虚拟化云计算基本原理详解手册—教育信息化—中国教育和科研计算机网CERNET

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　　虚拟化给人们带来什么样的世界？虚拟化的概念又是怎么样？在2008年，几乎一夜之间“云计算”成为互联网中最前卫的词汇。但云计算到底是什么？是现有技术的组合还是通向未来的创新？通过调查，有很多人对虚拟化、云计算都很模糊，在此小编整理一些资料，制作本专题，向大家讲述其技术原理。 ——教育信息化频道

什么是虚拟化？

　　虚拟化是一个广义的术语，是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行，是一个为了简化管理，优化资源的解决方案。如同空旷、通透的写字楼，整个楼层几乎看不到墙壁，用户可以用同样的成本构建出更加自主适用的办公空间，进而节省成本，发挥空间最大利用率。这种把有限的固定的资源根据不同需求进行重新规划以达到最大利用率的思路，在IT领域就叫做虚拟化技术。虚拟化技术可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程。CPU的虚拟化技术可以单CPU模拟多CPU并行，允许一个平台同时运行多个操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。
　　虚拟化技术与多任务以及超线程技术是完全不同的。多任务是指在一个操作系统中多个程序同时并行运行，而在虚拟化技术中，则可以同时运行多个操作系统，而且每一个操作系统中都有多个程序运行，每一个操作系统都运行在一个虚拟的CPU或者是虚拟主机上；而超线程技术只是单CPU模拟双CPU来平衡程序运行性能，这两个模拟出来的CPU是不能分离的，只能协同工作。虚拟化技术也与VMware Workstation等同样能达到虚拟效果的软件不同，是一个巨大的技术进步，具体表现在减少软件虚拟机相关开销……【详细介绍】

虚拟化的历史

　　虚拟化技术在20世纪60年代首次开发，当时是为了对大型机硬件进行分区以提高硬件利用率。如今，基于x86体系结构的计算机依然面临着 20世纪60年代大型机经历过的同样问题：缺乏灵活性和未得到充分利用。VMware于20世纪90年代发明了针对x86平台的虚拟化技术，以解决未得到充分利用及其他一些问题，在此过程中克服了许多难题。现在，VMware已成为x86虚拟化领域的全球领军企业，拥有 150,000多家客户，其中包括财富100强中的全部企业。
　　 最初：大型机虚拟化
　　 30多年前，IBM率先实施虚拟化，作为对大型机进行逻辑分区以形成若干独立虚拟机的一种方式。这些分区允许大型机进行“多任务处理”：同时运行多个应用程序和进程。由于当时大型机是十分昂贵的资源，因此设计了虚拟化技术来进行分区，作为一种充分利用投资的方式。
　　 对x86虚拟化的需求
　　在20世纪80年代和90年代，由于客户端-服务器应用程序以及价格低廉的x86服务器……【详细介绍】

为什么要虚拟化?

　　 1、提高现有资源的利用程度：通过服务器整合将共用的基础架构资源聚合在池中，打破原有的“一台服务器一个应用程序”模式。
　　 2、通过缩减物理基础架构和提高服务器/管理员比率，降低数据中心成本：由于服务器及相关 IT 硬件更少，因此减少了占地空间，也减少了电力和制冷需求。采用更出色的管理工具可以提高服务器/管理员比率，因此人员需求也得以减少。
　　 3、提高硬件和应用程序的可用性，进而提高业务连续性：可安全地备份和迁移整个虚拟环境而不会出现服务中断。消除计划内停机，并可从计划外故障中立即恢复。
　　 4、实现了运营灵活性：由于采用动态资源管理、加快了服务器部署并改进了桌面和应用程序部署，因此可响应市场的变化。
　　 5、提高桌面的可管理性和安全性：几乎可在所有标准台式机、笔记本电脑或 Tablet PC 上部署、管理和监视安全桌面环境，无论是否能连接到网络，用户都可以在本地或以远程方式对这种环境进行访问。

