什么是虚拟化?

虚拟化技术可用于创建服务器、存储、网络和其他物理机的虚拟表示。虚拟软件模仿物理硬件的功能,在单台物理机器上同时运行多个虚拟机。企业使用虚拟化来有效地使用他们的硬件资源并从投资中获得更丰厚的回报。它还支持云计算服务,帮助组织更有效地管理基础设施。

为什么虚拟化很重要?

通过使用虚拟化,您可以更灵活地与任何硬件资源交互。物理服务器消耗电力,占用存储空间,还需要维护。如果您想访问物理服务器,通常会受到物理距离接近和网络设计的限制。虚拟化通过将物理硬件功能抽象到软件中,消除了所有这些限制。您可以管理、维护和使用硬件基础设施,像 Web 上的应用程序一样。

虚拟化示例

假设有一家公司,它需要具有三种功能的服务器:

  1. 安全存储企业电子邮件
  2. 运行面向客户的应用程序
  3. 运行内部业务应用程序

每项功能都有不同的配置要求: 

  • 电子邮件应用程序需要更多存储容量并使用 Windows 操作系统。
  • 面向客户的应用程序需要 Linux 操作系统和较高的处理能力来处理大量网站流量。
  • 内部业务应用程序需要 iOS 和更多内存(RAM)。

为了满足这些要求,该公司为每个应用程序设置了三个不同的专用物理服务器。该公司必须进行较高的初始投资,并一次对一台机器进行持续维护和升级。该公司也无法优化其计算能力。该公司支付服务器 100% 的维护成本,但只使用服务器存储和处理能力的一小部分。

高效使用硬件

通过虚拟化,该公司在一台物理服务器上创建了三台数字服务器或虚拟机。它指定了虚拟机的操作系统要求,在使用上与物理服务器一样。然而,该公司现在拥有更少的硬件和更低的相关费用。 

基础设施即服务

该公司可以更进一步,使用 AWS 等云计算提供商提供的云实例或虚拟机。AWS 管理所有底层硬件,公司可以请求具有不同配置的服务器资源。所有应用程序都在这些虚拟服务器上运行,用户没有发现任何差异。对于公司的 IT 团队来说,服务器管理也变得更加容易。

什么是虚拟化?

要正确理解基于内核的虚拟机(KVM),首先需要了解虚拟化的一些基本概念。虚拟化是允许计算机与多个数字分离的环境共享其硬件资源的过程。每个虚拟化环境都在其分配的资源(例如内存、处理能力和存储)内运行。借助虚拟化,组织无需执行重启即可在同一台服务器上的不同操作系统之间切换。 

虚拟机和虚拟机监控器是虚拟化中的两个重要概念。

虚拟机

虚拟机是一种软件定义的计算机,它在具有独立操作系统和计算资源的实体计算机上运行。实体计算机称为主机,而虚拟机称为访客机。多台虚拟机可以在一台实体计算机上运行。虚拟机监控器从计算机硬件中抽象出来。

虚拟机监控器

虚拟机监控器是一个软件组件,用于管理一台计算机中的多个虚拟机。它可以确保每台虚拟机都能获得分配的资源,并且不会干扰其他虚拟机的运行。虚拟机监控器有两种类型。

第 1 类虚拟机监控器

第 1 类虚拟机监控器或裸机虚拟机监控器是直接安装在计算机硬件而非操作系统上的虚拟机监控器程序。因此,第 1 类虚拟机监控器具有更出色的性能,通常用于企业应用程序。KVM 使用第 1 类虚拟机监控器在 Linux 操作系统上托管多个虚拟机。

第 2 类虚拟机监控器

第 2 类虚拟机监控器也称为托管虚拟机监控器,其安装在操作系统上。第 2 类虚拟机监控器适用于最终用户计算。

虚拟化具有哪些优势?

