個龐大的“存儲資源池”，用戶看不到具體的存儲磁盤，也無需知道數據具體被存儲在哪些設備當中。

將存儲虛擬化技術應用于云計算平臺，不但可以大幅提高存儲資源的分配和管理效率，還可以實現云用戶終端的去存儲化，即云終端不再需要具體的存儲設備，通過互聯網即可使用云端提供的存儲服務。

4.3網絡虛擬化

無論是存儲資源的虛擬化，還是計算資源的虛擬化，最終都是通過網絡的形式為用戶提供服務。網絡虛擬化可以實現不同用戶組對同一物理網絡的訪問，在邏輯上對其進行一定的隔離，使不同用戶組保持相對獨立，以確保網絡安全。網絡虛擬化技術可以把多個封閉的用戶組設置在單一物理設備上，確保整個網絡保持高度的安全性、實用性、可擴展性和可管理性。虛擬化網絡具有“獨立于網絡硬件”、“忠實復制物理網絡模式”、“虛擬網絡、物理網絡與控制平面安全隔離”、“可編程網絡預配置與預控制”等特征，這些特征可以保證云計算平臺更好地應對服務器虛擬化、存儲虛擬化等技術對網絡帶來的挑戰。

五、結束語

云計算技術突破了物理結構的壁壘，高效整合和利用了各項基礎設施資源，為未來信息產業的發展帶來了新的機遇。而虛擬化技術作為云計算的基礎和核心，成為了云計算技術實現的關鍵。

可以說，虛擬化技術是實現云計算的重要基石，沒有虛擬化技術作為支撐，云計算就難以實現；而云計算技術的發展，又可以進一步推動了虛擬化技術的成熟和完善。

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