虚拟化方案

软件方案

　　纯软件虚拟化解决方案存在很多限制。“客户”操作系统很多情况下是通过虚拟机监视器来与硬件进行通信，由VMM来决定其对系统上所有虚拟机……

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硬件方案

　　CPU的虚拟化技术是一种硬件方案，支持虚拟技术的CPU带有特别优化过的指令集来控制虚拟过程，通过这些指令集，VMM会很容易提高性能……

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虚拟化技术

桌面虚拟化
　　桌面虚拟化是指将计算机的桌面进行虚拟化，以达到桌面使用的安全性和灵活性。是一种基于服务器……
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存储虚拟化
存储虚拟化是对存储硬件资源进行抽象化表现。这种虚拟化使用用户可以与存储资源中大量……
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网络虚拟化
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服务器虚拟化
服务器虚拟化是将服务器物理资源抽象成逻辑资源，让一台服务器变成几台甚至上百台相互隔离……
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虚拟化厂商


Vmware(服务器虚拟化老大) Vmware作为服务器虚拟化的老大，为了拉动其虚拟服务器的销售，并扩大产品线，也有自己的桌面虚拟化产品View。其后台架构在Vmware Sphere上，虚拟机的远程反问使用了微软的RDP协议，而应用虚拟化方面，兼并了原名Thin install的厂商，现在更名叫Thin app。实现了与Citrix类似的架构体系。由于Vmware服务器虚拟化龙头的地位，推动桌面虚拟化也是顺风顺水，尤其是在其服务器虚拟化产品的技术优势之上，提高服务器上同时运行桌面的数量等等。	思杰(Citrix) 思杰作为应用虚拟化领域的绝对领导者(2007年份额在70%以上)，由于桌面虚拟化的本质更接近应用虚拟化——对桌面的远程访问，其独有的高效的ICA协议和积累了20年的对外设重定向等技术的积累，使得其在桌面远程(包括广域网和互联网)访问的效率和外设的广泛支持性上，占有绝对的领先位置。尤其最新推出的HDX技术，能够广泛地支持标准USB设备，双向语音(VOIP应用)，高清视频播放，使得虚拟桌面的体验真正达到了和PC类似的水平。	微软(Microsoft) 微软的桌面虚拟化技术MED-v刚刚推出不久，利用了桌面的VPC产品创建和“下载”虚拟机镜像，而实际上提供给用户使用的是安装在虚拟机中的应用，目标是用来解决桌面系统尤其是vista上对遗留应用不兼容的问题。并不是真正的虚拟桌面的解决方案，而从微软官网上看的信息，其VDI方案应该是真正意义上的桌面虚拟化或者精确地说是虚拟桌面解决方案，而这一方案，我们还得等待才能看到具体产品。

虚拟化工作模式

　　1.单一资源的多个逻辑表示：这种模式是虚拟化最广泛使用的模式之一。它只包含一个物理资源，但是它向消费者呈现的逻辑表示却仿佛它包含多个资源一样。
　　 2.多个资源的单一逻辑表示：这种模式包含了多个组合资源，以便将这些资源表示为提供单一接口的单个逻辑表示形式。
　　 3.在多个资源之间提供单一逻辑表示：这种模式包括一个以多个可用资源之一的形式表示的虚拟资源。虚拟资源会根据指定的条件来选择一个物理资源实现。
　　 4.单个资源的单一逻辑表示：这是用来表示单个资源的一种简单模式，就仿佛它是别的什么资源一样。启用 Web 的企业后台应用程序就是一个常见的例子。
　　 5.复合或分层虚拟化 这种模式是刚才介绍的一种或多种模式的组合，它使用物理资源来提供丰富的功能集。信息虚拟化是这种模式一个很好的例子。它提供了底层所需要的功能，这些功能用于管理对资源、包含有关如何处理和使用信息的元数据以及对信息进行处理的操作的全局命名和引用。【详细介绍】

