試論云計(jì)算中虛擬化技術(shù)的應(yīng)用

摘要：隨著科技的發(fā)展，云計(jì)算已成為互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)里程碑。它對(duì)整個(gè)IT產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了巨大的影響。本文介紹了虛擬化技術(shù)以及與之相關(guān)的與相關(guān)的管理技術(shù)和管理對(duì)象，并闡明虛擬化技術(shù)與云的關(guān)系，完成云管理平臺(tái)的架構(gòu)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；虛擬化；VMControl；數(shù)據(jù)

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 （2012） 23-0000-03

“世界正在變得更小、更扁平，而且變得更智能?！?/p>

我們賴以生存的地球就像有“智慧”的生命系統(tǒng)，由越來越多的人、越來越多的組織機(jī)構(gòu)和自然系統(tǒng)相互連接而成，人類正在以前所未有的自由度來構(gòu)建、匯集、整合和連接存在于任何地方的各類資源。

新型構(gòu)想為整個(gè)世界帶來更高的智能化—讓每個(gè)人、每個(gè)企業(yè)、每個(gè)組織和機(jī)構(gòu)更好、更高效地溝通，構(gòu)建“智慧的地球”。云計(jì)算應(yīng)運(yùn)而生，云計(jì)算將使信息技術(shù)行業(yè)發(fā)生重大變革……，對(duì)改變?nèi)藗児ぷ鞣绞胶推髽I(yè)運(yùn)營產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。云計(jì)算可以：（1）隨時(shí)隨地提供可以大規(guī)模擴(kuò)展的計(jì)算資源；（2）簡(jiǎn)化服務(wù)的交付；（3）實(shí)現(xiàn)新商業(yè)模式的快速創(chuàng)新；（4）為新一代數(shù)據(jù)中心提供動(dòng)態(tài)基礎(chǔ)架構(gòu)。

1 云計(jì)算的演變

事實(shí)上，云計(jì)算的演變從1990年左右開始，經(jīng)歷了網(wǎng)格計(jì)算、效用計(jì)算、軟件即服務(wù)（SaaS）幾個(gè)階段。我們可以這樣定義云計(jì)算： 云計(jì)算是一種計(jì)算模式，在這種模式中，應(yīng)用、數(shù)據(jù)和IT資源以服務(wù)的方式通過網(wǎng)絡(luò)提供給用戶使用。云計(jì)算也是一種基礎(chǔ)架構(gòu)管理的方法論，大量的計(jì)算資源組成IT資源池，用于動(dòng)態(tài)創(chuàng)建高度虛擬化的資源提供用戶使用。

在云計(jì)算模式下，計(jì)算工作由位于互聯(lián)網(wǎng)中的計(jì)算資源來完成，用戶只需要連入互聯(lián)網(wǎng)，借助輕量級(jí)客戶端，例如手機(jī)、瀏覽器，就可以完成各種計(jì)算任務(wù)，包括程序開發(fā)、科學(xué)計(jì)算、軟件使用乃至應(yīng)用的托管。提供這些計(jì)算能力的資源對(duì)用戶是不可見的，用戶無需關(guān)心如何部署或維護(hù)這些資源，因此，這些資源被比喻為“云”。“云”就像是一個(gè)發(fā)電廠，只是它提供的不是電力，而是計(jì)算機(jī)的計(jì)算、應(yīng)用和管理能力。只要通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，并得到授權(quán)，您就可以使用這些能力和資源了。

2 云計(jì)算解決方案

該解決方案可以對(duì)企業(yè)現(xiàn)有的基礎(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行整合，通過虛擬化技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)，構(gòu)建企業(yè)自己擁有的云計(jì)算中心，實(shí)現(xiàn)企業(yè)硬件資源和軟件資源的統(tǒng)一管理、統(tǒng)一分配、統(tǒng)一部署、統(tǒng)一監(jiān)控和統(tǒng)一備份，打破應(yīng)用對(duì)資源的獨(dú)占，從而幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)云計(jì)算理念。

云計(jì)算解決方案由以下部分構(gòu)成：

需要納入云計(jì)算中心的軟硬件資源。硬件可以包括x86或Power的機(jī)器、存儲(chǔ)服務(wù)器、交換機(jī)和路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。軟件可以包括各種操作系統(tǒng)、中間件、數(shù)據(jù)庫及應(yīng)用，如AIX、Linux、DB2、WebSphere、Lotus、Rational等。

