一、引言

虚拟化技术(Virtualization)是随着计算机技术的产生而出现的，长久以来，虚拟化技术在计算机技术的发展历程中都扮演着重要的角色。虚拟化是将原本运行在真实环境上的计算机系统或组件运行在虚拟的环境中，并可以在硬件资源或软件资源的不同层次间构建虚拟化层，成为解除上下两层间耦合关系的中间层。本文将从虚拟化的定义、类型和主要应用技术几方面进行阐述。

二、虚拟化技术概述

(一)虚拟化的定义

“虚拟化”的概念很广泛，很难清晰而精确的给出其定义。归结起来，可以概括为以下三层含义：

虚拟化的对象是各种各样的资源；经过虚拟化后的逻辑资源对用户隐藏了不必要的细节；用户可以在虚拟环境中实现七在真实环境中的部分或全部功能。

(二)虚拟化的类型

在虚拟化技术中，被虚拟的实体是多种多样的资源，这些不同属性类别之间的关系是交错联系的。以实现层次划分：硬件虚拟化、操作系统虚拟化、应用程序虚拟化。以被应用的领域划分：服务器虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化、桌面虚拟化。还有从以某类里衍生出来的，如CPU虚拟化、文件虚拟化等。我们常用的虚拟化技术大致分为以下几种类型：

1．基础设施虚拟化

我们可以将网络虚拟化、存储虚拟化这些支持数据中心运行的基础设施归类为基础设施虚拟化。

网络虚拟化为用户提供了虚拟的网络连接，包括局域网络虚拟化和广域网络虚拟化，目前局域网络虚拟化技术的代表是虚拟局域网(VLAN)；广域网络虚拟化技术的代表是虚拟专用网(VPN)。

存储虚拟化为用户提供一个整合的物理存储设备逻辑接口，以便用户访问其存储资源，主要有基于存储设备的存储虚拟化和基于网络的存储虚拟化。基于存储设备的存储虚拟化典型代表是磁盘阵列技术(RAID)；基于网络的存储虚拟化的典型代表是网络附加存储(NAS)和存储区域网(SAN)。

2．系统虚拟化

在同一台物理机上运行多个独立的操作系统即为系统虚拟化，它实现了操作系统与物理计算机的分离。系统虚拟化的核心思想是使用虚拟化软件在一台物理机上虚拟出一台或多台虚拟机(VM)，对于不同类型的系统虚拟化，其虚拟机运行环境的设计和实践也是不尽相同的。

3．软件虚拟化

除了上述两种虚拟化技术，还有一种针对软件的虚拟化环境，目前这类虚拟化技术主要包括应用虚拟化和高级语言虚拟化。应用虚拟化实现了应用程序与操作系统的解耦合，用户可以不局限于单一客户端，而在不同终端上使用自己的应用程序；高级语言虚拟化解决了程序在不同计算机系统间移植的问题。

三、虚拟化的实施步骤

可以想象，虚拟化技术为数据中心管理提供了诸多优势。一方面，它提升了基础设备的利用率，实现了运行成本的最小化；另一方面，它可以通过整合应用栈和即时应用镜像部署来实现业务管理的高效敏捷。因此，如何在数据中心实施虚拟化和实施中的关键技术便成为了业内广泛关注的重点。

实施虚拟化的顺序可以按其生命周期来简单划分为三个阶段：创建、部署和管理。

1．创建阶段

通常情况下，虚拟化的创建都是由服务提供商和集成商完成的。通过创建虚拟器件镜像、发布虚拟器件镜像、管理虚拟器件镜像及迁移到虚拟化环境几个步骤来实施。

2．部署阶段

当虚拟器件被创建、发布后，需要通过某种方式将它们部署到数据中心里，以便用户使用。因此，就需要我们从规划部署环境、部署虚拟器件、激活虚拟器件三个阶段来进行实施。

3．管理阶段

数据中心的管理需要资源的自动化调度和与业务相关的智能，它既需要单个业务的自治管理，同时也需要一个负责全局控制和协调的中心节点对数据中心的业务和资源进行统一监控、管理和调度。如何为数据中心的管理和监控提供便利条件成为这个阶段急需解决的问题。集中监控、快捷管理、动态优化和高效备份这四个关键技术是解决数据中心管理的重要手段。

