虚拟化有哪些应用？

在计算机服务器虚拟化实现过程中，设备和I/O也是计算机系统的主要组成部门，也需要实现虚拟化，才能促使服务器也实现虚拟化。和内存虚拟化相比，设备、I/O和网口虚拟化主要通过专业的封装技术来实现，为虚拟机的运行提供技术支持。经常满足虚拟机进行设备访问和I/O请求的需求，在计算机服务器虚拟化平台中，为设备和I/O的虚拟化实现奠定了坚实基础。在具体运行中，各设备型号、配置、参数等在计算机服务器中存在一定的差异，但具体实现计算机服务器中，虚拟机和实体机之间数据和信息的互换，展现出服务器虚拟化技术应用的效果。此项技术的合理应用，既能拓展计算机服务器虚拟化技术的应用范围，也可以大幅度降低信息时代对计算机底层硬件的依赖程度。只要搭设虚拟平台，就可以实现在不同物理机上的相互迁移。

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各种虚拟化技术服务器虚拟化物理资源抽象成逻辑资源一台服务器变成多台，相互独立的虚拟服务器不局限物理的界限让硬件变成动态管理的资源池提高利用率，简化系统管理桌面虚拟化将计算机的终端系统进行虚拟化达到桌面使用的安全性和灵活性任何设备时间地方都能通过网络访问属于个人的桌面系统并非本地 *** 作系统提供的桌面应用程序虚拟化将应用程序与 *** 作系统解耦为应用程序提供了一个虚拟的环境（可执行文件+运行环境）本质是把应用程序对底层的系统和硬件的依赖抽象出来，可以解决程序版本不兼容的问题也在后台的数据中心里面存储虚拟化将异构的存储资源组成一个巨大的存储池对于用户，透明化了底层的磁盘磁带，直接使用存储资源即可管理变得方便，根据需要把存储资源分配给各个应用网络虚拟化一个物理网络支持多个逻辑网络保留了网络设计中原有的层次结构、数据通道和所能提供的服务使得最终用户的体验和独享物理网络一样提高了网络资源的利用率虚拟化技术的两种类型Type1：直接在物理硬件上运行，它控制硬件并管理虚拟机，又叫裸机虚拟机管理程序Linux KVM：开源的虚拟化平台，是为x86机器开发的基于内核的虚拟机，将Linux内核转变成虚拟机管理程序，因此虚拟机可以直接访问硬件，是一种全虚拟化的裸机虚拟化技术。Vmware ESXi：直接安装在底层物理硬件上的全虚拟化技术

“虚拟”这个词最早来源于光学，用于理解镜子里的物体。现在，“虚拟”这个词已经经过演化，用来描述任何真实物体的模拟了，例如分区、虚拟机、虚拟内存、虚拟磁盘和虚拟现实。在讨论虚拟技术的时候，使用“虚拟”这个词，是因为我们希望虚拟机看起来和工作起来都和真正的机器一模一样。这意味着，虚拟机并不是真正的机器，但是它能像真正的机器一模一样地工作。虚拟化技术是一种调配计算资源的方法，它将不同层面——硬件、软件、数据、网络、存储——隔离开来。虚拟化的优势在于，它的运行完全像一台物理服务器一样，而终端用户根本感觉不到差异。另外，在同一台物理服务器上运行多台虚拟机（最多可达到15至20台），可以节省硬件、数据中心的空间以及能耗。 从原理上看，所有虚拟技术虚拟的是指令集。所有的IT设备，不管是PC、服务器还是存储，都有一个共同点：它们被设计用来完成一组特定的指令。这些指令组成一个指令集。对于虚拟技术而言，“虚拟”实际上就是指的这些指令集。虚拟机有许多不同的类型，但是它们有一个共同的主题就是模拟一个指令集的概念。每个虚拟机都有一个用户可以访问的指令集。虚拟机把这些虚拟指令“映射”到计算机的实际指令集。目前所能看到的硬分区、软分区、逻辑分区、Solaris Container、VMware、Xen、微软Virtual Server2005这些虚拟技术，都是同样的原理，只是虚拟指令集所处的位置不同而已。 虚拟技术分类 按照虚拟层所处位置的不同，目前所有的虚拟技术大致可以分为硬件虚拟、逻辑虚拟、软件虚拟和应用虚拟四种类型。
虚拟化简介
虚拟化是一个抽象层，它将物理硬件与 *** 作系统分开，从而提供更高的 IT 资源利用率和灵活性。