云計(jì)算管理軟件及IBM Tivoli管理軟件。云計(jì)算管理軟件由IBM云計(jì)算中心開發(fā)，專門用于提供云計(jì)算服務(wù)。

云計(jì)算咨詢服務(wù)、部署服務(wù)及客戶化服務(wù)。云計(jì)算解決方案可以按照客戶的特定需求和應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行二次開發(fā)，使云計(jì)算管理平臺(tái)與客戶已有軟件硬件進(jìn)行整合。

云計(jì)算可以向用戶提供虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)。用戶可以自己定義虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)的構(gòu)成，如服務(wù)器配置、數(shù)量，存儲(chǔ)類型和大小，網(wǎng)絡(luò)配置等等。用戶通過自服務(wù)界面提交請(qǐng)求，每個(gè)請(qǐng)求的生命周期由平臺(tái)維護(hù)。

3 虛擬化技術(shù)定義與目的

云計(jì)算的目的是將不同的IT資源以服務(wù)的方式通過互聯(lián)網(wǎng)交付給用戶。計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、軟件開發(fā)、系統(tǒng)測(cè)試、系統(tǒng)維護(hù)和各種豐富的應(yīng)用服務(wù)，都將像水和電一樣方便地被使用，并可按量計(jì)費(fèi)。虛擬化實(shí)現(xiàn)了IT資源的邏輯抽象和統(tǒng)一表示，在大規(guī)模數(shù)據(jù)中心管理和解決方案交付方面發(fā)揮著巨大的作用，是支撐云計(jì)算偉大構(gòu)想的最重要的技術(shù)基石。

3.1 虛擬化定義

虛擬化是一個(gè)廣義的專業(yè)術(shù)語，指的是計(jì)算各元件在虛擬的基礎(chǔ)上卻并非真實(shí)的基礎(chǔ)上運(yùn)行，是一種將管理簡(jiǎn)化，資源優(yōu)化的解決方案。虛擬化實(shí)現(xiàn)了IT資源的抽象邏輯和統(tǒng)一表示，在大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心管理和解決方案交付方面發(fā)揮著巨大的作用。猶如寬闊、通風(fēng)透氣的辦公大廈，幾乎所有的樓層都沒有墻壁，用戶可以用相同的成本構(gòu)造出更加舒適的辦公空間，即節(jié)省了成本，又發(fā)揮空間最大使用率。IT領(lǐng)域中的虛擬化技術(shù)就是將這些有限、固定的資源根據(jù)各種不同的需求重新進(jìn)行規(guī)劃從而達(dá)到最大利用率的思路。虛擬化技術(shù)不但能擴(kuò)大硬件的容量，而且能簡(jiǎn)化軟件的重新配置過程。中央處理器CPU的虛擬化技術(shù)可以單CPU模擬多個(gè)CPU并行，一個(gè)平臺(tái)能夠同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，并且應(yīng)用程序都能在各自獨(dú)立的空間內(nèi)運(yùn)行而互不干擾，因此計(jì)算機(jī)的工作效率得到大幅度的提升。

虛擬化技術(shù)和多任務(wù)以及超線程技術(shù)是各不相同的。多任務(wù)是指在一個(gè)操作系統(tǒng)中多個(gè)程序同時(shí)并行運(yùn)行，而在虛擬化技術(shù)中，可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，并且每一個(gè)操作系統(tǒng)中都有多個(gè)程序運(yùn)行，每一個(gè)操作系統(tǒng)都運(yùn)行在一個(gè)虛擬的CPU或者是虛擬主機(jī)上；而超線程技術(shù)只是單CPU模擬雙CPU來平衡程序運(yùn)行性能，這兩個(gè)模擬出來的CPU是不能分離的，只能相互協(xié)同工作。虛擬化技術(shù)與“VMware Workstation”等也能達(dá)到虛擬效果的應(yīng)用軟件是不一樣的，其在技術(shù)的飛躍與進(jìn)步，著重體現(xiàn)在降低軟件虛擬機(jī)相關(guān)開銷和支持更廣更多元化的操作系統(tǒng)方面。