四、服务器虚拟化

(一)服务器虚拟化的概念

服务器虚拟化将系统虚拟化技术应用于服务器上，可以将一个服务器虚拟成多个服务器使用。例如，有多台独立的物理服务器，每台服务器上都分别运行了不同的操作系统及应用，这种传统意义的服务器工作模式造成物理服务器的资源利用率低，管理复杂，维护也非常不便。当采用服务器虚拟化技术后，便可以在一台物理服务器上虚拟出若干个虚拟服务器，同时服务器虚拟化也为虚拟服务器提供了虚拟硬件设施，并提供良好的隔离性和安全性。服务器虚拟化通过虚拟化软件向上提供对硬件设备的抽象和对虚拟服务器的管理。服务器虚拟化的实现方式主要有两种。其中寄宿虚拟化是完全依赖于宿主操作系统，性能较低，容易实现的方式；原生虚拟化则完全脱离了宿主操作系统，性能较高，且不易实现的方式。由于这两种实现方式的产生，衍生出虚拟化软件的两个专用术语。其中虚拟机监视器负责对虚拟机提供硬件资源抽象，为客户操作系统提供运行环境；虚拟化平台则负责虚拟机的托管，直接运行在硬件之上，其实现直接受底层体系结构的约束。无论采用何种方式实现服务器虚拟化，它都具有多实例、隔离性、封装性及高性能四个特性，以保证可以被有效地运用于实际环境中。

(二)服务器虚拟化的核心技术

服务器虚拟化必备的三种资源虚拟化为：CPU虚拟化、内存虚拟化、设备与I／O虚拟化。1．CPU虚拟化

CPU虚拟化技术把物理CPU抽象成虚拟CPU，任意时刻，一个物理CPU只能运行一个虚拟CPU指令。每个客户操作系统可以使用一个或多个虚拟CPU，在各个操作系统之间，虚拟CPU的运行相互隔离，互不影响。

2．内存虚拟化

内存虚拟化技术把物理内存统一管理，包装成多个虚拟的物理内存提供给若干虚拟机使用，每个虚拟机拥有各自独立的内存空间。

3．设备与I／O虚拟化

设备与I／O虚拟化技术把真实的设备统一管理起来，包装成多个虚拟设备给若干个虚拟机使用，响应每个虚拟机的设备访问请求和I／O请求。目前主流的设备与I／O虚拟化都是通过软件方式来实现的。

(三)服务器虚拟化技术的优势

1．降低运营成本

服务器虚拟化降低了IT基础设施的运营成本，令系统管理员摆脱了繁重的物理服务器、OS、中间件及兼容性的管理工作，减少人工干预频率，使管理更加强大、便捷。

2．提高应用兼容性

服务器虚拟化提供的封装性和隔离性使大量应用独立运行于各种环境中，管理人员不需频繁根据底层环境调整应用，只需构建一个应用版本并将其发布到虚拟化后的不同类型平台上即可。

3．加速应用部署

采用服务器虚拟化技术只需输入激活配置参数、拷贝虚拟机、启动虚拟机、激活虚拟机即可完成部署，大大缩短了部署时间，免除人工干预，降低了部署成本。

4．提高服务可用性

用户可以方便地备份虚拟机，在进行虚拟机动态迁移后，可以方便的恢复备份，或者在其他物理机上运行备份，大大提高了服务的可用性。

5．提升资源利用率

通过服务器虚拟化的整合，提高了CPU、内存、存储、网络等设备的利用率，同时保证原有服务的可用性，使其安全性及性能不受影响。

6．动态调度资源

在服务器虚拟化技术中，数据中心从传统的单一服务器变成了统一的资源池，用户可以即时地调整虚拟机资源，同时数据中心管理程序和数据中心管理员可以灵活根据虚拟机内部资源使用情况灵活分配调整给虚拟机的资源。

7．降低能源消耗

通过减少运行的物理服务器数量，减少CPU以外各单元的耗电量，达到节能减排的目的。

总之，虚拟化已成为智慧信息技术的重要支柱之一，是当今信息产业领域备受瞩目的概念，它势必引起一场信息技术的变革，促使产业格局重新划分、改变企业和个人使用信息资源的方式。