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    發布日期(qi)︰2020-02-20 15:47:00
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      虛擬化(hua)
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    •    你看(kan)完了(liao)嗎?有何(he)感想?有何(he)想法(fa)?好了(liao),雖然我們不能說太多關于文章的主要內容但是這篇文章確實也能在一定的程(cheng)度上幫到你吧,因(yin)為這篇可是企業內部重要機密文件(jian),關于雲(yun)計算的虛擬化(hua)進程(cheng)變化(hua)趨勢在很(hen)大的程(cheng)度上被用(yong)來探討。

       雲(yun)計算(cloud computing),根據維基百科(ke)的解釋為︰是一種基于互聯網的計算方式,通過這種方式,共享(xiang)的軟硬件(jian)資源和(he)信息可以(yi)按需求提供給計算機各種終(zhong)端(duan)和(he)其他設備。其中重點在于共享(xiang)和(he)按需。

        在大多數情(qing)況(kuang)下(xia),我們不能完全利(li)用(yong)到我們花費(fei)重金購買的物理(li)設備的所有資源chu)/p>

        如(ru)何(he)將有限的計算資源做到共享(xiang)和(he)按需,發揮其最大的作用(yong)並攫取回我們在物理(li)設備所投(tou)入的資金?

        如(ru)何(he)將多個廉價的或老(lao)舊(jiu)設備歸(gui)集到一起,以(yi)發揮他們的剩余價值(zhi)?

        如(ru)何(he)將本地的設備共享(xiang)給千里之(zhi)外的同事?

        雲(yun)計算概念提出目的亦是包含(han)了(liao)要解決(jue)這些問(wen)題的答案(an)。

        目前我們主要依靠虛擬化(hua)技(ji)術來解決(jue)將不可切割的硬件(jian)資源抽象和(he)轉換成可二(er)次配置的單元,以(yi)實現更好的配置現有的計算、存儲和(he)網絡等資源chu)?杉紙jin)的雲(yun)計算落地方案(an)基本jiu)弦攬坑諦檳食hua)技(ji)術。

        虛擬化(hua)技(ji)術最早是IBM公司(si)在上世紀60年代末所提出的,當(dang)時 IBM 公司(si)為實現多用(yong)戶對大型(xing)計算機同時交互訪(fang)問(wen)shi)  囊惶妝懷浦zhi)為虛擬機監視器(qi)(Virtual Machine Monitor 簡稱為 VMM)的軟件(jian)。在現在的虛擬化(hua)技(ji)術中,VMM 是運行xing)謨布jian)服務器(qi)和(he)操作系統中間層(ceng)的軟件(jian),它方便同時有多個相同或不同的操作系統和(he)應用(yong)共享(xiang)底層(ceng)硬件(jian)基礎(chu)設施(shi)。在雲(yun)計算中常(chang)提及的Hypervisor與 VMM 具有相同含(han)義,其實質是一種資源配置的管理(li)技(ji)術。

        虛擬化(hua)根據針(zhen)對的對象不同還可分為平台虛擬化(hua),應用(yong)程(cheng)序(xu)虛擬化(hua),資源虛擬化(hua)等。平台虛擬化(hua)是針(zhen)對物理(li)硬件(jian)及操作系統層(ceng)面而言的,根據其實現方式又可分為完全虛擬化(hua)、半(ban)虛擬化(hua)、操作系統級(ji)虛擬化(hua)以(yi)及硬件(jian)輔助虛擬化(hua)等。

        完全虛擬化(hua)(Full virtualization簡稱 FV )

        是指虛擬機模擬了(liao)完整(zheng)的底層(ceng)硬件(jian),使(shi)得(de)為原始硬件(jian)設計的操作系統或其它系統軟件(jian)完全不做任(ren)何(he)修(xiu)改就可以(yi)在虛擬機中xing)誦小TCPU 的完全虛擬化(hua)實現機制中主要依靠了(liao)特(te)權級(ji)壓縮和(he)二(er)進制翻譯(BT)技(ji)術等來實現zhi)摹/p>

