不竭動力：云計算中虛擬化管理詳解

2011-04-20 10:11:49

云計算

虛擬化 本文將介紹虛擬化的發(fā)展歷程、云計算時代的虛擬化技術(shù)、服務器虛擬化、應用程序虛擬化以及System Center對虛擬化的管理，本文的重點在于虛擬化管理，因為這是我們在實際應用中落地的東西。

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虛擬化是一個廣義的術(shù)語，在計算機方面通常是指計算元件在虛擬的基礎(chǔ)上而不是真實的基礎(chǔ)上運行，將一個計算機資源從另一個計算機資源中分離出來的一種技術(shù)。從當前的技術(shù)發(fā)展趨勢上來看，虛擬化和數(shù)據(jù)中心自動化是私有云的兩大技術(shù)基礎(chǔ)。一個云計算的應用必定是基于虛擬化的，將硬件變成服務要看產(chǎn)品在虛擬化的能力，只有在虛擬化的環(huán)境下，云才是可能。本文將介紹虛擬化的發(fā)展歷程、云計算時代的虛擬化技術(shù)、服務器虛擬化、應用程序虛擬化以及System Center對虛擬化的管理，本文的重點在于虛擬化管理，因為這是我們在實際應用中落地的東西。

虛擬化發(fā)展歷程：

虛擬化的概念在 20 世紀 60 年代首次出現(xiàn)，利用它可以對屬于稀有而昂貴資源的大型機硬件進行分區(qū)。隨著時間的推移，微型計算機和 PC 可提供更有效、更經(jīng)濟的方法來分配處理能力，因此到 20 世紀 80 年代，虛擬技術(shù)已不再廣泛使用。

但是到了20 世紀 90 年代，研究人員開始探索如何利用虛擬化解決與廉價硬件激增相關(guān)的一些問題，例如，利用率不足、管理成本不斷攀升和易受攻擊等?，F(xiàn)在，虛擬化技術(shù)處于時代前沿，可以幫助企業(yè)升級和管理他們在世界各地的 IT 基礎(chǔ)架構(gòu)并確保其安全。虛擬化技術(shù)可以擴大硬件的容量，簡化軟件的重新配置過程。 CPU的虛擬化技術(shù)可以單CPU模擬多CPU并行，允許一個平臺同時運行多個操作系統(tǒng)，并且應用程序都可以在相互獨立的空間內(nèi)運行而互不影響，從而顯著提高計算機的工作效率。

云計算的平臺包括三類服務：軟件基礎(chǔ)實施即服務IaaS、平臺即服務PaaS、軟件即服務SaaS，而這三類服務的基礎(chǔ)則是虛擬化平臺，其關(guān)系結(jié)構(gòu)如下圖1所示：
 

▲ 云計算技術(shù)服務模式圖

毫無疑問，虛擬化正在重組IT工業(yè)，同時它也正在支撐起云計算，如果把云計算單純理解虛擬化，其實也并為過，因為沒有虛擬化的云計算，是不可能實現(xiàn)按需計算的目標的。

虛擬化技術(shù)

虛擬化是資源的邏輯表示，這種表示不受物理限制的約束，它的主要目標是對包括基礎(chǔ)設(shè)施、系統(tǒng)和軟件等IT資源的表示、訪問、配置和管理進行簡化，并為這些資源提供標準的接口來接收輸入和提供輸出。

虛擬化技術(shù)包括兩個層面，其一是硬件層面的虛擬化，其二是軟件層面的虛擬化。實際上，我們通常所說的虛擬化是指服務器虛擬化技術(shù)，除此之外，在應用層、表示層、桌面、存儲和網(wǎng)絡都可以做全方位的虛擬化，虛擬化的類型可以用下圖2來表示：

▲ 虛擬化的類型

(1)網(wǎng)絡虛擬化

網(wǎng)絡虛擬化通常包括虛擬局域網(wǎng)和虛擬專用網(wǎng)。虛擬局域網(wǎng)是其典型的代表，它可以將一個物理局域網(wǎng)劃分成多個虛擬局域網(wǎng)，或者將多個物理局域網(wǎng)中的節(jié)點劃分到一個虛擬局域網(wǎng)中，這樣提供一個靈活便捷的網(wǎng)絡管理環(huán)境，使得大型網(wǎng)絡更加易于管理，可以通過集中配置不同位置的物理設(shè)備來實現(xiàn)網(wǎng)絡的最優(yōu)化。