虚拟化允许具有不同 *** 作系统的多个虚拟机在同一物理机上独立并行运行。每个虚拟机都有自己的一套虚拟硬件（例如 RAM、CPU、网卡等），可以在这些硬件中加载 *** 作系统和应用程序。无论实际采用了什么物理硬件组件， *** 作系统都将它们视为一组一致、标准化的硬件。
” 在未来的几年中，虚拟机不再局限于进行简单的资源部署和作为机房使用，它们将提供一个基本构造块，以提高台式机的可移动性、安全性和可用性。 ”
— VMware Inc 的首席科学家 Mendel Rosenblum 虚拟机封装在文件中，因此可以快速对其进行保存、复制和部署。可在几秒钟内将整个系统（完全配置的应用程序、 *** 作系统、BIOS 和虚拟硬件）从一台物理服务器移至另一台物理服务器，以实现零停机维护和连续的工作负载整合。
虚拟化的好处
分区
在一个物理系统中可以支持多个应用程序和 *** 作系统
可在扩展或扩张体系结构中将服务器整合到虚拟机中
计算资源被视为以可控方式分配给虚拟机的统一池
隔离
虚拟机与主机和其他虚拟机完全隔离。如果一个虚拟机崩溃，所有其他虚拟机不会受到影响
虚拟机之间不会泄露数据，而且应用程序只能通过配置的网络连接进行通信
封装
完整的虚拟机环境保存为单个文件；便于进行备份、移动和复制
为应用程序提供标准化的虚拟硬件，可保证兼容性
逻辑虚拟模式
最早的虚拟模式当然是源自IBM大型主机的逻辑分区技术，这种技术的主要特点是，在IBM的大型主机中，每一个虚拟机都是一台真正机器的完整拷贝，只是内存少了点。根据这一概念，一个功能强大的大型主机可以被分割成许多虚拟机。这些虚拟机仅比原来的主机少一点内存资源而已。这一虚拟模式后来被业界广泛借鉴，包括HP vPAR、VMware ESX Server和Xen在内的虚拟技术都是这样的工作原理。
在逻辑虚拟模型中，虚拟机 *** 作系统是整个IBM虚拟机体系结构的“大脑”，包括 *** 作系统和硬件在内的整个系统被称作虚拟机系统（VM System）。每个虚拟机系统都被一个叫做控制程序的程序控制。控制程序除了管理实际的物理硬件，还要为每个系统用户创建一个虚拟机，这种虚拟机是System /370或System /390系统的全真模拟。IBM虚拟机概念的重点在于：每个用户都可以在他们的虚拟机上运行程序、存储数据，甚至虚拟机崩溃也不会影响系统本身和其他的系统用户。所以，IBM虚拟机模型不仅允许资源共享，而且实现了系统资源的保护。在大型主机上，用户可以选择Basic Mode（基本模式）、Logical Partition（逻辑分区方式）和z/VM（Z虚拟机方式）三种模式来配置系统。

虚拟化技术有哪些
1、CPU虚拟化
虚拟化在计算机方面通常是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行。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。简单说来，CPU的虚拟化技术就是单CPU模拟多CPU并行，允许一个平台同时运行多个 *** 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。
2、网络虚拟化
网络虚拟化是目前业界关于虚拟化细分领域界定最不明确，存在争议较多的一个概念。微软眼中的“网络虚拟化”，是指虚拟专用网络（）。对网络连接的概念进行了抽象，允许远程用户访问组织的内部网络，就像物理上连接到该网络一样。网络虚拟化可以帮助保护IT环境，防止来自Internet的威胁，同时使用户能够快速安全的访问应用程序和数据。
3、服务器虚拟化
与网络虚拟化不同，服务器虚拟化却是虚拟化技术最早细分出来的子领域。根据2006年2月ForresterResearch的调查，全球范围的企业对服务器虚拟化的认知率达到了75%。三分之一的企业已经在使用或者准备部署服务器虚拟化。这个产生于20世纪60年代的技术日益显示出其重要价值。由于服务器虚拟化发展时间长，应用广泛，所以很多时候人们几乎把服务器虚拟化等同于虚拟化。
4、存储虚拟化
