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前言

如果您想知道云提供商如何在全球范围内运行无数应用程序，而每个应用程序都没有机架服务器，那么答案就在于虚拟化。 它是为云提供支持的核心技术之一，在幕后悄悄工作，使现代计算高效、可扩展且具有成本效益。

在本文中，我将向您介绍虚拟化的真正含义，它在云计算环境中的工作原理，以及为什么它对于任何部署应用程序、管理基础设施或希望做出更明智的架构决策的人来说都是游戏规则的改变者。

了解虚拟化

虚拟化是一个抽象（简化）物理硬件资源并将其呈现为逻辑、隔离的计算环境的过程。这是通过引入一个软件层来实现的，该软件层将应用程序和作系统与物理机分开。

结果是一个虚拟机 （VM），一个独立的系统，具有自己的虚拟 CPU、内存、存储和网络接口，运行在主机的实际硬件之上。

这种简化使得多个 VM 能够在单个物理服务器上共存，每个 VM 独立运行。它显著提高了资源利用率，并构成了 IaaS 和 PaaS 等云服务模型的技术基础。

虚拟化在云计算中的作用

虚拟化在云计算中扮演着多种角色，包括独立于硬件的资源分配和多租户。

• 动态资源分配：虚拟化环境可以根据工作负载需求快速扩展或缩减。
• 硬件独立性：VM 和容器可以在任何兼容的物理主机上运行，从而使云工作负载具有高度可移植性。
• 多租户：单个物理服务器可以安全地托管具有隔离环境的多个租户。

AWS、Azure 和 GCP 等云平台依靠虚拟机管理程序和容器编排工具来大规模部署和管理虚拟化工作负载，确保用户获得可靠且一致的服务，而不管底层基础设施如何。

虚拟化的关键组件

虚拟机管理程序

虚拟机管理程序或虚拟机监视器 （VMM） 是负责创建和运行虚拟机的软件层。它跨多个 VM 分配物理资源（CPU、内存、存储）并管理其执行。

有两种类型的虚拟机管理程序：

• 类型 1（裸机）： 直接在物理硬件上运行，无需主机作系统。示例包括 VMware ESXi 和 Microsoft Hyper-V。这些用于数据中心和云环境，以实现高性能和安全性。
• 类型 2 （托管） ： 在主机作系统上运行。示例包括 VMware Workstation 和 VirtualBox。这些在开发和测试环境中更为常见。

虚拟机管理程序维护资源隔离和公平性，防止一个 VM 独占系统资源或影响其他 VM。

虚拟机 （VM）

虚拟机是软件定义的计算机，其运行方式与物理机类似。每个 VM 都包含一个虚拟化硬件堆栈（CPU、内存、磁盘和 I/O 设备）、一个作系统和带有进程的应用程序。

可以暂停、克隆、跨主机迁移或从快照还原 VM。这种灵活性支持持续交付、灾难恢复和基础设施自动化。

有关虚拟机及其在各行各业中的使用方式的更广泛概述，请参阅此有关 VM 类型和优势的指南，非常适合阅读。

虚拟化管理工具

大规模管理虚拟化环境需要专门的工具。这些平台提供：

• 监控和报告：实时洞察 VM 运行状况、性能和资源使用情况。
• 自动化：VMware vCenter 或 Red Hat Virtualization Manager 等工具可以根据策略自动平衡工作负载或启动新虚拟机。
• 预置和生命周期管理：管理员可以定义模板并跨集群或区域按需部署 VM。

虚拟化的类型

服务器虚拟化

服务器虚拟化涉及将单个物理服务器划分为多个隔离的虚拟机 （VM），每个虚拟机都能够独立运行自己的作系统和应用程序。这是使用虚拟机管理程序完成的，该虚拟机管理程序抽象化物理硬件并将虚拟化的 CPU、内存、存储和网络资源分配给每个虚拟机。

服务器虚拟化的主要好处包括提高硬件利用率、工作负载隔离以及在同一物理主机上运行异构作系统的能力。

这种类型的虚拟化是云计算中基础设施即服务 （IaaS） 产品的基础，其中物理服务器被抽象出来，并作为灵活的按需资源提供。

存储虚拟化

存储虚拟化将不同服务器或存储系统中的多个物理存储设备整合到一个可以集中管理的逻辑存储池中。

虚拟化存储允许动态分配容量、更好的冗余和更高效的数据管理。它将存储与底层硬件分离，使管理员能够在不中断服务的情况下扩展容量或迁移数据。

存储虚拟化通常用于数据中心和云存储服务，以确保高可用性、数据分层和经济高效的利用率。

网络虚拟化

网络虚拟化创建的虚拟网络独立于底层物理网络硬件运行。 它使用 VLAN、虚拟交换机和软件定义网络 （SDN） 等技术来抽象化网络资源，从而增强云环境的可扩展性。

这种虚拟化允许管理员以编程方式定义网络策略、对流量进行分段，并在共享基础设施中部署隔离的网络，而无需物理重新布线或添加新硬件。

桌面虚拟化

桌面虚拟化从集中式服务器向最终用户提供完整的桌面环境，通常使用虚拟桌面基础架构 （VDI）。桌面（包括作系统、应用程序和用户设置）不是在本地硬件上运行，而是在远程服务器上执行，并通过网络进行访问。

这种方法简化了 IT 管理，提高了安全性（因为数据保留在数据中心），并支持跨设备和位置灵活访问一致的环境。

应用程序虚拟化

借助应用程序虚拟化，用户可以在隔离环境中运行应用程序，而无需直接安装在用户的作系统上。

应用程序与依赖项一起打包，并在容器化或虚拟运行时环境中执行。这可以防止应用程序之间的冲突，简化部署并支持集中管理。

结论

虚拟化作为云计算的核心技术，通过抽象物理硬件资源，创建逻辑隔离的计算环境，显著提升了资源利用率，为现代计算带来了高效、可扩展与成本效益的优势。 从服务器、存储到网络、桌面乃至应用程序，虚拟化在各个层面发挥着关键作用，支撑着云服务模型的实现，使得云计算环境能够灵活应对不同工作负载需求，实现硬件独立、多租户支持以及资源的动态分配。对于部署应用程序、管理基础设施或做出架构决策的人来说，深入理解虚拟化的原理、组件及其类型，无疑是掌握云计算技术、提升IT管理效能的关键所在。