虛擬化、云計算、開放源代碼及其他

　　借國慶長假的機會寫了這篇長文，全面地整理了個人從虛擬化到云計算各個層面的看法。主要的內容涉及虛擬化、虛擬化管理、數據中心虛擬化、云計算、公有云與私有云、以及開放源代碼。本文的全部內容均屬于作者的個人觀點，而不代表任何公司的觀點。歡迎討論。

　　A、虛擬化

　　虛擬化是指在同一臺物理機器上模擬多臺虛擬機的能力。每臺虛擬機在邏輯上擁有獨立的處理器、內存、硬盤和網絡接口。使用虛擬化技術能夠提高硬件資源的利用率，使得多個應用能夠運行在同一臺物理機上各自擁有彼此隔離的運行環境。

　　虛擬化的也有不同的層次，例如硬件層面的虛擬化和軟件層面的虛擬化。硬件虛擬化指的是通過模擬硬件的方式獲得一個類似于真實計算機的環境，可以運行一個完整的操作系統。在硬件虛擬化這個層面，又有Full Virtualization全虛擬化，幾乎是完整地模擬一套真實的硬件設備。大部分操作系統無須進行任何修改即可直接運行在全虛擬化環境中。、Partial Virtualization部分虛擬化，僅僅提供了對關鍵性計算組件或者指令集的模擬。操作系統可能需要做某些修改才能夠運行在部分虛擬化環境中。和Paravirtualization半虛擬化，不對硬件設備進行模擬，虛擬機擁有獨立的運行環境，通過虛擬機管理程序共享底層的硬件資源。大部分操作系統需要進行修改才能夠運行在半虛擬化環境中。等不同的實現方式。軟件層面的虛擬化，往往是指在同一個操作系統實例的基礎上提供多個隔離的虛擬運行環境，也常常被稱為容器技術。

　　在硬件虛擬化的層面，現代的虛擬化技術通常是全虛擬化和半虛擬化的混合體。常見的虛擬化技術例如VMWare、Xen和KVM都同時提供了對全虛擬化和半虛擬化的支持。以硬件虛擬化的方式所提供的虛擬機，通常都在運行一個完整的操作系統，在同一臺宿主機上存在大量相同或者相似的進程和內存頁，從而導致明顯的性能損耗。目前，通過KSM等技術可以識別與合并含有相同內容的內存頁，但是還沒有對大量相同或者相似的進程進行優化處理的有效手段。因此，硬件虛擬化也往往被稱為重量級虛擬化，在同一宿主機上能夠同時運行的虛擬機數量是相當有限的。在軟件虛擬化的層面，同一宿主機上的所有虛擬機共享同一個操作系統實例，不存在由于運行多個操作系統實例所造成的性能損耗。因此，軟件虛擬化也往往被稱為輕量級虛擬化，在同一宿主機上能夠同時運行的虛擬運行環境數量是比較寬松的。以Solaris操作系統上的Container為例，一個Solaris操作系統的實例理論上可以支持多達8000個Container實際能夠運行的Container數量取決于系統資源和負載。與此類似，Linux操作系統上的LXC可以輕松地在同一宿主機上同時支持數量可觀的虛擬運行環境。

　　在虛擬化這個領域，國內的公司對硬件虛擬化的興趣較大，在研發和生產環境中也大都采用硬件虛擬化技術。淘寶是國內較早地研究并應用軟件虛擬化技術的，他們在淘寶主站的實踐經驗表明使用cgroup替代Xen能夠提升資源利用率。至于在一個實際的應用場景中到底應該選擇硬件虛擬化還是軟件虛擬化，則應該重點考慮最終用戶是否需要對操作系統的完全控制權例如升級內核版本。如果最終用戶僅僅需要對運行環境的控制權例如PaaS層面的各種App Engine服務，軟件虛擬化可能性價比更高。對于為同一應用提供橫向擴展能力的應用場景，軟件虛擬化也是比較好的選擇。

　　對于需要深入了解虛擬化技術的技術人員來說，VMWare發表的白皮書《Understanding Full Virtualization, Paravirtualization, and Hardware Assist》是一份很好的參考資料。

　　通常來講，能夠直接使用虛擬化技術的用戶數量是比較少的。以Linux操作系統為例，能夠進行虛擬機生命周期管理的用戶，一般就是具有訪問libvirt權限的用戶。在一個公司或者其他實體中，這些用戶通常是系統管理員。

　　B、虛擬化管理

　　早期的虛擬化技術，解決的是在同一臺物理機上提供多個相互獨立的運行環境的問題。當需要管理的物理機數量較小時，系統管理員可以手動登錄到不同的物理機上進行虛擬機生命周期管理資源配置、啟動、關閉等等。當需要管理的物理機數量較大時，就需要寫一些腳本/程序來提高虛擬機生命周期管理的自動化程度。以管理和調度大量物理/虛擬計算資源為目的軟件，稱為虛擬化管理工具。虛擬化管理工具使得系統管理員可以從同一個位置執行如下任務：1對不同物理機上的虛擬機進行生命周期管理;2對所有的物理機和虛擬機進行查詢甚至監控;3建立虛擬機命名與虛擬機實例直接的映射關系，使得虛擬機的識別和管理更加容易。Linux操作系統上的VirtManager是一個簡單的虛擬化管理工具。在VMWare產品家族中，VMWare vSphere是一個功能強大的虛擬化管理工具。

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