什么是虛擬化技術(shù)

在計(jì)算機(jī)中，虛擬化是一種資源管理技術(shù)，是將計(jì)算機(jī)的各種實(shí)體資源，如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)存及存儲(chǔ)等，予以抽象、轉(zhuǎn)換后呈現(xiàn)出來(lái)，打破實(shí)體結(jié)構(gòu)間的不可切割的障礙，使用戶可以比原本的組態(tài)更好的方式來(lái)應(yīng)用這些資源。這些資源的新虛擬部份是不受現(xiàn)有資源的架設(shè)方式，地域或物理組態(tài)所限制。一般所指的虛擬化資源包括計(jì)算能力和資料存儲(chǔ)。

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虛擬化技術(shù)分為哪些

1.硬件虛擬化

2.虛擬機(jī)（Virtual machine或VM)，可以像真實(shí)機(jī)器一樣運(yùn)行程序的計(jì)算機(jī)的軟件實(shí)現(xiàn)

• 便攜式應(yīng)用程序，允許程序在便攜式設(shè)備中運(yùn)行而不用在操作系統(tǒng)中安裝
• 跨平臺(tái)虛擬化，允許針對(duì)特定CPU或者操作系統(tǒng)的軟件不做修改就能運(yùn)行在其他平臺(tái)上，例如Wine
• 虛擬設(shè)備，運(yùn)行于虛擬化平臺(tái)之上，面向應(yīng)用的虛擬機(jī)映像
• 模擬器
• 完全虛擬化，敏感指令在操作系統(tǒng)和硬件之間被捕捉處理，客戶操作系統(tǒng)無(wú)需修改，所有軟件都能在虛擬機(jī)中運(yùn)行，例如IBM CP/CMS，VirtualBox，VMware Workstation
• 硬件輔助虛擬化，利用硬件（主要是CPU）輔助處理敏感指令以實(shí)現(xiàn)完全虛擬化的功能，客戶操作系統(tǒng)無(wú)需修改，例如VMware Workstation，Xen，KVM
• 部分虛擬化，針對(duì)部分應(yīng)用程序進(jìn)行虛擬，而不是整個(gè)操作系統(tǒng)
• 準(zhǔn)虛擬化/超虛擬化（paravirtualization），為應(yīng)用程序提供與底層硬件相似但不相同的軟件接口，客戶操作系統(tǒng)需要進(jìn)行修改，例如早期的Xen
• 操作系統(tǒng)級(jí)虛擬化，使操作系統(tǒng)內(nèi)核支持多用戶空間實(shí)體，例如Parallels Virtuozzo Containers，Unix-like系統(tǒng)上的chroot，Solaris上的Zone
• 平臺(tái)虛擬化，將操作系統(tǒng)和硬件平臺(tái)資源分割開
• 應(yīng)用程序虛擬化，在操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序間建立虛擬環(huán)境

3.虛擬內(nèi)存，將不相鄰的內(nèi)存區(qū)，甚至硬盤空間虛擬成統(tǒng)一連續(xù)的內(nèi)存地址

4.存儲(chǔ)虛擬化，將實(shí)體存儲(chǔ)空間（如硬盤）分隔成不同的邏輯存儲(chǔ)空間

5.網(wǎng)絡(luò)虛擬化，將不同網(wǎng)絡(luò)的硬件和軟件資源結(jié)合成一個(gè)虛擬的整體

虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（VPN），在大型網(wǎng)絡(luò)（通常是Internet）中的不同計(jì)算機(jī)（節(jié)點(diǎn)）通過加密連接而組成的虛擬網(wǎng)絡(luò)，具有類似局域網(wǎng)的功能

存儲(chǔ)器虛擬化，將網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的隨機(jī)存儲(chǔ)器聚合起來(lái)，形成統(tǒng)一的虛擬內(nèi)存池

6.桌面虛擬化，在本地計(jì)算機(jī)顯示和操作遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)桌面，在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序和儲(chǔ)存信息

7.數(shù)據(jù)庫(kù)虛擬化

8.軟件虛擬化

9.服務(wù)虛擬化

10.虛擬化發(fā)展時(shí)間線

最好不要虛擬化

虛擬化雖好，但在數(shù)據(jù)中心里并不能把所有的東西都拿來(lái)虛擬化。下面所列舉的服務(wù)器就并不適合整合進(jìn)入虛擬化平臺(tái)。

近些年虛擬化技術(shù)對(duì)IT行業(yè)的發(fā)展有很大的幫助，但有時(shí)它并不是萬(wàn)能的。

對(duì)數(shù)據(jù)中心來(lái)說，虛擬化可以節(jié)約成本，最大化利用數(shù)據(jù)中心的容量和更好的保護(hù)數(shù)據(jù)。資源虛擬化管理為CIO提供了有形的指標(biāo)，讓IT部門運(yùn)行更加有效率。

既然虛擬化有這么多的好處，那么問題來(lái)了：虛擬化就一定是好的嗎？

在一些特殊的情況下，虛擬化并不理想。那些數(shù)據(jù)中心里不可或缺的資源就必須部署在物理服務(wù)器。將這些資源放在虛擬化平臺(tái)也不是不能正常工作，但放在物理服務(wù)器是合理的風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避。

虛擬機(jī)原理

虛擬機(jī)是對(duì)真實(shí)計(jì)算環(huán)境的抽象和模擬，VMM 需要為每個(gè)虛擬機(jī)分配一套數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)管理它們狀態(tài)，包括虛擬處理器的全套寄存器，物理內(nèi)存的使用情況，虛擬設(shè)備的狀態(tài)等等。VMM 調(diào)度虛擬機(jī)時(shí)，將其部分狀態(tài)恢復(fù)到主機(jī)系統(tǒng)中。并非所有的狀態(tài)都需要恢復(fù)，例如主機(jī) CR3 寄存器中存放的是 VMM 設(shè)置的頁(yè)表物理地址，而不是 Guest OS 設(shè)置的值。主機(jī)處理器直接運(yùn)行 Guest OS 的機(jī)器指令，由于 Guest OS運(yùn)行在低特權(quán)級(jí)別，當(dāng)訪問主機(jī)系統(tǒng)的特權(quán)狀態(tài)（如寫 GDT寄存器）時(shí)，權(quán)限不足導(dǎo)致主機(jī)處理器產(chǎn)生異常，將運(yùn)行權(quán)自動(dòng)交還給 VMM。此外，外部中斷的到來(lái)也會(huì)導(dǎo)致 VMM 的運(yùn)行。

VMM 可能需要先將 該虛擬機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)寫回到狀態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，分析虛擬機(jī)被掛起的原因，然后代表 Guest OS 執(zhí)行相應(yīng)的特權(quán)操作。最簡(jiǎn)單的情況，如Guest OS 對(duì) CR3 寄存器的修改，只需要更新虛擬機(jī)的狀態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)即可。一般而言，大部分情況下，VMM 需要經(jīng)過復(fù)雜的流程才能完成原本簡(jiǎn)單的操作。最后 VMM 將運(yùn)行權(quán)還給 Guest OS，Guest OS 從上次被中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行，或處理 VMM “塞”入的虛擬中斷和異常。這種經(jīng)典的虛擬機(jī)運(yùn)行方式被稱為 Trap-And-Emulate，虛擬機(jī)對(duì)于 Guest OS 完全透明，Guest OS 不需要任何修改，但是 VMM 的設(shè)計(jì)會(huì)比較復(fù)雜，系統(tǒng)整體性能受到明顯的損害。