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Virtualization

虚拟化是一种过程,允许更有效地利用物理计算机硬件,并且是云计算的基础。

什么是虚拟化?

虚拟化使用软件在计算机硬件上创建抽象层,允许单个计算机处理器,存储器,存储等的硬件元素分为多个虚拟计算机,通常称为虚拟机(VM)。每个VM都运行自己的操作系统(OS)并表现类似于独立的计算机,即使它只是在实际的底层计算机硬件的一部分上运行。

因此,虚拟化能够更有效地利用物理计算机硬件,并允许更大的组织硬件投资回报。

今天,虚拟化是企业IT架构的标准实践。它也是驱动器的技术 云计算 经济学。虚拟化使云提供商能够使用现有的物理计算机硬件为用户提供服务;它使云用户只能在需要时购买所需的计算资源,并随着工作负载的增长而成本显着地缩放这些资源。

进一步概述了虚拟化如何工作,看看我们的视频“虚拟化解释”(5:20):

虚拟化的好处

虚拟化为数据中心运营商和服务提供商带来了几个好处:

  • 资源效率: 在虚拟化之前,每个应用程序服务器都需要自己的专用物理CPU-IT人员将为他们想要运行的每个应用程序购买和配置单独的服务器。 (对于可靠性原因,每台计算机首选一个应用程序和一个操作系统(OS)。)总是,每个物理服务器都会被用。相比之下,服务器虚拟化允许您在自己的VM上运行多个应用程序,在单个物理计算机上(通常是x86服务器),在不牺牲可靠性的情况下,您可以在单个物理计算机上运行这使得能够最大限度地利用物理硬件的计算能力。
  • 更轻松的管理: 使用软件定义的VMS替换物理计算机使得更容易使用和管理软件编写的策略。这允许您创建自动IT服务管理工作流程。例如,自动部署和配置工具使管理员能够将虚拟机和应用程序的集合定义为软件模板。这意味着它们可以反复且始终如一地安装这些服务,而不会繁琐耗时。和错误易于手动设置。 Admins可以使用虚拟化安全策略根据虚拟机的角色授权某些安全配置。政策甚至可以通过退役未使用的虚拟机来节省空间和计算能力来提高资源效率。
  • 最小的停机时间: 操作系统和应用程序崩溃可能导致停机时间并扰乱用户生产力。管理员可以在出现问题时彼此运行多个冗余虚拟机以及它们之间的故障转移。运行多个冗余物理服务器更昂贵。
  • 更快的供应: 为每个应用程序购买,安装和配置硬件是耗时的。如果硬件已经到位,则配置虚拟机以运行所有应用程序的速度明显更快。您甚至可以使用管理软件自动化它并将其构建到现有的工作流程中。

更深入地看看潜在的好处,请参阅“5虚拟化的好处 。“

解决方案

几家公司提供涵盖特定数据中心任务或最终用户专注的虚拟化解决方案, 桌面虚拟化 场景。更了解的示例包括VMware,它专门从事服务器,桌面,网络和存储虚拟化; Citrix,它在应用程序虚拟化中具有利基,还提供服务器虚拟化和虚拟桌面解决方案;和Microsoft,其Hyper-V虚拟化解决方案船用Windows并侧重于服务器和桌面计算机的虚拟版本。

虚拟机(VM)

虚拟机(VM)是虚拟环境,用于模拟软件表单的物理计算。它们通常包括包含VM配置的多个文件,虚拟硬盘驱动器的存储,以及在特定时间点保持状态的VM的某些快照。

有关VM的完整概述,请参阅“什么是虚拟机 ?“

虚拟机管理程序

虚拟机管理程序是协调VM的软件层。它用作VM和底层物理硬件之间的接口,确保每个都可以访问它需要执行的物理资源。它还确保VMS不会通过冲击彼此的存储空间或计算周期来互相干扰。

有两种类型的虚拟机管理程序:

  • Type 1 或者 “裸金属”虚拟机管理程序 与底层物理资源进行交互,完全替换传统操作系统。它们最常出现在虚拟服务器方案中。
  • 类型2虚拟机管理程序 作为现有操作系统运行作为应用程序。最常用于端点设备以运行备用操作系统,它们携带性能开销,因为它们必须使用主机操作系统访问和协调底层硬件资源。

