虚拟化

什么是虚拟化?

虚拟化是一个过程,可从单一的物理系统资源池创建多个模拟的计算环境。这一过程通常用于在同一硬件系统上同时运行多个操作系统。

硬件与软件彼此独立

通过虚拟化,曾经只能以物理形式呈现的资源(如服务器、存储设备或桌面系统等)可抽象为数字形式。此技术使物理硬件与其上运行的软件独立开来。这可以将大型系统的资源分割成更小、更高效、更易共享的多个部分,从而提高硬件资源的利用效率。然后,这些部分可通过虚拟机 (VM) 分配给多个不同的应用和具有不同需求的用户。这项技术最常见的用途之一是运行其他操作系统才能运行的应用,但区别在于无需特定的硬件系统。

打破对物理硬件的依赖和限制

虚拟化还消除了对任何单一硬件的依赖,因此提供了更大的灵活性和控制力。与在专用机器上运行时无异,在 VM 上运行的应用可以访问相同的硬件和软件资源。然而,即便它们可以在同一主机系统上运行,但每个 VM 均处于隔离状态,这为其他 VM 及主机提供了进一步的安全保护。

虚拟化的历史

虚拟化的历史可以追溯到 20 世纪 60 年代的大型机时代,当时这些巨大的硬件每次只能处理一个进程。逐渐地,客户开始要求这些重大投资成果能够同时支持一个以上的用户或流程。20 世纪 60 年代末,IBM 开发出了 CP-67 操作系统,这便是早期的虚拟机监控程序,将虚拟内存引入了该公司的 System 360 服务器系列。其他允许多个用户同时使用一台服务器的解决方案也不断涌现,但虚拟化作为一项利基技术在数十年内的发展一直停滞不前。

20 世纪 90 年代,由于众多企业面临着紧跟单一供应商 IT 堆栈和旧式应用的挑战,他们意识到需要更高效地利用以往未充分利用的服务器资源。利用虚拟化技术,他们不仅可以更高效地对服务器基础设施进行分区,而且可以在不同的操作系统类型和版本上运行旧式应用。由于大型网络由许多运行不同操作系统的不同类型的计算机组成,因此互联网的发展推动了虚拟化的采用。随着虚拟化的应用日益普及,它使服务器不受供应商束缚,并为云计算的发展奠定了基础。

虚拟化如何运作?

虚拟化通过一个名为虚拟机监控程序的软件层实现。该软件能够提取主机系统的资源 - 无论是 CPU、GPU、内存、存储空间还是网络带宽 - 并根据收到的资源请求,为系统上运行的一些虚拟机 (VM) 动态分配资源。每个 VM 均作为一个单一的数据文件在主机系统上运行,可轻松地从一个系统移动到另一个系统,甚至移动到云环境中,并且再次打开时工作方式不变。

虚拟化的类型

随着虚拟化技术的不断发展,它的应用也日益广泛。

  • 服务器虚拟化是虚拟化技术目前在市场上最常见的应用。由于服务器可以处理大量任务,因此对其进行分区以使其组件能够更高效地用于整个系统的多种功能,可以使诸多组织大受裨益。
  • 存储虚拟化由虚拟存储系统管理的一组服务器组成。此系统管理着来自多个来源的存储,并将其作为一个单一的存储池,而不考虑主机系统之间的任何硬件差异。这一虚拟化应用可以让执行备份、归档和恢复任务变得更轻松。
  • 应用虚拟化将应用与运行应用的操作系统和硬件分离开来。最终用户通常在瘦客户端上访问虚拟化应用,而应用本身则在通过互联网连接的数据中心服务器上运行。这可以让运行需要旧版本操作系统的应用变得更轻松,而不会为其他系统资源带来风险。
  • 桌面虚拟化也称为虚拟桌面基础设施 (VDI),是将用户的桌面环境通过镜像处理“复刻”到一个基于软件的系统中,用户可通过互联网远程访问。物理工作空间的所有要素都存储在服务器上,因此最终用户可获得相似的使用体验,而不受所用设备的影响。所有用户数据和程序均位于主机服务器上,而非在最终用户的设备上。
  • 网络虚拟化将虚拟网络与其底层硬件分离开来。虚拟交换机负责处理网络的所有管理问题。借助网络虚拟化,管理员可以更轻松地配置和分配资源,从而获得更出色、更稳定的网络性能。

虚拟化的常见用途

无论是中小型企业还是大型企业,任何规模的企业都能够从虚拟化中受益。尽管最初上手时可能看似非常复杂,但虚拟化带来的长期收益值得这一投入。

虚拟化可帮助企业更高效地利用 IT 基础设施。多个 VM 或 VDI 可以托管于一台服务器硬件上,这不仅能够削减硬件利用率过低带来的成本,而且还可以减少能源和冷却成本。此外,由于手头的硬件较少,维护和资产生命周期管理也变得更加轻松。

对于许多远程或混合工作环境日益增多的公司而言,服务器虚拟化至关重要。借助 VDI、远程桌面服务 (RDS)、虚拟桌面以及类似技术,工作人员可获得可靠的性能并轻松访问工作所需的文件和数据,从而保持较高的工作效率。

灾难恢复 (DR) 是虚拟化的另一个常见用途。相比备份大量专用机器上的数据,备份有限服务器上 VM 文件所需的时间要短得多。此外,使用虚拟化技术,在发生硬件故障或其他灾难时,可以更轻松地将数据转移到其他物理机上。

在软件或应用开发方面,虚拟化降低了成本,并简化了向开发团队提供新资源的过程。新的 VM 不仅可以快速启动,而且独立于底层基础设施以及同一主机上的其他 VM 实例。这样一来,开发环境中的任何问题都不会对系统的其他部分造成影响。

虚拟机的安全优势不仅仅表现在开发和测试流程中。如要访问可疑的文件或数据,您可以在一个隔离的环境或“沙盒”中运行所需的应用,这可以最大限度地降低使用到的系统资源和存储。通过这种方式将软件和应用彼此分离,有助于防止恶意软件或其他威胁在系统中传播。

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