通常為更貼切地理解虛擬化技術(shù)，定義如下：

“虛擬化是以某種用戶和應(yīng)用程序都可以很容易從中獲益的方式來表示計(jì)算機(jī)資源的過程，而不是根據(jù)這些資源的實(shí)現(xiàn)、地理位置或物理包裝的專有方式來表示它們。換句話說，它為數(shù)據(jù)、計(jì)算能力、存儲(chǔ)資源以及其他資源提供了一個(gè)邏輯視圖，而不是物理視圖?！薄狫onathan Eunice，IlluminataInc。

“虛擬化是表示計(jì)算機(jī)資源的邏輯組（或子集）的過程，這樣就可以用從原始配置中獲益的方式訪問它們。這種資源的新虛擬視圖并不受實(shí)現(xiàn)、地理位置或底層資源的物理配置的限制?！薄猈ikipedia 。

“虛擬化：對(duì)一組類似資源提供一個(gè)通用的抽象接口集，從而隱藏屬性和操作之間的差異，并允許通過一種通用的方式來查看并維護(hù)資源?！薄狾pen Grid Services Architecture Glossary of Terms。

3.2 虛擬化目的

虛擬化的主要目的是簡(jiǎn)化IT 基礎(chǔ)設(shè)施，簡(jiǎn)化對(duì)資源和對(duì)資源管理的訪問。

云計(jì)算借助虛擬化技術(shù)的靈活性，提高資源的利用率，簡(jiǎn)化了資源，服務(wù)的管理和維護(hù)，減少了數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營成本。消費(fèi)者可以是一名最終用戶、應(yīng)用程序、訪問資源或與資源進(jìn)行交互的服務(wù)。資源是一個(gè)提供一定功能的實(shí)現(xiàn)，它可以基于標(biāo)準(zhǔn)的接口接受輸入和提供輸出。資源既可以作為硬件，如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、儀器、磁盤；也可以作為軟件，如Web 服務(wù)。消費(fèi)者使用受虛擬資源支持的標(biāo)準(zhǔn)接口對(duì)資源訪問，當(dāng)IT 基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)生瞬間變化時(shí)，也能將對(duì)消費(fèi)者的破壞降到最低。例如，最終用戶能輕松快捷地應(yīng)用這些技巧，來源于他們與虛擬資源完成交互的方式并沒有任何改變。如果底層物理資源發(fā)生了變化，也不會(huì)受到影響。同時(shí)，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)接口并沒有發(fā)生變化，應(yīng)用程序也無需要升級(jí)或應(yīng)用補(bǔ)丁。通過將操作系統(tǒng)和應(yīng)用從服務(wù)器硬件設(shè)備隔離開，病毒與其他安全威脅無法感染其他應(yīng)用。

虛擬化減少了消費(fèi)者與資源之間的耦合程度，使IT 基礎(chǔ)設(shè)施的總體管理相應(yīng)簡(jiǎn)化，消費(fèi)者也不必依賴于資源的特定實(shí)現(xiàn)。通過這種松耦合關(guān)系，在保障管理工作對(duì)消費(fèi)者產(chǎn)生最少影響的基礎(chǔ)上，管理員可以實(shí)現(xiàn)對(duì)IT 基礎(chǔ)設(shè)施的管理操作，可手工完成，半自動(dòng)地完成，或通過服務(wù)級(jí)協(xié)定“SLA”驅(qū)動(dòng)自動(dòng)完成。

在此基礎(chǔ)上，虛擬化技術(shù)可以廣泛地應(yīng)用在網(wǎng)格計(jì)算中，實(shí)現(xiàn)IT 基礎(chǔ)設(shè)施的共享和管理，動(dòng)態(tài)提供符合各類不同用戶和應(yīng)用程序的資源需求，提供對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的簡(jiǎn)化訪問。虛擬化核心在于脫離硬件依賴，這種趨勢(shì)的形成是以網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用為主要基礎(chǔ)，都是不可忽視的，通過對(duì)軟件的簡(jiǎn)化和開發(fā)來實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用價(jià)值。