虚拟机管理程序:完整的指南“提供关于虚拟机管理程序的所有内容的全面概述。

虚拟化类型

为此,我们讨论了服务器虚拟化,但是可以虚拟化许多其他IT基础架构元素,以为IT经理(特别是)和整个企业提供显着的优势。在本节中,我们将介绍以下类型的虚拟化:

  • 桌面虚拟化
  • 网络虚拟化
  • 存储虚拟化
  • 数据虚拟化
  • 应用程序虚拟化
  • 数据中心虚拟化
  • CPU虚拟化
  • GPU虚拟化
  • Linux虚拟化
  • 云虚拟化

桌面虚拟化

桌面虚拟化允许您运行多个桌面操作系统,每个桌面操作系统在同一台计算机上的VM中。

有两种类型的桌面虚拟化:

  • 虚拟桌面基础架构(VDI) 在中央服务器上运行VMS中的多个桌面,并将其流传输到登录瘦客户端设备的用户。通过这种方式,VDI允许组织为其用户提供来自任何设备的OS的各种操作系统,而无需在任何设备上安装OS。看 ”什么是虚拟桌面基础架构(VDI)?“对于更深入的解释。
  • 本地桌面虚拟化 在本地计算机上运行虚拟机管理程序,使用户能够根据需要在该计算机上运行一个或多个其他OSS并从一个操作系统切换到另一个操作系统,而无需更改主操作系统的任何内容。

有关虚拟桌面的更多信息,请参阅“桌面 - AS-Service(DAAS) 。“

网络虚拟化

网络虚拟化使用软件来创建网络的“视图”,该网络可以使用从单个控制台管理网络。它摘要硬件元素和功能(例如,连接,交换机,路由器等),并将它们摘要进入管理程序上运行的软件。网络管理员可以在不触摸底层物理组件的情况下修改和控制这些元素,从而大大简化网络管理。

网络虚拟化类型包括 软件定义网络(SDN),虚拟化控制网络流量路由的硬件(称为“控制平面”),以及 网络功能虚拟化(NFV),虚拟化提供特定网络功能的一个或多个硬件设备(例如,防火墙, 负载平衡器 或者交通分析仪),使这些设备更容易配置,提供和管理。

存储虚拟化

存储虚拟化启用所有存储设备 网络 - 它们是否安装在单个服务器或独立存储单元上 - 以访问和管理作为单个存储设备。具体而言,存储虚拟化将所有存储块群体群体群体群体中的所有存储池,从中可以根据需要将它们分配给网络上的任何VM。存储虚拟化使得为VMS提供存储,并最大限度地使用网络上所有可用存储。

仔细看看存储虚拟化,退房什么是云存储?"

数据虚拟化

现代企业在多个应用程序中使用多个应用程序的数据存储数据,在多个位置,范围从云到上部件硬件和软件系统。数据虚拟化允许任何应用程序访问所有数据 - 无论源,格式或位置无关。

数据虚拟化工具在访问数据的应用程序和存储它的系统之间创建软件层。该图层根据需要翻译应用程序的数据请求或查询,并返回可以跨越多个系统的结果。当其他类型的集成不是可行的,理想的或实惠时,数据虚拟化可以帮助分解数据孤岛。

应用程序虚拟化

应用程序虚拟化运行应用程序软件而不直接将其安装在用户的操作系统上。这与完整的桌面虚拟化(上面提到的)不同,因为只有应用程序在虚拟环境中运行 - 最终用户设备上的操作系统会像往常一样运行。有三种类型的应用程序虚拟化: 

  • 本地应用程序虚拟化: 整个应用程序在端点设备上运行,但在运行时运行而不是本机硬件运行。
  • 应用流媒体: 应用程序在服务器上生存在服务器上,该服务器在需要时发送软件的小组件以在最终用户的设备上运行。
  • 基于服务器的应用程序虚拟化他的应用程序完全在服务器上运行,该服务器仅向客户端设备发送其用户界面。

数据中心虚拟化

数据中心虚拟化摘要大多数数据中心的硬件到软件中,有效地使管理员能够将单个物理数据中心划分为不同客户端的多个虚拟数据中心。

每个客户端都可以访问其自己的基础架构作为服务(IAAS),它将在同一底层物理硬件上运行。虚拟数据中心提供简单的斜坡进入基于云的计算,让公司在不购买基础架构硬件的情况下快速设置完整的数据中心环境。