      趨勢

        這些技(ji)術出現zhi)腦 yin)和(he) CPU 實現機制有很(hen)大關聯。CPU 對于指令(ling)進行了(liao)分級(ji)處理(li),對于高敏(min)感指令(ling)有單獨的執行區域稱之(zhi)為內核態(tai),用(yong)戶的代碼不能直(zhi)接訪(fang)問(wen)內核態(tai),而這些高敏(min)感代碼則需要執行xing)諛諍頌tai)中,客戶操作系統是無法(fa)直(zhi)接訪(fang)問(wen)內核態(tai)的,所以(yi)需要依靠這些技(ji)術來解決(jue)客戶機的高敏(min)感指令(ling)的執行障(zhang)礙。敏(min)感指令(ling)在操作系統和(he)硬件(jian)之(zhi)間被捕捉(zhuo)處理(li),客戶操作系統無需修(xiu)改,所有軟件(jian)都能在虛擬機中xing)誦小Jshi)用(yong)完全虛擬化(hua)技(ji)術的公司(si)及產品有︰IBM CP/CMS,VirtualBox,VMware Workstation,Parallels, QEMU,Hyper-V 等。

        Paravirtualization 簡稱 PV

        類(lei)似于全虛擬化(hua)。它也是使(shi)用(yong)VMM分享(xiang)存取底層(ceng)的硬件(jian),區別在于它的客戶操作系統集成了(liao)虛擬化(hua)方面的代碼。也就是說半(ban)虛擬化(hua)技(ji)術需要安裝的客戶機的操作系統要進行定制。這無疑是讓用(yong)戶使(shi)用(yong)受到很(hen)大的限制。使(shi)用(yong)該種虛擬化(hua)的架構曾有 Xen 等,但現在還使(shi)用(yong)這種虛擬化(hua)技(ji)術的已經(jing)不多。

        操作系統級(ji)虛擬化(hua)(OS-level virtualization)

        也有人稱之(zhi)為容器(qi)化(hua),是操作系統自(zi)身的一個特(te)性(xing),它允shi)磯喔魷嗷?ge)離的用(yong)戶空間實dao)拇嬖 @ru)Parallels Virtuozzo Containers、OpenVZ、LXC以(yi)及類(lei)Unix系統上的chroot,Solaris上的Zone都是使(shi)用(yong)了(liao)該技(ji)術。這種虛擬化(hua)技(ji)術在當(dang)前應用(yong)還是比較多的,例如(ru)當(dang)前售賣 VPS 的商(shang)家中有部分就是使(shi)用(yong)的 OpenVZ 的架構;主流的 Docker 是基于 LXC 開發的一種容器(qi)工具;Android 手機的雙域功能基本jiu)隙嗍腔LXC 技(ji)術實現zhi)摹5 欽庵旨ji)術有很(hen)大的限制那就是客戶機內核版本不能升級(ji),操作系統類(lei)型(xing)也得(de)和(he)宿主機相同,這讓用(yong)戶對客戶機系統和(he)內核的選擇受到了(liao)很(hen)大的限制,如(ru)前文所講它的本質依舊(jiu)是用(yong)戶空間實體和(he)組管理(li)。但隨著(zhou)技(ji)術的發展,它在輕量化(hua)的應用(yong)場景(jing)上應該也有著(zhou)不錯的前景(jing)。

        硬件(jian)輔助虛擬化(hua)(Hardware virtualization)

        利(li)用(yong)硬件(jian)(主要是CPU)輔助處理(li)敏(min)感指令(ling)以(yi)實現完全虛擬化(hua)的功能,客戶操作系統無需修(xiu)改。例如(ru)VMware Workstation,Xen,KVM產品或架構都是應用(yong)了(liao)該技(ji)術。當(dang)前市(shi)場中的幾(ji)乎所有的主流硬件(jian)都是支持硬件(jian)輔助虛擬化(hua)技(ji)術的。VMM 技(ji)術的出現,可能要歸(gui)功于 X86 架構從誕生時帶來的問(wen)題——不支持虛擬化(hua)。

