技術棧 | 淺聊著名的云計算虛擬化

作者：盧柳 2018-12-19 15:56:12

云計算

虛擬化 云計算(cloud computing),根據(jù)維基百科的解釋為：是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計算方式，通過這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需求提供給計算機各種終端和其他設備。其中重點在于共享和按需。

發(fā)展壯大離不開廣大客戶長期以來的信賴與支持，我們將始終秉承“誠信為本、服務至上”的服務理念，堅持“二合一”的優(yōu)良服務模式，真誠服務每家企業(yè)，認真做好每個細節(jié)，不斷完善自我，成就企業(yè)，實現(xiàn)共贏。行業(yè)涉及成都衛(wèi)生間隔斷等，在重慶網(wǎng)站建設、全網(wǎng)整合營銷推廣、WAP手機網(wǎng)站、VI設計、軟件開發(fā)等項目上具有豐富的設計經(jīng)驗。

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云計算(cloud computing),根據(jù)維基百科的解釋為：是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計算方式，通過這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需求提供給計算機各種終端和其他設備。其中重點在于共享和按需。

在大多數(shù)情況下，我們不能完全利用到我們花費重金購買的物理設備的所有資源。

• 如何將有限的計算資源做到共享和按需，發(fā)揮其***的作用并攫取回我們在物理設備所投入的資金?
• 如何將多個廉價的或老舊設備歸集到一起，以發(fā)揮他們的剩余價值?
• 如何將本地的設備共享給千里之外的同事?

云計算概念提出目的亦是包含了要解決這些問題的答案。

目前我們主要依靠虛擬化技術來解決將不可切割的硬件資源抽象和轉換成可二次配置的單元，以實現(xiàn)更好的配置現(xiàn)有的計算、存儲和網(wǎng)絡等資源?？梢姮F(xiàn)今的云計算落地方案基本上依靠于虛擬化技術。

虛擬化技術最早是IBM公司在上世紀60年代末所提出的，當時 IBM 公司為實現(xiàn)多用戶對大型計算機同時交互訪問而開發(fā)的一套被稱之為虛擬機監(jiān)視器(Virtual Machine Monitor 簡稱為 VMM)的軟件。在現(xiàn)在的虛擬化技術中，VMM 是運行在硬件服務器和操作系統(tǒng)中間層的軟件，它方便同時有多個相同或不同的操作系統(tǒng)和應用共享底層硬件基礎設施。在云計算中常提及的Hypervisor與 VMM 具有相同含義，其實質(zhì)是一種資源配置的管理技術。

虛擬化根據(jù)針對的對象不同還可分為平臺虛擬化，應用程序虛擬化，資源虛擬化等。平臺虛擬化是針對物理硬件及操作系統(tǒng)層面而言的，根據(jù)其實現(xiàn)方式又可分為完全虛擬化、半虛擬化、操作系統(tǒng)級虛擬化以及硬件輔助虛擬化等。

完全虛擬化(Full virtualization簡稱 FV )

是指虛擬機模擬了完整的底層硬件，使得為原始硬件設計的操作系統(tǒng)或其它系統(tǒng)軟件完全不做任何修改就可以在虛擬機中運行。在 CPU 的完全虛擬化實現(xiàn)機制中主要依靠了特權級壓縮和二進制翻譯(BT)技術等來實現(xiàn)的。

這些技術出現(xiàn)的原因和 CPU 實現(xiàn)機制有很大關聯(lián)。CPU 對于指令進行了分級處理，對于高敏感指令有單獨的執(zhí)行區(qū)域稱之為內(nèi)核態(tài)，用戶的代碼不能直接訪問內(nèi)核態(tài)，而這些高敏感代碼則需要執(zhí)行在內(nèi)核態(tài)中，客戶操作系統(tǒng)是無法直接訪問內(nèi)核態(tài)的，所以需要依靠這些技術來解決客戶機的高敏感指令的執(zhí)行障礙。敏感指令在操作系統(tǒng)和硬件之間被捕捉處理，客戶操作系統(tǒng)無需修改，所有軟件都能在虛擬機中運行。使用完全虛擬化技術的公司及產(chǎn)品有：IBM CP/CMS，VirtualBox，VMware Workstation，Parallels， QEMU，Hyper-V 等。

 

Paravirtualization 簡稱 PV

類似于全虛擬化。它也是使用VMM分享存取底層的硬件，區(qū)別在于它的客戶操作系統(tǒng)集成了虛擬化方面的代碼。也就是說半虛擬化技術需要安裝的客戶機的操作系統(tǒng)要進行定制。這無疑是讓用戶使用受到很大的限制。使用該種虛擬化的架構曾有 Xen 等，但現(xiàn)在還使用這種虛擬化技術的已經(jīng)不多。

操作系統(tǒng)級虛擬化(OS-level virtualization)

