云計算中虛擬化技術(shù)的應(yīng)用

唐孝國

（銅仁職業(yè)技術(shù)學(xué)院 貴州 銅仁 554300）

1 引言

在計算機領(lǐng)域發(fā)展當(dāng)中，云計算技術(shù)一直被用來探索提升傳統(tǒng)計算機的運行能力，通過與虛擬化技術(shù)的結(jié)合，可以為計算機技術(shù)的發(fā)展提供新的思路，與傳統(tǒng)單一技術(shù)相比，融合技術(shù)顯現(xiàn)出更加明顯的包容性和實用性，能夠更好地面對靈活多變的應(yīng)用場景，滿足更多的技術(shù)要求，因此，將云計算技術(shù)與虛擬化技術(shù)相結(jié)合，將是未來計算機技術(shù)發(fā)展的重要方向之一，值得在這一方面投入更多的資金和資源[1]。

2 云計算中的虛擬化技術(shù)

2.1 虛擬化技術(shù)的由來

隨著計算機技術(shù)的快速進(jìn)步，當(dāng)前計算機的計算能力也有著較為明顯的提升，與此對應(yīng)的，人們對于計算機的應(yīng)用能力尤其是適用性的要求也越來越高，傳統(tǒng)計算機往往只能運行一個計算機操作系統(tǒng)，只可以為應(yīng)用提供單一的運行環(huán)境，這就使傳統(tǒng)計算機一般只能運行一個應(yīng)用，再開啟更多應(yīng)用時會彼此產(chǎn)生沖突而導(dǎo)致問題。而虛擬化技術(shù)可以更好的滿足人們的應(yīng)用，借助計算機性能的提升和虛擬化技術(shù)的應(yīng)用，用戶可以在同一臺計算機中同時運行多種不同的系統(tǒng)，能夠給予應(yīng)用多個運行環(huán)境，從而使得多個應(yīng)用可以同時運行而不會產(chǎn)生沖突。需要注意的是，虛擬化技術(shù)可以幫助連接多個計算機終端，使彼此之間的數(shù)據(jù)可以得到匯總和實時傳輸共享，充分提高信息資源的利用效率[2]。目前來看，云計算與虛擬化技術(shù)的結(jié)合還存在許多不完善的地方，但毫無疑問的是，未來隨著計算機綜合性能的不斷更新?lián)Q代，這些問題都能夠得到妥善解決。

2.2 虛擬化技術(shù)分類

在計算機系統(tǒng)中，從底層至高層依次可分為硬件層、操作系統(tǒng)層、函數(shù)庫層、應(yīng)用程序?qū)?，虛擬化可發(fā)生在上述四層中的任一層，基于不同的抽象層次，可以將虛擬化技術(shù)分為硬件抽象層虛擬化、操作系統(tǒng)層虛擬化、庫函數(shù)層虛擬化和編程語言層虛擬化[3]。

硬件抽象層上的虛擬化，主要是基于虛擬硬件抽象層來創(chuàng)建虛擬機，將和物理機相同或相近的硬件抽象層展現(xiàn)在客戶機操作系統(tǒng)中。對該層虛擬化技術(shù)實現(xiàn)，能夠?qū)⒁慌_物理計算機虛擬出一臺或多臺虛擬計算機，不同虛擬機有各自配套的虛擬硬件，從而具備獨立的虛擬機執(zhí)行環(huán)境，各自可安裝不同的操作系統(tǒng)，因此又稱為系統(tǒng)級虛擬化。按照實現(xiàn)方法的不同，系統(tǒng)級虛擬化又主要可分為仿真、完全虛擬化和類虛擬化等三種不同的實現(xiàn)方案；按照實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，還可以將當(dāng)前系統(tǒng)級虛擬化中的主流虛擬化技術(shù)分為Hypervisor模型、宿主模型和混合模型。其中，Hypervisor模型的典型應(yīng)用是面向企業(yè)級的VMware vSphere，宿主模型的典型應(yīng)用是KVM、VirtualBox和VMware Workstation，混合模型的典型應(yīng)用是Xen。

操作系統(tǒng)層上的虛擬化，主要是指操作系統(tǒng)內(nèi)核能夠提供多個互相隔離的用戶態(tài)實例，對于用戶而言，這些用戶態(tài)實例能夠看做一臺真實的計算機，其具有自身獨立的網(wǎng)絡(luò)、文件系統(tǒng)、庫函數(shù)以及系統(tǒng)設(shè)置。操作系統(tǒng)層虛擬化具備高效性，其性能開銷和虛擬化資源開銷非常小，且不需要硬件的特殊支持。但其靈活性相對較小，表現(xiàn)為不同容器中操作系統(tǒng)必須為同一種操作系統(tǒng)。典型的應(yīng)用是目前最主流的容器系統(tǒng)Docker，相對于笨重的系統(tǒng)級虛擬化，輕量級的Docker技術(shù)具備諸多優(yōu)點。一是可以更高效地使用系統(tǒng)資源，由于容器不需要進(jìn)行硬件虛擬以及運行完整操作系統(tǒng)等額外開銷，一臺同樣配置的宿主機，可以運行更多數(shù)量的容器應(yīng)用。二是具有更快速的啟動時間，由于容器直接運行于宿主內(nèi)核，無需啟動完整的操作系統(tǒng)，因此可以做到秒級、甚至毫秒級啟動。