4 虛擬化管理

4.1 VMControl的價(jià)值

簡(jiǎn)化虛擬化環(huán)境管理：從管理虛擬化技術(shù)自身過渡到管理客戶的工作負(fù)載。整合各類型平臺(tái)虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一性虛擬化管理，使客戶應(yīng)用到現(xiàn)有環(huán)境。利用云計(jì)算虛擬化技術(shù)構(gòu)建彈性、動(dòng)態(tài)分配、可靠、融合不同云資源的空間數(shù)據(jù)中心，將大量存儲(chǔ)資源、計(jì)算劃分到云系統(tǒng)資源池統(tǒng)一管理與分配。根據(jù)用戶各類服務(wù)需求，將數(shù)據(jù)、資源、應(yīng)用、存儲(chǔ)空間以服務(wù)的方式通過網(wǎng)絡(luò)彈性提供給不同的用戶，具有在線遷移、快速部署等服務(wù)器管理功能達(dá)到投資、性能最優(yōu)化及確保服務(wù)的透明性、高可用性和可擴(kuò)展性。幫助客戶逐步實(shí)現(xiàn)目標(biāo)如下：（1）降低管理成本；（2）提高資源利用率；（3）保持業(yè)務(wù)連續(xù)性和高可用性；（4）使基礎(chǔ)架構(gòu)能適應(yīng)快速變化的業(yè)務(wù)。

4.2 VMControl基本概念—虛擬映像、系統(tǒng)池

虛擬映像包括映像內(nèi)容（操作系統(tǒng)/中間件/應(yīng)用軟件）、映像描述符、多個(gè)獨(dú)立的虛擬映像所組成得復(fù)合映像。其格式遵守DMTF（標(biāo)準(zhǔn)化組織）定義的開放虛擬化格式（OVF）。

系統(tǒng)池是將計(jì)算資源匯聚在一起，通過多租戶模式服務(wù)多個(gè)消費(fèi)者。在物理上，資源以分布式的共享方式存在，但最終在邏輯上以單一整體的形式呈現(xiàn)給用戶。系統(tǒng)池的管理與單系統(tǒng)管理相似，管理成本較低，是云計(jì)算在其基礎(chǔ)架構(gòu)上的模型。系統(tǒng)池的優(yōu)良特性：（1）高可用性。（2）較高的性能。（3）較低的能耗。（4）業(yè)務(wù)連續(xù)性。（5）方便的系統(tǒng)升級(jí)。

4.3 VMControl—虛擬機(jī)管理、虛擬映像管理

虛擬機(jī)管理功能：包括虛擬機(jī)發(fā)現(xiàn)、庫存信息收集、健康狀態(tài)報(bào)告、更新管理、虛擬機(jī)及虛擬農(nóng)場(chǎng)生命周期管理 （創(chuàng)建， 刪除， 修改等）、虛擬機(jī)遷移（動(dòng)態(tài)遷移/靜態(tài)遷移）、跨平臺(tái)虛擬化支持、PowerVM、z/VM、VMware、Xen。

數(shù)據(jù)中心工作負(fù)載映像管理：包括抓取工作負(fù)載、定制工作負(fù)載、部署工作負(fù)載。虛擬映像管理功能大大提高了應(yīng)用部署的效率。

4.4 VMControl映像管理 —獲取、部署

捕獲虛擬服務(wù)器：包括可啟動(dòng)的磁盤映像復(fù)制到映像存儲(chǔ)庫、描述虛擬服務(wù)器的映像描述數(shù)據(jù)成為虛擬映像的一部分。

部署虛擬設(shè)備：包括虛擬映像中的映像描述數(shù)據(jù)用于創(chuàng)建虛擬服務(wù)器，分配所需的平臺(tái)資源、可啟動(dòng)的磁盤映像被復(fù)制，并且鏈接到選中的主機(jī)系統(tǒng)、虛擬服務(wù)器從可啟動(dòng)的磁盤映像啟動(dòng)，并且在初始啟動(dòng)中進(jìn)行配置。

4.5 系統(tǒng)池管理

（1）優(yōu)化映像部署：復(fù)合映像表示需要多個(gè)虛擬機(jī)相互配合的工作負(fù)載，系統(tǒng)池的智能部署引擎優(yōu)化映像部署。（2）動(dòng)態(tài)資源調(diào)整：包括從未使用的資源池中分配，從其他虛擬機(jī)所占資源中分配。（3）工作負(fù)載遷移：包括在目標(biāo)機(jī)器中為遷移負(fù)載分配合適的資源，創(chuàng)建新分區(qū)（4）高可用工作負(fù)載：虛擬服務(wù)器在系統(tǒng)池的主機(jī)間進(jìn)行遷移，一旦主機(jī)發(fā)生故障，立即重啟虛擬服務(wù)器，自動(dòng)將虛擬服務(wù)器配置在合適的主機(jī)上重啟，將虛擬服務(wù)器造成的影響控制在最低點(diǎn)。（5）能源優(yōu)化：將分散的活動(dòng)分區(qū)調(diào)整為較少的服務(wù)器、將當(dāng)前沒有負(fù)載運(yùn)行的系統(tǒng)關(guān)閉。