什么是云计算？

　　英译：cloud；cloud computing；cloud computer；cloud-based。
　　云计算(cloud computing，分布式计算技术的一种，其最基本的概念，是透过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，再交由多部服务器所组成的庞大系统经搜寻、计算分析之后将处理结果回传给用户。透过这项技术，网络服务提供者可以在数秒之内，达成处理数以千万计甚至亿计的信息，达到和“超级计算机”同样强大效能的网络服务。
　　最简单的云计算技术在网络服务中已经随处可见，例如搜寻引擎、网络信箱等，使用者只要输入简单指令即能得到大量信息。
　　未来如手机、GPS等行动装置都可以透过云计算技术，发展出更多的应用服务。
　　进一步的云计算不仅只做资料搜寻、分析的功能，未来如分析DNA结构、基因图谱定序、解析癌症细胞等，都可以透过这项技术轻易达成。提供资源的网络被称为“云”。“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获取，按需使用，随时扩展，按使用付费……【详细介绍】

众说“云计算定义”

Markus Klems
　　云计算是一个囊括了开发，负载平衡，商业模式，以及架构的时髦词，是软件业的未来模式（Software 10.0），或者简单地讲，云计算就是以 Internet 为中心的软件。

Reuven Cohen
　　云计算是一种基于 Web 的服务，目的是让用户只为自己需要的功能付钱，同时消除传统软件在硬件，软件，专业技能方面的投资。云计算让用户脱离技术与部署上的复杂性而获得应用。

Jeff Kaplan
　　云计算这个词将在未来的一到两年内将炙手可热，人们会依此实现虚拟化并重造 IT 应用，创造出基于服务的业务模式。

Douglas Gourlay
　　云计算指的是一个大的宏图，基本上说，就是让用户透过Internet访问技术服务，现在，我每次登陆Facebook或搜索航班，事实上都是在使用云计算。

Praising Gaw
　　云计算就是新的 Web2.0，一种既有技术上的市场绽放。就象以前人们在自己的网站上放一点 ajax 就宣称自己是 Web2.0 一样，云计算是一个新的流行词。

Damon Edwards
　　云计算还有很多令人费解的东西，然而不必如此复杂，只有三种服务是基于“云”的，SaaS，PaaS 和云计算平台。

Brian de Haaff
　　从消费者的角度看，SaaS 是云计算的一种，然而行业内的人必须明白这到底是什么意思。简单说，云计算就是SaaS的升华。

Ben Kepes
　　云模式的初衷是让硬件层的消费象按需计算,按所需存储空间那样进行,而为了让云模式带来更多力量,我们需要在整个应用架构中,在一个虚拟的环境中实现配制,部署,服务。

云计算发展现状

　　早在60年代麦卡锡(John McCarthy)就提出了把计算能力作为一种象水和电一样的公用事业提供给用户。云计算的第一个里程碑是，1999年Salesforce.com提出的通过一个网站向企业提供企业级的应用的概念。
　　 Amazon使用弹性计算云(EC2)和简单存储服务(S3)为企业提供计算和存储服务。收费的服务项目包括存储服务器、带宽、CPU资源以及月租费。月租费与电话月租费类似，存储服务器、带宽按容量收费，CPU根据时长(小时)运算量收费。Amazon把云计算做成一个大生意没有花太长的时间：不到两年时间，Amazon上的注册开发人员达44万人，还有为数众多的企业级用户。有第三方统计机构提供的数据显示，Amazon与云计算相关的业务收入已达1亿美元。云计算是Amazon增长最快的业务之一。
　　Google当数最大的云计算的使用者。Google搜索引擎就建立在分布在200多个地点、超过100万台服务器的支撑之上，这些设施的数量正在迅猛增长。Google地球、地图、Gmail、Docs等也同样使用了这些基础设施。采用Google Docs之类的应用，用户数据会保存在互联网上的某个位置，可以通过任何一个与互联网相连的系统十分便利地访问这些数据。目前，Google已经允许第三方在Google的云计算……【详细介绍】

云计算形式

SAAS（软件即服务）
　　这种类型的云计算通过浏览器把程序传给成千上万的用户。在用户眼中看来，这样会省去在服务器和软件授权上的开支；从供应商角度来看，这样只需要维持一个程序就够了，这样能够减少成本。

实用计算（Utility Computing）
　　这种云计算是为IT行业创造虚拟的数据中心使得其能够把内存、I/O设备、存储和计算能力集中起来成为一个虚拟的资源池来为整个网络提供服务。