虛擬專用網(wǎng)幫助管理員維護IT環(huán)境，防止來自內(nèi)網(wǎng)或者外網(wǎng)中的威脅，使用戶能夠快速、安全地訪問應用程序和數(shù)據(jù)。目前虛擬專用網(wǎng)在大量的辦公環(huán)境中使用。

(2)存儲虛擬化

存儲虛擬化就是為主機創(chuàng)建物理存儲資源的過程。通過虛擬化技術(shù)，多個存儲介質(zhì)模塊(如硬盤、RAID)通過一定的手段集中管理起來，所有的存儲模塊在一個存儲池中得到統(tǒng)一管理。Redundant Array of independent Disk,(RAID)技術(shù)是虛擬化存儲技術(shù)的雛形，目前使用的存儲還有Network Attached Storage(NAS)和Storage Area Network(SAN)。

(3)桌面虛擬化

桌面虛擬化技術(shù)，維基百科上給出的定義是：“Desktop virtualization (或者成為Virtual Desktop Infrastructure) 是一種基于服務器 的計算模型，并且借用了傳統(tǒng)的瘦客戶端 的模型，但是讓管理員與用戶能夠同時獲得兩種方式的優(yōu)點：將所有桌面虛擬機在數(shù)據(jù)中心進行托管并統(tǒng)一管理;同時用戶能夠獲得完整PC的使用體驗。桌面虛擬化最大的好處在于能夠使用軟件從集中位置來配置PC及其它客戶端設(shè)備，這樣方便了企業(yè)用戶集中管理計算機，運維部門可以在數(shù)據(jù)中心加強對應用軟件、系統(tǒng)補丁、殺毒軟件的管理和控制。

(4)表示層虛擬化

在本地計算機顯示和操作遠程計算機桌面，在遠程計算機執(zhí)行存儲信息和程序，一般通過終端服務來實現(xiàn)。

(5)應用虛擬化

在一臺計算機上顯示和操作計算機桌面，在另一臺計算機上執(zhí)行程序和存儲信息。

目前在微軟的虛擬化產(chǎn)品線中，已經(jīng)有了服務器虛擬化、應用虛擬化、桌面虛擬化、表示層虛擬化產(chǎn)品，如下圖3所示：

▲ 微軟虛擬化產(chǎn)品

服務器虛擬化

服務器虛擬化可以說是最為熟悉的，就是讓多個操作系統(tǒng)和應用程序同時運行在不同的虛擬機上，而這些虛擬機建立在同一個物理服務器上。但是一個服務器上的虛擬服務器的數(shù)量取決于硬件的能力，所有虛擬服務器共享相同的硬件上，但是相互獨立運行，單獨的虛擬服務器可以自行升級、啟動，不會影響到其他虛擬服務器。

服務器虛擬化解決了存在物理服務器環(huán)境下問題，通過虛擬化層可以隔離同一臺機器上、不同操作系統(tǒng)中運行的程序，避免資源的沖突。另外，服務器虛擬化可以動態(tài)移動沒有充分利用的硬件資源到最需要應用的程序中，從而提高底層硬件資源的利用率。

Windows Server Hyper-v是微軟的服務器虛擬化技術(shù)，可以將多個服務器角色整合成單一物理機上執(zhí)行不同的虛擬機，也可以利用Hyper-v在單一服務器中執(zhí)行不同的操作系統(tǒng)的服務器，如windows、Unix、Linux等。Hyper-V的體系結(jié)構(gòu)如下圖4所示：

▲ Hyper-v 體系結(jié)構(gòu)

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應用程序虛擬化

應用程序虛擬化通過為所有共享資源創(chuàng)建特定于應用程序的副本解決了這一問題。應用程序與其操作系統(tǒng)中其他應用程序共享但容易出現(xiàn)問題的內(nèi)容--注冊表項、特定 DLL 等等均與應用程序打包在一起，從而形成一個虛擬應用程序。虛擬應用程序在部署后，將使用自己的共享資源副本，應用程序虛擬化如下圖5所示：

▲應用程序虛擬化

應用程序虛擬化能夠顯著提高部署簡易性。應用程序在 DLL 版本或其環(huán)境的其他共享方面不再存在沖突，因此，在部署新應用程序之前，無需測試它們與現(xiàn)有應用程序之間是否存在沖突。Microsoft Application Virtualization，簡稱為 App-V，是 Microsoft 針對此領(lǐng)域提供的技術(shù)。App-V 管理員可以創(chuàng)建虛擬應用程序，然后根據(jù)需要進行部署。通過提供系統(tǒng)核心部分的抽象視圖，應用程序虛擬化可以減少部署和更新應用程序所需的時間和費用。