CPU虚拟化

CPU(中央处理单元)虚拟化是使虚拟机制,虚拟机和操作系统成为可能的基本技术。它允许单个CPU分为多个虚拟CPU以供多个VM使用。

首先,CPU虚拟化是完全定义的软件定义,但今天许多的处理器包括支持CPU虚拟化的扩展指令集,这提高了VM性能。

GPU虚拟化

GPU(图形处理单元)是一种特殊的多核处理器,通过接管重金属图形或数学处理来提高整体计算性能。 GPU虚拟化允许多个VMS使用单个GPU的全部或一些用于更快的视频,人工智能(AI)和其他图形或数学密集型应用程序的所有GPU的处理能力。

  • 通过GPU 使整个GPU可用于单个客户操作系统。
  • 共享VGPU. s 在几个虚拟GPU(VGPU)中划分物理GPU核心以供基于服务器的虚拟机使用。

Linux虚拟化

Linux包含自己的虚拟机管理程序,称为基于内核的虚拟机(KVM),它支持Intel和AMD的虚拟化处理器扩展,因此您可以从Linux主机操作系统内创建基于X86的VM。

作为开源操作系统,Linux是高度可自定义的。您可以为特定工作负载或安全硬化版本创建Linux的VMS运行版本,以获取更敏感的应用程序。

云虚拟化

如上所述,云计算模型取决于虚拟化。通过虚拟化服务器,存储和其他物理数据中心资源,云计算提供程序可以为客户提供一系列服务,包括以下内容: 

  • 基础设施作为服务(IAAS): 虚拟化服务器,存储和网络资源您可以根据其要求配置。  
  • 平台作为服务(PaaS): 虚拟化开发工具,数据库和基于云的服务,您可以使用来构建您自己的基于云的应用程序和解决方案。
  • 软件作为服务(SaaS):您在云上使用的软件应用程序。 SaaS是基于云的服务,最多是由硬件抽象的。

如果您想了解有关这些云服务模型的更多信息,请参阅我们的指南:“IAAS与PAAS vs. SaaS 。“

虚拟化与集装箱化

服务器虚拟化在硬件中再现整个计算机,然后运行整个操作系统。操作系统运行一个应用程序。这完全没有虚拟化更效率,但它仍然对要运行的每个应用程序重复不必要的代码和服务。

容器采取替代方法。它们共享一个底层操作系统内核,只运行应用程序和它所取决于软件库和环境变量的东西。这使得容器更小,更快地部署。

深入潜入容器和集装箱化,退房容器:一个完整​​的指南 “ 和 ” 容器化:完整的指南 。“

查看博客文章“容器与VMS:有什么区别?“仔细比较。

在下面的视频中,SAI Vennam打破了集装箱化的基础知识以及如何通过VM(8:09)对虚拟化进行比较:

VMware.

VMware. 会创建虚拟化软件。 VMware通过仅提供服务器虚拟化 - 其ESX(现在ESXi)虚拟机管理程序是最早的商业成功虚拟化产品之一。今天,VMware还提供网络,存储和桌面虚拟化的解决方案。

深度潜入涉及VMware的一切,请参阅“ VMware. :完整指南 。“

安全

虚拟化提供了一些安全优势。例如,当VM未感染且稳定时,可以将使用恶意软件感染恶意软件的VM滚动到时间点(称为快照);它们也可以更容易删除和重新创建。您不能总是消毒非虚拟化的操作系统,因为恶意软件通常深入地集成到OS的核心组件中,持久地超越系统回滚。

虚拟化也提出了一些安全挑战。如果攻击者会妥协管理程序,则可能拥有所有VM和客户机操作系统。因为虚拟机管理程序也可以允许VMS在不接触物理网络之间进行通信,因为在没有触摸物理网络之间,因此可能很难看到其流量,因此可以检测可疑活动。

主机OS上的2型虚拟机管理程序也易于主机OS妥协。

市场提供了一系列虚拟化安全产品,可以扫描和修补VM的恶意软件,加密整个VM虚拟磁盘,并控制和审核VM访问。

虚拟化和IBM.

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