网络服务
　　同SAAS关系密切，网络服务提供者们能够提供API让开发者能够开发更多基于互联网的应用，而不是提供单机程序。

平台即服务
　　另一种SAAS，这种形式的云计算把开发环境作为一种服务来提供。你可以使用中间商的设备来开发自己的程序并通过互联网和其服务器传到用户手中。

MSP（管理服务提供商）
　　最古老的云计算运用之一。这种应用更多的是面向IT行业而不是终端用户，常用于邮件病毒扫描、程序监控等等。

商业服务平台
　　SAAS和MSP的混合应用，该类云计算为用户和提供商之间的互动提供了一个平台。比如用户个人开支管理系统，能够根据用户的设置来管理其开支并协调其订购的各种服务。

云视角（来源《中国教育网络》）

　　 Google认为，所谓云计算，就是要以公开的标准和服务为基础，以互联网为中心，提供安全、快速、便捷的数据存储和网络计算服务，让互联网这片“云”成为每一个网民的数据中心和计算中心。
　　在云计算的模式中，用户所需的应用程序并不运行在用户的个人电脑、手机等终端设备上，而是运行在互联网上大规模的服务器集群中。用户所处理的数据也并不存储在本地，而是保存在互联网上的数据中心里。
　　提供云计算服务的企业负责管理和维护这些数据中心的正常运转，保证足够强的计算能力和足够大的存储空间可供用户使用。而用户只需要在任何时间、任何地点，用任何可以连接至互联网的终端设备访问这些服务即可。
　　事实上，Google 提供的网络搜索功能本身，就是一种典型的云计算。其他 Google 服务，诸如 Gmail、Google Docs、Google Picasa Web 等等，都属于云计算范畴。

　　IBM对待云计算的态度非常积极，他们与Google合作将云计算的课程推到大学，还积极地推动云计算标准的建立。 IBM将云计算定义为一个虚拟化的计算计资源池，一种新的IT资源提供模式。IBM的云计算策略中有三个层面。第一个层面是基础架构，主要是指硬件基础设施，这其中包括很多不同的服务器，而其上是虚拟化的、云的管理层。第二个层面是应用平台，利用开放的标准，从不同终端获得数据，并利用Web2.0技术、更多的媒介、电子商务等共享到这个基础平台。第三个层面是服务的交付，可以降低成本并减少上线的时间。由此可以看出的是，IBM的云计算打包了许多IBM产品，以方便更多的硬件、软件和服务进入云计算。
　　 2007年11月，IBM推出“蓝云”(Blue Cloud)计划，它包括一系列云计算技术的组合，以及将这些技术资产商业化的方式。通过架构一个分布的、可全球访问的资源结构，“蓝云”使数据中心在类似互联网的环境下运行计算。“蓝云”技术成为此后推出的云计算中心及全新企业级数据中心的技术基础。



微软认为，“云-端”共存、“云-端”互动才是未来计算架构的发展趋势。云计算是以互联网为中心，提供安全、快速、便捷的数据存储和网络计算服务。日前，微软推出Windows Azure，这被业界看成是微软进军云计算的重要一步。微软相关人员表示，微软将和亚马逊、IBM以及其他对手竞争一样，出售信息存储空间和云端计算能力，为全球用户提供数据中心。Windows Azure可以让用户在不必搭建自己服务器群的情况下创建基于互联网的各种应用。微软表示，Windows Azure将是为云计算提供的平台产品，就像Windows对PC，Windows Mobile对手机的意义一样。不仅微软自己的应用可以运行在Windows Azure上，其他公司的应用也可以运行在其上。	亚马逊是一家电子商务的公司，但是目前它已经进入了云计算公司的排头兵。　　亚马逊提出弹性计算云：即用户租用亚马逊云上的空间，只需为他们需要和使用的部分付费。软件也是在运行的时候分配使用空间(甚至是计算机新增虚拟机亦是如此)。云的每个部分都能提供给用户使用，他们都是按需付费。　　这种云计算的方式并非亚马逊所独有的。不过亚马逊自己的系统被称为弹性计算云，因为亚马逊的工程师认为它有具有弹性的。用户的软件能向闲置的服务提出请求，在软件运行时按照需求相应增长，当需求减少时资源也会随之逐渐释放。	戴尔想要把云计算申请为专利，不过被拒绝了。美国专利和商标局引述了几十条新闻报道以及其他的材料，以此来说明云计算是一个被科技界广泛采用的术语。专利和商标局认为，如果戴尔的商标申请被通过，那么其他的厂商将不得不使用其他的替代词汇来描述自己的服务。IBM、微软、SAP、雅虎、谷歌以及众多的IT厂商均会受到影响，因为他们都使用云计算来对自己的服务进行描述和推广。