也有人稱之為容器化，是操作系統(tǒng)自身的一個特性，它允許多個相互隔離的用戶空間實例的存在。例如Parallels Virtuozzo Containers、OpenVZ、LXC以及類Unix系統(tǒng)上的chroot，Solaris上的Zone都是使用了該技術。這種虛擬化技術在當前應用還是比較多的，例如當前售賣 VPS 的商家中有部分就是使用的 OpenVZ 的架構;主流的 Docker 是基于 LXC 開發(fā)的一種容器工具;Android 手機的雙域功能基本上多是基于 LXC 技術實現(xiàn)的。但是這種技術有很大的限制那就是客戶機內(nèi)核版本不能升級，操作系統(tǒng)類型也得和宿主機相同，這讓用戶對客戶機系統(tǒng)和內(nèi)核的選擇受到了很大的限制，如前文所講它的本質(zhì)依舊是用戶空間實體和組管理。但隨著技術的發(fā)展，它在輕量化的應用場景上應該也有著不錯的前景。

硬件輔助虛擬化(Hardware virtualization)

利用硬件(主要是CPU)輔助處理敏感指令以實現(xiàn)完全虛擬化的功能，客戶操作系統(tǒng)無需修改。例如VMware Workstation，Xen，KVM產(chǎn)品或架構都是應用了該技術。當前市場中的幾乎所有的主流硬件都是支持硬件輔助虛擬化技術的。VMM 技術的出現(xiàn)，可能要歸功于 X86 架構從誕生時帶來的問題——不支持虛擬化。

CPU 的演進一直兼容著之前的指令集，在 X86 架構的祖先 Intel 8086 誕生時沒有設計虛擬化相關的指令，所以X86 架構在一段時間里都是不支持硬件虛擬化的。直至 Intel 在 2005 年發(fā)布了 IVT技術，如果你不細究也可以認為就是 VT-x 。Intel 的 VT-x 技術為 CPU 添加上了虛擬化技術的一個指令集，VT-x有助于提高基于軟件的虛擬化解決方案的靈活性與穩(wěn)定性。

通過按照純軟件虛擬化的要求消除 VMM 代表客戶操作系統(tǒng)來聽取、中斷與執(zhí)行特定指令的需要，不僅能夠有效減少 VMM 干預，還為 VMM 與客戶操作系統(tǒng)之間的傳輸平臺控制提供了有力的硬件支持，這樣在需要 VMM干預時，將實現(xiàn)更加快速、可靠和安全的切換。對應的 AMD 發(fā)布了相應的自家硬件輔助虛擬化技術稱之為 AMD-V。

X86架構的硬件輔助虛擬化結合Linux全虛擬化解決方案已是當前主流成熟的虛擬化解決方案，這也是為什么我們在好多的云產(chǎn)品部署要求中可以看到 CPU 需要支持基于Intel VT /AMD-V以上X86指令集架構的原因。

我們對于云產(chǎn)品的選擇上會去看它的出生，當前現(xiàn)狀以及未來情況。就以上幾點而言 KVM 無疑是比較好的選擇。它雖生在了以色列，但是過繼給了Red Hat這個開源社區(qū)的領軍人物。之后Red Hat便舍棄 Xen開始全面扶持 KVM，從 RHEL6 開始 KVM便被默認內(nèi)置于內(nèi)核中。而且 KVM 也針對 Linux 平臺做了優(yōu)化。在性能上繼承了Linux很好的性能和伸縮性;在性能方面，在15年的一篇關于KVM的性能測試的文章上描述KVM 的性能相比宿主機而言僅下降了1.5%以內(nèi)。KVM拓展性也非常好，客戶機和宿主機都可以支持非常多的 CPU數(shù)量和非常大的內(nèi)存，可以過載使用 CPU和內(nèi)存，還可借助 KSM 技術實現(xiàn)對內(nèi)存的過量使用，且保證性能依舊非常不錯。KVM 社區(qū)活躍，可見未來前景依舊不錯。

由于KVM僅是一個簡單的虛擬化模塊，它的易用性并不高。這里我們可以使用OpenStack來作為它的一個上層建筑，用以更便捷的實施、部署以及使用。OpenStack適用于各種規(guī)模的集群環(huán)境，它豐富的功能幾乎支持所有的虛擬化管理程序，不論是開源的(Xen與KVM)還是廠商的(Hyper-V與VMware)，這個特色讓它可以滿足公共云和私有云用戶及運營商的需求。

目前而言，有95%的OpenStack平臺由 KVM驅(qū)動，這讓它開箱使用時就能擁有不俗的表現(xiàn)。 OpenStack社區(qū)活躍，讓其技術更易跟上科技發(fā)展的潮流技術，從而能夠繼續(xù)***時代發(fā)展的步伐。所以說選擇OpenStack作為云計算解決方案不失為一個明智的選擇。

文章標題：技術棧|淺聊著名的云計算虛擬化
文章來源：http://uogjgqi.cn/article/dhedceo.html