VMControl助力“云計(jì)算”表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）簡(jiǎn)化基礎(chǔ)設(shè)施、減少管理需求。（2）降低系統(tǒng)數(shù)量來增強(qiáng)整體可靠性、減少總體擁有成本。（3）提高系統(tǒng)利用率、節(jié)約硬件成本、減少物理設(shè)備需求。（4）簡(jiǎn)化系統(tǒng)部署、提供標(biāo)準(zhǔn)化的服務(wù)（5）逐步縮短動(dòng)態(tài)部署時(shí)間、提高系統(tǒng)自治能力。（6）通過將基礎(chǔ)架構(gòu)資源池化并打破一個(gè)應(yīng)用一臺(tái)物理機(jī)的藩籬，虛擬化大幅提升了資源利用率。

6 虛擬化安全防范

云數(shù)據(jù)中心虛擬化應(yīng)用具有復(fù)雜、多樣、動(dòng)態(tài)遷移與配置、安全性要求高的特點(diǎn)。結(jié)合不同設(shè)備、應(yīng)用、服務(wù)虛擬化特點(diǎn)，制定不同級(jí)別的安全策略并及時(shí)調(diào)整、補(bǔ)充，確保策略具備較強(qiáng)的可實(shí)施性，才能確保云數(shù)據(jù)中心虛擬化應(yīng)用安全。

首先，應(yīng)加強(qiáng)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的虛擬化安全建設(shè)水平，根據(jù)虛擬網(wǎng)絡(luò)安全特性、傳輸數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)，將云安全設(shè)備與系統(tǒng)模塊分割成若干臺(tái)邏輯安全設(shè)備，并在邏輯網(wǎng)絡(luò)內(nèi)使用獨(dú)立的數(shù)據(jù)通道，同時(shí)通過設(shè)置虛擬防火墻、虛擬網(wǎng)絡(luò)安全策略來保障虛擬網(wǎng)絡(luò)的安全性。其次，云數(shù)據(jù)的加密、安全認(rèn)證等策略可確保數(shù)據(jù)不被識(shí)別竊取。也能利用全面掃描云系統(tǒng)漏洞、虛擬機(jī)漏洞和惡意軟件，通過漏洞補(bǔ)丁與系統(tǒng)殺毒來提高云應(yīng)用安全。此外，應(yīng)加強(qiáng)云數(shù)據(jù)中心虛擬化安全系統(tǒng)的監(jiān)控與審核，通過修補(bǔ)安全漏洞來提高云虛擬化安全等級(jí)。加強(qiáng)虛擬化災(zāi)難恢復(fù)與安全風(fēng)險(xiǎn)控制體系建設(shè)，減少因安全問題而引發(fā)災(zāi)難對(duì)云數(shù)據(jù)中心的影響，并確保及時(shí)恢復(fù)因數(shù)據(jù)、策略、應(yīng)用、管理、服務(wù)等引發(fā)的的云系統(tǒng)安全故障

7 結(jié)束語

科技發(fā)展無止境，虛擬化與云計(jì)算作為“智慧的信息技術(shù)”的重要組成部分，已成為當(dāng)今信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域最受矚目的新興概念。虛擬化這項(xiàng)將引起信息技術(shù)變革、促使產(chǎn)業(yè)格局重新劃分、改變企業(yè)和個(gè)人使用信息資源方式的先進(jìn)技術(shù)越來越受到業(yè)界和科研部門的重視，云計(jì)算也從一個(gè)新興事物逐漸滲透到信息產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。在產(chǎn)業(yè)界，各大公司投入大量資源研究和開發(fā)云計(jì)算產(chǎn)品，其新興技術(shù)和產(chǎn)品正在不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的信息服務(wù)產(chǎn)品也在向云計(jì)算模式轉(zhuǎn)型，真正實(shí)現(xiàn)彈性、靈活、安全、低碳、智能、可擴(kuò)展的虛擬化云數(shù)據(jù)中心，提供滿意、高效、安全、經(jīng)濟(jì)的個(gè)性化服務(wù)。

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