        CPU 的演進一直(zhi)兼容著(zhou)之(zhi)前的指令(ling)集,在 X86 架構的祖先 Intel 8086 誕生時沒有設計虛擬化(hua)相關的指令(ling),所以(yi)X86 架構在一段wen)奔淅鋃際遣恢?鐘布jian)虛擬化(hua)的。直(zhi)至 Intel 在 2005 年發布了(liao) IVT技(ji)術,如(ru)果(guo)你不細究也可以(yi)認為就是 VT-x 。Intel 的 VT-x 技(ji)術為 CPU 添加上了(liao)虛擬化(hua)技(ji)術的一個指令(ling)集,VT-x有助于提高基于軟件(jian)的虛擬化(hua)解決(jue)方案(an)的靈活性(xing)與穩定性(xing)。

        通過按照純(chun)軟件(jian)虛擬化(hua)的要求消(xiao)除 VMM 代表客戶操作系統來听取、中斷與執行特(te)定指令(ling)的需要,不僅能夠有效減少 VMM 干預,還為 VMM 與客戶操作系統之(zhi)間的傳(chuan)輸平台控制提供了(liao)有力的硬件(jian)支持,這樣在需要 VMM干預時bao)  迪指涌燜佟 煽亢he)安全的切換。對應的 AMD 發布了(liao)相應的自(zi)家硬件(jian)輔助虛擬化(hua)技(ji)術稱之(zhi)為 AMD-V。

        X86架構的硬件(jian)輔助虛擬化(hua)結(jie)合(he)Linux全虛擬化(hua)解決(jue)方案(an)已是當(dang)前主流成熟(shu)的虛擬化(hua)解決(jue)方案(an),這也是為什麼我們在好多的雲(yun)產品部署(shu)要求中可以(yi)看(kan)到 CPU 需要支持基于Intel VT /AMD-V以(yi)上X86指令(ling)集架構的原因(yin)。

        我們對于雲(yun)產品的選擇上會(hui)去(qu)看(kan)它的出生,當(dang)前現狀(zhuang)以(yi)及未來情(qing)況(kuang)。就以(yi)上幾(ji)點而言 KVM 無疑是比較好的選擇。它雖生在了(liao)以(yi)色列,但是過繼給了(liao)Red Hat這個開源社區的領(ling)軍人物。之(zhi)後Red Hat便舍棄 Xen開始全面扶持 KVM,從 RHEL6 開始 KVM便被默(mo)認內置于內核中。而且 KVM 也針(zhen)對 Linux 平台做了(liao)優化(hua)。在性(xing)能上繼承了(liao)Linux很(hen)好的性(xing)能和(he)伸縮性(xing);在性(xing)能方面,在15年的一篇關于KVM的性(xing)能測試的文章上描述KVM 的性(xing)能相比宿主機而言僅下(xia)降了(liao)1.5%以(yi)內。KVM拓展性(xing)也非常(chang)好,客戶機和(he)宿主機都可以(yi)支持非常(chang)多的 CPU數量和(he)非常(chang)大的內存,可以(yi)過載使(shi)用(yong) CPU和(he)內存,還可借助 KSM 技(ji)術實現對內存的過量使(shi)用(yong),且保(bao)證(zheng)性(xing)能依舊(jiu)非常(chang)不錯。KVM 社區活躍,可見未來前景(jing)依舊(jiu)不錯。

        由于KVM僅是一個簡單的虛擬化(hua)模塊,它的易用(yong)性(xing)並不高。這里我們可以(yi)使(shi)用(yong)OpenStack來作為它的一個上層(ceng)建築,用(yong)以(yi)更便捷的實施(shi)、部署(shu)以(yi)及使(shi)用(yong)。OpenStack適用(yong)于各種規模的集群環境chang) 岣壞墓δ薌ji)乎支持所有的虛擬化(hua)管理(li)程(cheng)序(xu),不論是開源的(Xen與KVM)還是廠(chang)商(shang)的(Hyper-V與VMware),這個特(te)色讓它可以(yi)滿足(zu)公共雲(yun)和(he)私有xing)yun)用(yong)戶及運營商(shang)的需求。

        目前而言,有95%的OpenStack平台由 KVM驅(qu)動,這讓它開箱使(shi)用(yong)時就能擁有不俗的表現。 OpenStack社區活躍,讓其技(ji)術更易跟(gen)上科(ke)技(ji)發展的潮流技(ji)術,從而能夠繼續引領(ling)時代發展的步伐(fa)。所以(yi)說選擇OpenStack作為雲(yun)計算解決(jue)方案(an)不失為一個明智的選擇。

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