虚拟化为任何组织都带来了很多优势:

高效使用资源

虚拟化改进了数据中心中使用的硬件资源。例如,您可以根据需要使用服务器并将其返回到池,从而在同一计算机系统上创建虚拟服务器池,而不是在一个计算机系统上运行一台服务器。拥有更少的底层物理服务器可以释放数据中心的空间,并节省电力、发电机和冷却设备的费用。 

自动管理 IT

既然物理计算机是虚拟的,那么您可以使用软件工具进行管理。管理员创建部署和配置程序来定义虚拟机模板。您可以重复且一致地复制基础设施,避免容易出错的手动配置。

灾难恢复更快

当自然灾害或网络攻击等事件对业务运营产生负面影响时,恢复对 IT 基础设施的访问以及更换或修复物理服务器可能需要数小时甚至数天的时间。相比之下,虚拟化环境只需要几分钟的时间。这种及时的响应大大提高了恢复能力,并促进了业务连续性,从而使运营能够按计划继续。  

虚拟化的工作原理是什么?

虚拟化使用被称为“虚拟机监控器”的专用软件,在物理计算机上创建多个云实例或虚拟机。

云实例或虚拟机

在计算机上安装虚拟化软件后,可以创建一个或多个虚拟机。您可以像访问计算机上的其他应用程序一样访问虚拟机。 您的计算机称为主机,虚拟机称为客户机。多个客户机可以同时在主机上运行。每个客户机都有自己的操作系统,可以与主机操作系统相同,也可以不同。 

从用户的角度来看,虚拟机的操作就像典型的服务器。它包含设置、配置和已安装的应用程序。计算资源,例如中央处理器(CPU)、随机存取内存(RAM)和存储,看起来与物理服务器上的一样。您还可以根据需要配置和更新客户机操作系统及其应用程序,而不会影响主机操作系统。

虚拟机监控器

虚拟机监控器是您在物理机上安装的虚拟化软件。它是充当虚拟机和底层硬件或主机操作系统之间的中介的软件层。虚拟机监控器协调对物理环境的访问,以使多个虚拟机具有访问自己的物理资源共享的权限。 

例如,如果虚拟机需要计算资源,例如计算机处理能力,那么请求首先会发送到虚拟机监控器。然后,虚拟机监控器将请求传递给执行任务的底层硬件。 

以下是虚拟机监控器的三种主要类型。

第 1 类虚拟机监控器

第 1 类虚拟机监控器 - 也称为裸机虚拟机监控器,直接在计算机硬件上运行。它具有某些操作系统功能,并且效率很高,因为它直接与物理资源交互。 

第 2 类虚拟机监控器

第 2 类虚拟机监控器在安装了现有操作系统的计算机硬件上作为应用程序运行。在一台机器上运行多个操作系统时,请使用此类虚拟机监控器。 

虚拟化有哪些不同类型?

您可以使用虚拟化技术来获得许多不同类型的物理基础设施的功能以及虚拟化环境的所有优势。您可以超越虚拟机,在虚拟环境中创建虚拟资源集合。 

服务器虚拟化

服务器虚拟化是将物理服务器划分为多个虚拟服务器的过程。在组织中使用服务器资源和部署 IT 服务是一种高效且物有所值的方法。如果没有服务器虚拟化,物理服务器仅使用其处理能力的一小部分,而使设备处于空闲状态。

存储虚拟化

存储虚拟化结合了物理存储设备的功能,如网络附属存储(NAS)和存储区域网络(SAN)。您可以在数据中心集中存储硬件,即使它来自不同的供应商或属于不同的类型。存储虚拟化使用您的所有物理数据存储,并创建大型虚拟存储单元,您可以使用管理软件进行分配和控制。IT 管理员可以简化存储活动,如归档、备份和恢复,因为他们可以将多个网络存储设备虚拟地组合到一个存储设备中。

网络虚拟化

任何计算机网络都包含硬件元素,如交换机、路由器和防火墙。在多个地理位置设有办事处的组织可以使用多种不同的网络技术共同创建其企业网络。网络虚拟化是将所有这些网络资源结合起来以集中管理任务的过程。管理员可以在不接触物理组件的情况下虚拟调整和控制这些元素,这大大简化了网络管理。

以下是网络虚拟化的两种方法。

软件定义网络

软件定义网络(SDN)通过从物理环境中的数据路由接管路由管理来控制流量路由。例如,您可以对系统进行编程,让视频通话流量优先于应用程序流量,以确保所有在线会议的通话质量一致。