众说纷“云”

李开复：数据在云不在端
　　在云计算的模式中，用户所需的应用程序并不运行在用户的个人电脑、手机等终端设备上，而是运行在互联网上大规模的服务器集群中。用户所处理的数据也并不存储在本地，而是保存在互联网上的数据中心里。提供云计算服务的企业负责管理和维……【详细介绍】

张亚勤：终端不可弃
　　云计算的愿景与NC的概念有相似之处，但NC作为一种理想可能会形成一个产品品类，但却永无主流化之日——“近10年过去了，NC 至今仍未形成一个产业，这已足可说明问题。”因而他表示，纯的云计算是不可行的，也就是将所有的数据……【详细介绍】

Richard Stallman ：是否可认为是多云天气？
　　现今这么多公司一起说云计算，他认为这是因为公司觉得宣扬神奇的词汇可以吸引住客户。他认为， “云”这个名词要比其技术本身更热门。名词本身很模糊——我们是否可以认为是“多云天气”……【详细介绍】

McNealy：云计算是个广告词
　　云计算是一个可笑的概念，它只是一句经典的广告词。不过他又同时看起来很矛盾地说，Sun肯定是要加入到云计算的阵营当中的。他说，Sun是最早提出“网络就是计算机”这句经典口号的，这一口号被看作是计算机由单体运算向网络时代……【详细介绍】

云计算面临三重门

　　 一重门：安全
　　安全问题是云计算所面临的第一大问题，在这里，技术的挑战与机制和意识的挑战并存。首先，在技术方面，按照Google的理念，如果云计算得以实现的话，那么未来人们在本地硬盘上几乎……【详细介绍】
　　 二重门：人才
　　云计算的提倡者基本来自企业，但业界官员和计算机科学家表示，人才的匮乏可能会限制云计算技术未来的增长。目前，即使是美国最久负盛名的大学也很难找到提供云计算所需要的所有技术培训。云计算是分布式计算，但是目前许多应用软件并不是为分布式计算而写，导致其在云计算中也难以应用……【详细介绍】
　　 三重门：标准
　　云计算的产业化步伐很快，各大企业投入了很多力量发展云计算产品。但是推动云计算的发展必须要有开放的公共标准，包括基础设施价格、网络和互联网应用等都需要基于开放标准，这样才能使得用户尽情享受云计算应用和服务，包括自由地进行信息共享……【详细介绍】

云计算将改变什么

　　云计算不是一个技术名词，很难给出一个确切定义。它是一种与传统的桌面计算形态对应的以网络为媒介进行存储、获取数据服务的新形态。传统的桌面计算形态指的是随着PC的发展和普及，在过去20多年间人们使用计算机的最主要方式：每个人拥有自己的硬件、软件，本地保存数据和进行处理。互联网只是让人们能更方便地获得信息，但计算和处理主要还是基于本地的PC进行。
　　但如果云计算仅仅是指通过互联网利用远端的计算能力进行处理，那么现有的提供一些特定计算功能的网站是不是云计算，例如提供公历/农历的转换或者简单的图像处理？答案自然是否定的。云计算的特质是面向海量的数据和复杂的计算，这是被很多人忽略的一点。
　　任何成功的新事物，它无非是提供两个功能：将原来坏的事情，变得不那么坏(做减法)；或者将原来好的事情，变得更好(做加法)。也可以换一个角度，是来缓解或者解决当前面临的问题或困境；或者启迪、开发新的功能、需求或价值。云计算一个明显的优势是可以降低应用计算的成本。利用云计算，用户可以避免本地建设、运维不菲的计算系统，通过支付低廉的服务费用，即可完成同样的计算或处理过程……【详细介绍】

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