随着信息业务的不断运行和发展，存储系统网络平台已经成为一个核心平台，大量高价值数据积淀下来，围绕这些数据的应用对平台的要求也越来越高，不光是在存储容量上，还包括数据访问性能、数据传输性能、数据管理能力、存储扩展能力等等多个方面。可以说，存储网络平台的综合性能的优劣，将直接影响到整个系统的正常运行。因为这个原因，虚拟化技术又一子领域——虚拟存储技术，应运而生。
5、应用虚拟化
前面几种虚拟化技术，主要还专注于对硬件平台资源的虚拟优化分配，随着IT应用的日益广泛，应用虚拟化作为虚拟化家族的明日之星登上了历史舞台。2006年7月由Forrester咨询公司在美国对各种不同行业的高层IT管理人员所做的一项研究显示，当今的机构现在将应用虚拟化当作是业务上的一个必由之路，而不是一个IT决策。据统计，全世界目前至少有超过18万个机构在利用应用虚拟化技术进行集中IT管理、加强安全性和减少总体成本。

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作系统的虚拟化，又分成服务器虚拟化和桌面虚拟化。服务器虚拟化是一种通过区分资源的优先次序，并将服务器资源分配给最需要它们的工作负载的虚拟化模式，它通过减少为单个工作负载峰值而储备的资源来简化管理和提高效率。桌面虚拟化是为提高人对计算机的 *** 控力，降低计算机使用的复杂性，为用户提供更加方便适用的使用环境的一种虚拟化模式。平台虚拟化主要通过CPU虚拟化、内存虚拟化和I/O接口虚拟化来实现。\x0d\ （2）资源虚拟化（Resource Virtualization），针对特定的计算资源进行的虚拟化，例如，存储虚拟化、网络资源虚拟化等。存储虚拟化是指把 *** 作系统有机地分布于若干内外存储器，两者结合成为虚拟存储器。网络资源虚拟化最典型的是网格计算，网格计算通过使用虚拟化技术来管理网络上的数据，并在逻辑上将其作为一个系统呈现给消费者，它动态地提供了符合用户和应用程序需求的资源，同时还将提供对基础设施的共享和访问的简化。当前，有些研究人员提出利用软件代理技术来实现计算网络空间资源的虚拟化，如Gaia，Net Chaser[21]，Spatial Agent。\x0d\ （3）应用程序虚拟化（Application Virtualization），它包括仿真、模拟、解释技术等。Java 虚拟机是典型的在应用层进行虚拟化。基于应用层的虚拟化技术，通过保存用户的个性化计算环境的配置信息，可以实现在任意计算机上重现用户的个性化计算环境。服务虚拟化是近年研究的一个热点，服务虚拟化可以使业务用户能按需快速构建应用的需求，通过服务聚合，可屏蔽服务资源使用的复杂性，使用户更易于直接将业务需求映射到虚拟化的服务资源。现代软件体系结构及其配置的复杂性阻碍了软件开发生命周期，通过在应用层建立虚拟化的模型，可以提供最佳开发测试和运行环境。\x0d\ （4）表示层虚拟化。在应用上与应用程序虚拟化类似，所不同的是表示层虚拟化中的应用程序运行在服务器上，客户机只显示应用程序的UI界面和用户 *** 作。表示层虚拟化软件主要有微软的Windows 远程桌面（包括终端服务）、Citrix Metaframe Presentation Server和Symantec PcAnywhere等。\x0d\ 12 虚拟化的方法\x0d\ 通常所说的虚拟化主要是指平台虚拟化，它通过控制程序隐藏计算平台的实际物理特性，为用户提供抽象的、统一的、模拟的计算环境。通常虚拟化可以通过指令级虚拟化和系统级虚拟化来实现。\x0d\ 121 指令级虚拟化方法\x0d\ 在指令集层次上实现虚拟化，即将某个硬件平台上的二进制代码转换为另一个平台上的二进制代码，实现不同指令集间的兼容，也被称作“二进制翻译”。二进制翻译是通过仿真来实现的，即在一个具有某种接口和功能的系统上实现另一种与之具有不同接口和功能的系统。二进制翻译的软件方式，它可以有3 种方式实现：解释执行、静态翻译、动态翻译。\x0d\ 近年来，最新的二进制翻译系统的研究主要在运行时编译、自适应优化方面，由于动态翻译和执行过程的时间开销主要包括四部分：即磁盘访问开销、存储访问开销、翻译和优化开销、目标代码的执行开销，所以要提高二进制翻译系统的效率主要应减少后3个方面的开销。