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虚拟化、云计算、开放源代码及其他(1)

 数据分析师
发布于 2015/03/22 23:47
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本文的全部内容均属于作者的个人观点,而不代表任何公司的观点。欢迎讨论。

A、虚拟化

虚拟化是指在同一台物理机器上模拟多台虚拟机的能力。每台虚拟机在逻辑上拥有独立的处理器、内存、硬盘和网络接口。使用虚拟化技术能够提高硬件资源的利用率,使得多个应用能够运行在同一台物理机上各自拥有彼此隔离的运行环境。

虚拟化的也有不同的层次,例如硬件层面的虚拟化和软件层面的虚拟化。硬件虚拟化指的是通过模拟硬件的方式获得一个类似于真实计算机的环境,可以运行 一个完整的操作系统。在硬件虚拟化这个层面,又有Full Virtualization(全虚拟化,几乎是完整地模拟一套真实的硬件设备。大部分操作系统无须进行任何修改即可直接运行在全虚拟化环境中。)、 Partial Virtualization(部分虚拟化,仅仅提供了对关键性计算组件或者指令集的模拟。操作系统可能需要做某些修改才能够运行在部分虚拟化环境中。) 和Paravirtualization(半虚拟化,不对硬件设备进行模拟,虚拟机拥有独立的运行环境,通过虚拟机管理程序共享底层的硬件资源。大部分操 作系统需要进行修改才能够运行在半虚拟化环境中。)等不同的实现方式。软件层面的虚拟化,往往是指在同一个操作系统实例的基础上提供多个隔离的虚拟运行环 境,也常常被称为容器技术。

在硬件虚拟化的层面,现代的虚拟化技术通常是全虚拟化和半虚拟化的混合体。常见的虚拟化技术例如VMWare、Xen和KVM都同时提供了对全虚拟 化和半虚拟化的支持。以硬件虚拟化的方式所提供的虚拟机,通常都在运行一个完整的操作系统,在同一台宿主机上存在大量相同或者相似的进程和内存页,从而导 致明显的性能损耗。目前,通过KSM等技术可以识别与合并含有相同内容的内存页,但是还没有对大量相同或者相似的进程进行优化处理的有效手段。因此,硬件 虚拟化也往往被称为重量级虚拟化,在同一宿主机上能够同时运行的虚拟机数量是相当有限的。在软件虚拟化的层面,同一宿主机上的所有虚拟机共享同一个操作系 统实例,不存在由于运行多个操作系统实例所造成的性能损耗。因此,软件虚拟化也往往被称为轻量级虚拟化,在同一宿主机上能够同时运行的虚拟运行环境数量是 比较宽松的。以Solaris操作系统上的Container为例,一个Solaris操作系统的实例理论上可以支持多达8000个 Container(实际能够运行的Container数量取决于系统资源和负载)。与此类似,Linux操作系统上的LXC可以轻松地在同一宿主机上同 时支持数量可观的虚拟运行环境。

在虚拟化这个领域,国内的公司对硬件虚拟化的兴趣较大,在研发和生产环境中也大都采用硬件虚拟化技术。淘宝是国内较早地研究并应用软件虚拟化技术 的,他们在淘宝主站的实践经验表明使用cgroup替代Xen能够提升资源利用率。至于在一个实际的应用场景中到底应该选择硬件虚拟化还是软件虚拟化,则 应该重点考虑最终用户是否需要对操作系统的完全控制权(例如升级内核版本)。如果最终用户仅仅需要对运行环境的控制权(例如PaaS层面的各种App Engine服务),软件虚拟化可能性价比更高。对于为同一应用提供横向扩展能力的应用场景,软件虚拟化也是比较好的选择。

对于需要深入了解虚拟化技术的技术人员来说,VMWare发表的白皮书《Understanding Full Virtualization, Paravirtualization, and Hardware Assist》是一份很好的参考资料。

通常来讲,能够直接使用虚拟化技术的用户数量是比较少的。以Linux操作系统为例,能够进行虚拟机生命周期管理的用户,一般就是具有访问libvirt权限的用户。在一个公司或者其他实体中,这些用户通常是系统管理员。

B、虚拟化管理

早期的虚拟化技术,解决的是在同一台物理机上提供多个相互独立的运行环境的问题。当需要管理的物理机数量较小时,系统管理员可以手动登录到不同的物 理机上进行虚拟机生命周期管理(资源配置、启动、关闭等等)。当需要管理的物理机数量较大时,就需要写一些脚本/程序来提高虚拟机生命周期管理的自动化程 度。以管理和调度大量物理/虚拟计算资源为目的软件,称为虚拟化管理工具。虚拟化管理工具使得系统管理员可以从同一个位置执行如下任务:(1)对不同物理 机上的虚拟机进行生命周期管理;(2)对所有的物理机和虚拟机进行查询甚至监控;(3)建立虚拟机命名与虚拟机实例直接的映射关系,使得虚拟机的识别和管 理更加容易。Linux操作系统上的VirtManager是一个简单的虚拟化管理工具。在VMWare产品家族中,VMWare vSphere是一个功能强大的虚拟化管理工具。

虚拟化管理工具是虚拟化技术的自然延伸。简单的虚拟化管理工具,解决的是由于物理机数量增多所导致的工作内容繁杂问题。在这个层面,虚拟化管理通常 和集群的概念同时出现。一个虚拟化管理工具,往往需要获得各台物理机上的虚拟机生命周期管理权限(例如具有访问libvirt权限的用户名和密码)。在同 一个集群当中,为了方便起见,可能需要设定一个在整个集群层面通用的管理用户。可以认为,虚拟化管理为系统管理员提供了便利,但是并没有将虚拟机生命周期 管理的权限下放给其他用户。

C、数据中心虚拟化

大数据中心的层面,系统管理员需要面对大量不同类型的硬件和应用。与小型的集群相比较,数据中心的系统复杂度大大提高了。这时简单的虚拟化管理工具 已经无法满足系统管理员的要求,因此在虚拟化管理工具的基础上又发展出各种数据中心虚拟化管理系统。在硬件层面,数据中心虚拟化大数据可视化管理系统通过划分资源池 (一个资源池通常是一个集群)的方式对硬件资源进行重新组织,并以虚拟基础构架(Virtual Infrastructure)的方式将计算资源暴露给用户。在软件层面,数据中心虚拟化管理系统引入系统管理员和普通用户两种不同的角色,甚至是基于应 用场景的需要设定颗粒度更细的基于角色的权限控制(Role Based Access Control,RBAC)。系统管理员对整个数据中心的物理机和虚拟机拥有管理权限,但是一般不对正常的虚拟机进行干涉。普通用户只能在自己具有权限的 资源池内进行虚拟机生命周期管理操作,不具有控制物理机的权限。在极端的情况下,普通用户只能够看到分配给自己的资源池,而不了解组成该资源池物理机细 节。

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