虛擬化、云計算、開放源代碼及其他

　　借國慶長假的機(jī)會寫了這篇長文，全面地整理了個人從虛擬化到云計算各個層面的看法。主要的內(nèi)容涉及虛擬化、虛擬化管理、數(shù)據(jù)中心虛擬化、云計算、公有云與私有云、以及開放源代碼。本文的全部內(nèi)容均屬于作者的個人觀點，而不代表任何公司的觀點。歡迎討論。

　　A、虛擬化

　　虛擬化是指在同一臺物理機(jī)器上模擬多臺虛擬機(jī)的能力。每臺虛擬機(jī)在邏輯上擁有獨(dú)立的處理器、內(nèi)存、硬盤和網(wǎng)絡(luò)接口。使用虛擬化技術(shù)能夠提高硬件資源的利用率，使得多個應(yīng)用能夠運(yùn)行在同一臺物理機(jī)上各自擁有彼此隔離的運(yùn)行環(huán)境。

　　虛擬化的也有不同的層次，例如硬件層面的虛擬化和軟件層面的虛擬化。硬件虛擬化指的是通過模擬硬件的方式獲得一個類似于真實計算機(jī)的環(huán)境，可以運(yùn)行一個完整的操作系統(tǒng)。在硬件虛擬化這個層面，又有Full Virtualization全虛擬化，幾乎是完整地模擬一套真實的硬件設(shè)備。大部分操作系統(tǒng)無須進(jìn)行任何修改即可直接運(yùn)行在全虛擬化環(huán)境中。、Partial Virtualization部分虛擬化，僅僅提供了對關(guān)鍵性計算組件或者指令集的模擬。操作系統(tǒng)可能需要做某些修改才能夠運(yùn)行在部分虛擬化環(huán)境中。和Paravirtualization半虛擬化，不對硬件設(shè)備進(jìn)行模擬，虛擬機(jī)擁有獨(dú)立的運(yùn)行環(huán)境，通過虛擬機(jī)管理程序共享底層的硬件資源。大部分操作系統(tǒng)需要進(jìn)行修改才能夠運(yùn)行在半虛擬化環(huán)境中。等不同的實現(xiàn)方式。軟件層面的虛擬化，往往是指在同一個操作系統(tǒng)實例的基礎(chǔ)上提供多個隔離的虛擬運(yùn)行環(huán)境，也常常被稱為容器技術(shù)。

　　在硬件虛擬化的層面，現(xiàn)代的虛擬化技術(shù)通常是全虛擬化和半虛擬化的混合體。常見的虛擬化技術(shù)例如VMWare、Xen和KVM都同時提供了對全虛擬化和半虛擬化的支持。以硬件虛擬化的方式所提供的虛擬機(jī)，通常都在運(yùn)行一個完整的操作系統(tǒng)，在同一臺宿主機(jī)上存在大量相同或者相似的進(jìn)程和內(nèi)存頁，從而導(dǎo)致明顯的性能損耗。目前，通過KSM等技術(shù)可以識別與合并含有相同內(nèi)容的內(nèi)存頁，但是還沒有對大量相同或者相似的進(jìn)程進(jìn)行優(yōu)化處理的有效手段。因此，硬件虛擬化也往往被稱為重量級虛擬化，在同一宿主機(jī)上能夠同時運(yùn)行的虛擬機(jī)數(shù)量是相當(dāng)有限的。在軟件虛擬化的層面，同一宿主機(jī)上的所有虛擬機(jī)共享同一個操作系統(tǒng)實例，不存在由于運(yùn)行多個操作系統(tǒng)實例所造成的性能損耗。因此，軟件虛擬化也往往被稱為輕量級虛擬化，在同一宿主機(jī)上能夠同時運(yùn)行的虛擬運(yùn)行環(huán)境數(shù)量是比較寬松的。以Solaris操作系統(tǒng)上的Container為例，一個Solaris操作系統(tǒng)的實例理論上可以支持多達(dá)8000個Container實際能夠運(yùn)行的Container數(shù)量取決于系統(tǒng)資源和負(fù)載。與此類似，Linux操作系統(tǒng)上的LXC可以輕松地在同一宿主機(jī)上同時支持?jǐn)?shù)量可觀的虛擬運(yùn)行環(huán)境。

　　在虛擬化這個領(lǐng)域，國內(nèi)的公司對硬件虛擬化的興趣較大，在研發(fā)和生產(chǎn)環(huán)境中也大都采用硬件虛擬化技術(shù)。淘寶是國內(nèi)較早地研究并應(yīng)用軟件虛擬化技術(shù)的，他們在淘寶主站的實踐經(jīng)驗表明使用cgroup替代Xen能夠提升資源利用率。至于在一個實際的應(yīng)用場景中到底應(yīng)該選擇硬件虛擬化還是軟件虛擬化，則應(yīng)該重點考慮最終用戶是否需要對操作系統(tǒng)的完全控制權(quán)例如升級內(nèi)核版本。如果最終用戶僅僅需要對運(yùn)行環(huán)境的控制權(quán)例如PaaS層面的各種App Engine服務(wù)，軟件虛擬化可能性價比更高。對于為同一應(yīng)用提供橫向擴(kuò)展能力的應(yīng)用場景，軟件虛擬化也是比較好的選擇。

　　對于需要深入了解虛擬化技術(shù)的技術(shù)人員來說，VMWare發(fā)表的白皮書《Understanding Full Virtualization, Paravirtualization, and Hardware Assist》是一份很好的參考資料。

　　通常來講，能夠直接使用虛擬化技術(shù)的用戶數(shù)量是比較少的。以Linux操作系統(tǒng)為例，能夠進(jìn)行虛擬機(jī)生命周期管理的用戶，一般就是具有訪問libvirt權(quán)限的用戶。在一個公司或者其他實體中，這些用戶通常是系統(tǒng)管理員。

　　B、虛擬化管理

　　早期的虛擬化技術(shù)，解決的是在同一臺物理機(jī)上提供多個相互獨(dú)立的運(yùn)行環(huán)境的問題。當(dāng)需要管理的物理機(jī)數(shù)量較小時，系統(tǒng)管理員可以手動登錄到不同的物理機(jī)上進(jìn)行虛擬機(jī)生命周期管理資源配置、啟動、關(guān)閉等等。當(dāng)需要管理的物理機(jī)數(shù)量較大時，就需要寫一些腳本/程序來提高虛擬機(jī)生命周期管理的自動化程度。以管理和調(diào)度大量物理/虛擬計算資源為目的軟件，稱為虛擬化管理工具。虛擬化管理工具使得系統(tǒng)管理員可以從同一個位置執(zhí)行如下任務(wù)：1對不同物理機(jī)上的虛擬機(jī)進(jìn)行生命周期管理;2對所有的物理機(jī)和虛擬機(jī)進(jìn)行查詢甚至監(jiān)控;3建立虛擬機(jī)命名與虛擬機(jī)實例直接的映射關(guān)系，使得虛擬機(jī)的識別和管理更加容易。Linux操作系統(tǒng)上的VirtManager是一個簡單的虛擬化管理工具。在VMWare產(chǎn)品家族中，VMWare vSphere是一個功能強(qiáng)大的虛擬化管理工具。

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