目前典型的二进制翻译系统主要有Daisy/BOA、Crusoe、Aeries、IA-32EL、Dynamo 动态优化系统和JIT编译技术等。\x0d\ 122 系统级虚拟化方法\x0d\ 系统虚拟化是在一台物理机上虚拟出多个虚拟机。从系统架构看，虚拟机监控器（VMM）是整个虚拟机系统的核心，它承担了资源的调度、分配和管理，保证多个虚拟机能够相互隔离的同时运行多个客户 *** 作系统。系统级虚拟化要通过CPU虚拟化、内存虚拟化和I/O虚拟化实现。\x0d\ （1）CPU虚拟化\x0d\ CPU虚拟化为每个虚拟机提供一个或多个虚拟CPU，多个虚拟CPU分时复用物理CPU，任意时刻一个物理CPU只能被一个虚拟CPU使用。VMM必须为各虚拟CPU合理分配时间片并维护所有虚拟CPU的状态，当一个虚拟CPU的时间片用完需要切换时，要保存当前虚拟CPU的状态，将被调度的虚拟CPU的状态载入物理CPU。X86 的CPU虚拟化方法主要有：二进制代码动态翻译（dynamic binary translation）、半虚拟化（para-virtualization）和预虚拟化技术。为了弥补处理器的虚拟化缺陷，现有的虚拟机系统都采用硬件辅助虚拟化技术。CPU虚拟化需要解决的问题是：①虚拟CPU的正确运行，虚拟CPU正确运行的关键是保证虚拟机指令正确执行，各虚拟机之间不互相影响，即指令的执行结果不改变其他虚拟机的状态，目前主要是通过模拟执行和监控运行；②虚拟CPU的调度。虚拟CPU的调度是指由VMM决定当前哪一个虚拟CPU实际在物理CPU上运行，保证虚拟机之间的隔离性、虚拟CPU的性能、调度的公平。虚拟机环境的调度需求是要充分利用CPU资源、支持精确的CPU分配、性能隔离、考虑虚拟机之间的不对等、考虑虚拟机之间的依赖。常见的CPU调度算法有BVT、SEDF、CB等。\x0d\ （2）内存虚拟化\x0d\ VMM通常采用分块共享的思想来虚拟计算机的物理内存。VMM将机器的内存分配给各个虚拟机，并维护机器内存和虚拟机内存之间的映射关系，这些内存在虚拟机看来是一段从地址0 开始的、连续的物理地址空间。在进行内存虚拟化后，内存地址将有机器地址、伪物理地址和虚拟地址三种地址。在X86 的内存寻址机制中，VMM能够以页面为单位建立虚拟地址到机器地址的映射关系，并利用页面权限设置实现不同虚拟机间内存的隔离和保护。为了提高地址转换的性能，X86 处理器中加入TLB，缓存已经转换过的虚拟地址，在每次虚拟地址空间切换时，硬件自动完成切块TLB。为了实现虚拟地址到物理地址的高效转换，通常采取复合映射的思想，通过MMU半虚拟化和影子页表来实现页表的虚拟化。虚拟机监控器的数据不能被虚拟机访问，因此需要一种隔离机制，这种隔离机制主要通过修改客户 *** 作系统或段保护来实现。内存虚拟化的优化机制，包括按需取页、虚拟存储、内存共享等。\x0d\ （3）I/O虚拟化\x0d\ 由于I/O设备具有异构性强，内部状态不易控制等特点，VMM系统针对I/O设备虚拟化有全虚拟化、半虚拟化、软件模拟和直接I/O访问等设计思路。近年来，更多的学者将I/O虚拟化的研究放在共享的网络设备虚拟化研究，提出将IOVM结构映射到多核心服务器平台。I/O设备除了增加吞吐量和固有的并行数据流、联系串行特性以及基于分组的协议外，还应该考虑到传统的PCI 兼容的PCI Express的硬件，建立相应的总线适配器，以弥补象单一主机无专门的驱动程序时的需要。有些研究人员专注于外存储虚拟化的研究，提出让存储虚拟化系统上的SCSI目标模拟器运行在SAN上，存储动态的目标主机的物理信息，并使用映射表方法来修改SCSI命令地址，使用位图的技术来管理可用空间等思想。存储虚拟化系统应提供诸如逻辑卷大小、各种功能、数据镜像和快照，并兼容集群主机和多个 *** 作系统。由于外存储虚拟化能全面提升存储区域网络的服务质量，而带外虚拟化与带内虚拟化相比具有性能高和扩展性好等优点，通过运用按序 *** 作、Redo日志以及日志完整性鉴别，设计基于关系模型的磁盘上虚拟化元数据组织方式，可以形成一致持久的带外虚拟化系统。