庫函數(shù)層上的虛擬化，主要是通過虛擬化操作系統(tǒng)的應(yīng)用級庫函數(shù)的服務(wù)接口，使得應(yīng)用程序在無需修改的情況下，實現(xiàn)與不同操作系統(tǒng)的無縫對接運行，從而提高系統(tǒng)間的互操作性。一個典型的應(yīng)用是在Ubuntu系統(tǒng)中，利用Wine這樣的工具在Linux中模擬Windows的庫函數(shù)接口，就可以使Windows中的微信、QQ等應(yīng)用程序正常在Linux上運行。

編程語言層上的虛擬化，這一類虛擬機的運行態(tài)是一個進(jìn)程級的作業(yè)，且這些程序所針對的是一個虛擬體系結(jié)構(gòu)，程序代碼首先被編譯為針對該虛擬體系結(jié)構(gòu)的中間代碼，再由虛擬機的運行時支持系統(tǒng)翻譯為硬件的機器語言進(jìn)行執(zhí)行。我們熟知的JVM（Java Virtual Machine）就是這類虛擬機的典型應(yīng)用[4]。

3 云計算中虛擬化技術(shù)應(yīng)用場景

3.1 網(wǎng)絡(luò)的虛擬化

云計算中的虛擬技術(shù)包括對網(wǎng)絡(luò)的虛擬化處理，通過將網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行虛擬化，可以為用戶提供虛擬局域網(wǎng)和專用網(wǎng)兩個單獨運行的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。在目前的信息處理過程中，由于所需處理的網(wǎng)絡(luò)信息太過龐大，因此需要對分散的用戶信息進(jìn)行集中，網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)可以將多個局域網(wǎng)集中在一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之上，使得所有經(jīng)過這些局域網(wǎng)進(jìn)行傳輸?shù)男畔⒍伎梢栽谕粋€網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中進(jìn)行查閱和管理。

3.2 存儲的虛擬化

大量的信息上傳和存儲需要更大的存儲空間來進(jìn)行支持，隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，各種信數(shù)據(jù)呈爆炸式指數(shù)級增長，對現(xiàn)有硬件設(shè)備的存儲提出了原來越高的要求，單純依賴硬件存儲已經(jīng)變得不現(xiàn)實，因此也需要對存儲進(jìn)行虛擬化。利用存儲的虛擬化技術(shù)，可以在主機的硬件存儲空間之外單獨再開拓出容量巨大的云存儲空間，用戶可以將多種類型的信息進(jìn)行上傳和儲存，解決了不同信息與存儲設(shè)備之間存在的不兼容問題，也可以為用戶節(jié)省大量的硬件購置成本[5]。同時，還可大大提高信息數(shù)據(jù)的安全性，一般來講，將信息儲存在硬件設(shè)施當(dāng)中，如果出現(xiàn)意外斷電等狀況，很容易導(dǎo)致存儲區(qū)域出現(xiàn)異常而導(dǎo)致信息丟失，這對于用戶來說必然是巨大損失，而云空間則不受這些因素的影響，即便因為用戶的錯誤操作導(dǎo)致信息丟失，也能夠通過云平臺中的文件恢復(fù)技術(shù)機制進(jìn)行找回，減少因操作失誤而導(dǎo)致的損失。

3.3 計算機應(yīng)用程序的虛擬化

在以往的應(yīng)用程序運行環(huán)境當(dāng)中，由于操作系統(tǒng)需要將有限的資源分配給多個主機，剩下的性能在處理多個具備同樣信息的應(yīng)用時容易出現(xiàn)嚴(yán)重的沖突問題，嚴(yán)重時會導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，數(shù)據(jù)大量丟失。因此，有必要對計算機應(yīng)用程序進(jìn)行虛擬化處理，所謂計算機應(yīng)用程序的虛擬化，就是在操作系統(tǒng)和信息文件之外單獨建立一個封閉的運行環(huán)境，在運行具有同樣信息的應(yīng)用時，用戶可以將其分開在兩個系統(tǒng)當(dāng)中，確保彼此之間不會出現(xiàn)沖突。