网络功能虚拟化

网络功能虚拟化技术将防火墙、负载均衡器和流量分析器等网络设备的功能结合在一起,以提高网络性能。

数据虚拟化

现代组织从多个来源收集数据并以不同格式存储。他们还可以将数据存储在不同的位置,例如云基础设施和本地数据中心。数据虚拟化在数据和需要数据的应用程序之间创建软件层。数据虚拟化工具处理应用程序的数据请求,并以合适的格式返回结果。因此,组织使用数据虚拟化解决方案来提高数据集成的灵活性,并支持跨功能数据分析。

应用程序虚拟化

应用程序虚拟化将应用程序的功能提取出来,以便在操作系统上运行,而不是在为其设计的操作系统上。例如,用户可以在 Linux 机器上运行 Microsoft Windows 应用程序,而无需更改机器配置。要实现应用程序虚拟化,请遵循以下实践:

  • 应用程序流式传输 – 用户从远程服务器流式传输应用程序,因此它仅在需要时在最终用户的设备上运行。
  • 基于服务器的应用程序虚拟化 – 用户无需安装即可从浏览器或客户端界面访问远程应用程序。
  • 本地应用程序虚拟化 – 应用程序代码随自己的环境一起提供,可以在所有操作系统上运行,而无需更改。

桌面虚拟化

大多数组织都有使用桌面操作系统运行常见业务应用程序的非技术人员。例如,您可能有以下员工:

  • 需要安装 Windows 10 和客户关系管理软件的台式计算机的客户服务团队
  • 需要 Windows Vista 安装销售应用程序的营销团队

您可以使用桌面虚拟化在虚拟机上运行这些不同的桌面操作系统,您的团队可以远程访问这些系统。这种虚拟化使桌面管理高效、安全,节省了桌面硬件的费用。以下是桌面虚拟化的类型。

虚拟桌面基础设施

虚拟桌面基础架构在远程服务器上运行虚拟桌面。您的用户可以使用客户端设备进行访问。

本地桌面虚拟化

在本地桌面虚拟化中,您可以在本地计算机上运行虚拟机监控器,并使用不同的操作系统创建虚拟计算机。您可以像在应用程序之间切换一样,在本地和虚拟环境之间切换。 

虚拟化与云计算有何不同?

云计算通过互联网按需提供计算资源,并且采用即用即付定价模式。您可以根据需要从云提供商那里获得技术服务,例如计算能力、存储和数据库,而无需购买、拥有和维护物理数据中心。

虚拟化技术使云计算成为可能。云提供商建立并维护自己的数据中心。他们创建使用底层硬件资源的不同虚拟环境。然后,您可以使用 API 对系统进行编程,以访问这些云资源。您的基础架构需求可以作为一项完全托管服务来满足。

服务器虚拟化与容器化有何不同?

容器化是一种部署应用程序代码以在任何物理或虚拟环境中运行而不做更改的方法。开发人员将应用程序代码与代码运行所需的相关库、配置文件和其他依赖项捆绑在一起。这个软件包称为容器,可以在任何平台上独立运行。容器化是一种应用程序虚拟化。

您可以将服务器虚拟化视为构建连接两个地方的道路。您必须重新创建整个虚拟环境,然后在其上运行应用程序。相比之下,容器化就像建造一架直升飞机,可以飞到其中任何一个地方。您的应用程序位于容器内,可以在所有类型的物理或虚拟环境中运行。

AWS 如何为虚拟化和云计算提供助力?

借助于 AWS,您有多种方法来根据最新技术快速构建、部署和推向市场。例如,您可能会从以下任何服务中受益:

  • 使用 Amazon Elastic Compute Cloud(Amazon EC2)对基础架构进行精确控制。选择所需的处理器、存储和网络。 
  • 使用 AWS Lambda 进行无服务器计算,这样您就可以在不考虑服务器的情况下运行代码。
  • 使用 Amazon Lightsail 以可预测的低廉价格实现虚拟服务器、存储、数据库和网络。

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