\x0d\ 13 虚拟化的管理\x0d\ 虚拟化的管理主要指多虚拟机系统的管理，多虚拟机系统是指在对多计算系统资源抽象表示的基础上，按照自己的资源配置构建虚拟计算系统，其主要包括虚拟机的动态迁移技术和虚拟机的管理技术。\x0d\ （1）虚拟机之间的迁移\x0d\ 将虚拟化作为一种手段管理现有的资源和加强其在网络计算的利用率，通过构建分布式可重构的虚拟机，必要时在物理服务器运行时迁移服务。通过移动代理技术、分布式虚拟机等提高资源利用率和服务可用性，通过寻找服务最优的策略在可重构和分布式虚拟机上迁移。为了将虚拟机运行的 *** 作系统与应用程序从一个物理结点迁移到另外一个运行结点，同时保持客户 *** 作系统和应用程序不受干扰，有些研究者提出以数据为中心的可迁移的虚拟运行环境，使得用户 *** 作环境实现异地迁移、无缝重构；\x0d\ 也有研究人员提出程序执行环境的动态按需配置机制。在跨物理服务器迁移虚拟机，进行自动化的虚拟服务器的管理，必须考虑高层次的服务质量要求和资源管理成本。有些研究人员提出了通过管理程序控制的方法，以支持移动IP的实时迁移虚拟机在网络上，使虚拟机实时迁移其分布计算资源，从而改善迁移性能，降低网络恢复延迟，提供高可靠性和容错。有些研究机构通过设计一个通用的硬件抽象层，实现多个虚拟机的移植，具有高效率执行环境中的移动设备。虚拟机的迁移步骤一般有启动迁移、内存迁移、冻结虚拟机、虚拟机恢复执行。\x0d\ （2）虚拟机的管理\x0d\ 对于多虚拟机来说，一个非常重要的方面是减少用户对动态的和复杂的物理设备的管理和维护，通过软件和工具来实现任务管理。当前典型的多虚拟机服务器管理软件是Virtual Infrastructure，它通过Virtual Center管理服务器的虚拟机池，通过VMotion完成虚拟机的迁移，通过VMFS管理多虚拟机文件系统。其次，Parallax 是针对Xen 的多虚拟机管理器，它通过采用消除写共享，增强客户端的缓存等方式并利用模板映像来建立整个系统；同时使用快照（snapshot）以及写时复制（copy-on-write）机制来实现块级共享，并使用副本来保证可用性。虚拟机监控器直接控制parallax 使用的物理盘，它们运行物理设备驱动器，并给虚拟磁盘镜像VDI 的本地虚拟机提供一个普通的块接口。\x0d\ 2 虚拟化在制造业信息化中的应用\x0d\ 21 虚拟化在制造业信息化中的应用框架\x0d\ 当今制造业正朝着精密化、自动化、柔性化、集成化、网络化、信息化和智能化的方向发展，在这种趋势下，诞生了许多先进制造技术和先进制造模式。这些先进制造技术和先进制造模式要求现有的IT基础设施能提供更高的计算服务水平，因此在制造业信息化中，需要建立以虚拟化为导向的资源分配体系结构，提供客户驱动的服务管理和计算风险管理，维持以服务水平协议（SLA）为导向的资源分配体系。虚拟化在制造业信息化中主要用于集中IT管理、应用整合、工业控制、虚拟制造等。\x0d\ 处在最底层的是制造业企业的虚拟计算资源池（VirtualCluster），它由多台物理服务器（PhysicsMachine）形成，各物理服务器上运行着虚拟化软件（VMM），虚拟化软件上运行着完成各种任务需求的虚拟机，虚拟计算资源池的虚拟化管理软件（VMS）为IT环境提供集中化、 *** 作自动化、资源优化的功能，可以快速部署向导和虚拟机模板。虚拟计算资源池中的虚拟机将不同类型的客户 *** 作系统（Guest OS）和运行其上的数据层、服务层应用程序（App）封装在一起，形成一个企业协同设计制造的完整系统，为表示层的用户提供多种形态的数据处理和显示功能。在图1 的框架中，虚拟计算资源池的动态资源调度（DRS）模块可以跨越物理机不间断地监控资源利用率，并根据反映业务需要和不断变化的优先级的预定规则，在多个虚拟机之间分配可用资源。在制造业信息化中，集中IT管理、应用整合、工业控制、虚拟制造等多种应用需求都将以各种服务的形式被封装到了虚拟机中，例如制造任务协同服务、资源管理服务、信息访问服务、>