3.4 虛擬化技術(shù)的安全性考慮

雖然虛擬化技術(shù)能夠幫助人們脫離硬件設(shè)施的限制而單獨構(gòu)建專門的云空間來儲存信息，但需要注意的是，由于信息都儲存在網(wǎng)絡(luò)空間中，因此在技術(shù)手段允許的情況下，不法分子可以通過有組織的網(wǎng)絡(luò)攻擊來破壞原有的安全協(xié)議，導(dǎo)致系統(tǒng)被破壞以后，大量的信息被泄露和竊取，使用戶蒙受巨額損失[6]。因此，在使用虛擬化技術(shù)保存信息的同時，也要注重構(gòu)建專門的信息保護(hù)系統(tǒng)。首先，云計算信息管理中心應(yīng)當(dāng)根據(jù)自身條件建立專門的安全人才隊伍，負(fù)責(zé)對主機以及主機內(nèi)的信息進(jìn)行定期常態(tài)化的檢查和維護(hù)，確保不會因為使用年限的延長而出現(xiàn)問題。除此之外，也要投入人力和物力來建立專門的網(wǎng)絡(luò)安全防火墻，將目前已知的主流網(wǎng)絡(luò)攻擊手段進(jìn)行備案，并制定出完善的預(yù)防預(yù)警方案，使得在遭受網(wǎng)絡(luò)攻擊時能夠第一時間采取應(yīng)對措施，不會陷入到束手無策的地步。當(dāng)然，也要定期對硬件設(shè)施進(jìn)行維護(hù)和更換，對操作系統(tǒng)進(jìn)行更新?lián)Q代，對操作人員進(jìn)行專業(yè)化培訓(xùn)。

4 虛擬化技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

在當(dāng)前許多云計算數(shù)據(jù)管理中，都需要花費大量的成本來建設(shè)和維護(hù)主機系統(tǒng)，特別是網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中數(shù)不勝數(shù)的數(shù)據(jù)信息需要大量的主機來進(jìn)行傳輸和儲存，并且在可預(yù)見的未來，數(shù)據(jù)量會實現(xiàn)幾何指數(shù)式的增長，如果沒有新技術(shù)的應(yīng)用來幫助提升數(shù)據(jù)處理效率，那么很快數(shù)據(jù)管理中心就會被龐大的運營成本所壓垮，而虛擬化技術(shù)則很好地解決了這一問題。

4.1 節(jié)約資源和成本

在傳統(tǒng)的云計算數(shù)據(jù)處理中心建設(shè)過程中，往往需要投入巨大的成本來購置大量的硬件主機，而且要配置龐大的人才隊伍來進(jìn)行操作和維護(hù)，整個過程所耗費的資金數(shù)量非常龐大，通過合理利用虛擬化技術(shù)，可以將原本需要多個主機來運行的操作都高度集中在一臺主機上進(jìn)行，這就使得數(shù)據(jù)處理中心所需要購置的主機數(shù)量大幅度減少，甚至只需要原本的一小部分主機就能夠滿足當(dāng)前的數(shù)據(jù)處理任務(wù)，與此相應(yīng)的，管理中心也不需要雇傭太多的技術(shù)人員來進(jìn)行維護(hù)和管理，整個管理中心的能源消耗成本也會明顯降低，不僅如此，虛擬化技術(shù)可以有效地提升信息處理的速度和效率，能夠給管理中心帶來更多的經(jīng)濟效益。

4.2 方便管理和維護(hù)

在虛擬化技術(shù)的加持之下，原本需要大量主機完成的信息處理工作都可以在遠(yuǎn)程構(gòu)建的云空間和封閉的虛擬化空間中運行，操作人員可隨時隨地使用終端設(shè)備來查看和調(diào)用所儲存的信息，極大的提高了處理效率，克服了硬件設(shè)施帶來的諸多限制[7]。其次，通過虛擬化技術(shù)對信息的集中處理，日后在對信息的調(diào)用和分析時也會變得更加的方便快捷，省去了漫長的信息檢索和提取過程。除此之外，虛擬化技術(shù)允許人們在其中構(gòu)建虛擬的云空間來儲存信息，與儲存在硬件當(dāng)中的信息不同，云空間當(dāng)中儲存的信息不會因為外部不可抗力的作用而損失，只要用戶依然保有云空間的使用權(quán)限，就能夠隨時隨地的上傳和下載信息，帶給人們的方便是不言而喻的。

5 總結(jié)

綜上所述，在未來高度智能化的新時代，會有越來越多的新興技術(shù)加入到生產(chǎn)生活當(dāng)中并發(fā)揮巨大的作用，隨著云計算中虛擬化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，信息的傳輸門檻變得越來越低，過往需要多個主機才能完成運算的應(yīng)用場景，如今只需要一臺主機即可，許多信息傳輸?shù)倪^程都發(fā)生在專門構(gòu)建的云平臺之上，不再需要大量的硬件設(shè)施和人員投資。如今，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣，需要不斷開發(fā)新的信息傳輸和儲存技術(shù)，因此，未來在云計算的虛擬化技術(shù)方面還要進(jìn)行更多的投入和研發(fā)，才能夠真正滿足不斷擴大的市場需求。