微軟在2008年底發(fā)布了MDOP 2008 R2，MDOP是桌面優(yōu)化套件(Microsoft Desktop Optimization Pack)的縮寫。MDOP中提供了一套用于優(yōu)化客戶端桌面環(huán)境的組件，其中最有名的就是應用程序虛擬化App-V(Application Virtualization)。App-V允許用戶通過網(wǎng)絡獲得一個軟件的虛擬運行環(huán)境，然后無需安裝軟件，直接可以在虛擬環(huán)境中運行軟件。

App-V的強大功能及靈活應用吸引了不少管理員的關(guān)注，試想，如果企業(yè)中使用了App-V，那很多用戶將無需安裝種類繁多的軟件。只要在一臺模板計算機上把常用軟件都封裝好，然后打包到App-V服務器上，用戶就可以直接從App-V服務器下載軟件的整個運行環(huán)境。由于軟件運行是在虛擬的環(huán)境中進行，用戶不用擔心兼容性問題，甚至在單機上不太可能出現(xiàn)的場景也可以在App-V中輕易實現(xiàn)，例如用戶同時運行Office95和Office2007。

虛擬化管理之System Center

虛擬化以后，企業(yè)的IT環(huán)境變得更加復雜，如物理機和虛擬機環(huán)境下的硬件資源管理，不同虛擬化技術(shù)組合使用，如何對虛擬化的資源進行管理以及高效的管理，這些問題都是虛擬化后對IT帶來的挑戰(zhàn)。

目前主流的虛擬化提供商均能提供相應的管理產(chǎn)品和技術(shù)，微軟在這方面主要通過System Center及其系列產(chǎn)品來實現(xiàn)對虛擬化的管理。System Center 可管理整個 IT 系統(tǒng)，它可在多個操作系統(tǒng)(如 UNIX 和 Linux)間處理虛擬和物理環(huán)境，而這僅需一個統(tǒng)一界面，它可利用虛擬化允許任何地點的人員訪問資源。System Center有四個核心產(chǎn)品：System Center Virtual Machine Manager(SCVMM)、System Center Configuration Manager(SCCM)、System Center Operation Manager(SCOM)、System Center Data Projection Manager(SCDPM)，如下圖5所示：
 

▲System Center核心產(chǎn)品

SCVMM

為當今虛擬化的數(shù)據(jù)中心，提供了一個全面的管理解決方案，幫助您集中管理的 IT 基礎(chǔ)設(shè)施，提高服務器利用率，以及跨多個物理和虛擬平臺的資源動態(tài)優(yōu)化。

▲SCVMM

SCCM

SCCM是一款跨物理、虛擬、分布式和移動環(huán)境對Windows服務器、客戶計算機和設(shè)備進行全面接入部署全面評估、部署和更新的解決方案。它針對 Windows進行了 優(yōu)化，并具備持續(xù)可擴展性，是獲得 IT 系統(tǒng)進行全面管理與加強控制的理想選擇。

▲SCCM

SCOM

SCOM提供了最好的用于 Microsoft Windows 的端到端的服務管理，從而幫助您提高效率和更好的控制 IT 環(huán)境.

▲SCOM

SCDPM

是 Windows 備份及恢復的新標準，利用無縫整合的磁盤和磁帶介質(zhì)，為 Microsoft 應用程序和文件服務器提供持續(xù)的數(shù)據(jù)保護。System Center Data Protection Manager 為不同規(guī)模的組織帶來可靠的快速恢復服務。

▲SCDPM

除此之外，還有System Center Mobile Device Manager和System Center Essentials 2007 。

總結(jié)

虛擬化是最近幾年非常熱門的一個技術(shù)話題，本文簡要介紹了虛擬化技術(shù)的發(fā)展歷程，虛擬化技術(shù)的分類，在虛擬化技術(shù)中，重點介紹了服務器虛擬化和應用程序虛擬化，我們通常所說的虛擬化均指服務器虛擬化，但是應用虛擬化是未來的一個方向，最后介紹了微軟虛擬化管理工具—System Center，鑒于篇幅，介紹的相對簡單一些。

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文章題目：不竭動力：云計算中虛擬化管理詳解
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