虛擬化以各種形式存在已經有 30 多年的時間了。例如，虛擬機和虛擬內存就是這樣建立的，我們通常已經不再過多地考慮這個問題了 —— 它們只是 IT 基礎設施中的一部分而已。目前大家對虛擬化有了全新的興趣，因為將它應用到新環境中時可以提供一些相當多的實際好處。當 Gartner Inc. 對將在未來 18 - 36 個月內提供價值的 10 種頂尖新興技術進行預測時，虛擬化技術在這個 名單 中名列榜首。本文將利用一些常見的模式介紹一些基本的虛擬化概念。

什么是虛擬化？

虛擬化（Virtualization）對于不同的人來說可能意味著不同的東西，這要取決與他們所從事的工作領域的環境。通用的解釋是它包含許多使服務器得到加強的虛擬機。有經驗的程序員可能還記得，曾有一段時間他們擔心是否有可用內存來存放自己的程序指令和數據。現在最基本的操作系統提供了虛擬內存的功能，這樣程序員就不用再考慮這個問題了。IBM？ 對大型機使用的 VM 可以允許多個用戶和應用程序共享同一臺機器，相互之間不會產生任何干擾。我們發現在很多計算平臺上都實現了這種概念，或者通過軟件來提供這種概念。

然而，虛擬化技術的內涵遠遠不止于虛擬內存和虛擬服務器。目前，我們已經有了網絡虛擬化、微處理器虛擬化、文件虛擬化和存儲虛擬化等技術。如果我們在一個更廣泛的環境中或從更高級的抽象（如任務負載虛擬化和信息虛擬化）來思考虛擬化技術，虛擬化技術就變成了一個非常強大的概念，可以為最終用戶、應用程序和企業提供很多優點。

虛擬化技術有很多定義，下面就給出了一些這樣的定義。然而，對于本文的討論來說，IBM 給出的簡潔定義以及資源的邏輯表示形式的概念都可以用來作為不同的虛擬模式的示例。

"虛擬化是以某種用戶和應用程序都可以很容易從中獲益的方式來表示計算機資源的過程，而不是根據這些資源的實現、地理位置或物理包裝的專有方式來表示它們。換句話說，它為數據、計算能力、存儲資源以及其他資源提供了一個邏輯視圖，而不是物理視圖。" —— Jonathan Eunice， Illuminata Inc.

"虛擬化是表示計算機資源的邏輯組（或子集）的過程，這樣就可以用從原始配置中獲益的方式訪問它們。這種資源的新虛擬視圖并不受實現、地理位置或底層資源的物理配置的限制。" —— Wikipedia

"虛擬化：對一組類似資源提供一個通用的抽象接口集，從而隱藏屬性和操作之間的差異，并允許通過一種通用的方式來查看并維護資源。" —— Open Grid Services Architecture Glossary of Terms

“虛擬化是資源的邏輯表示，它不受物理限制的約束。”—— IBM 公司

為什么要進行虛擬化？

虛擬化的主要目的是對 IT 基礎設施進行簡化。它可以簡化對資源以及對資源管理的訪問。

消費者可以是一名最終用戶、應用程序、訪問資源或與資源進行交互的服務。資源是一個提供一定功能的實現，它可以基于標準的接口接受輸入和提供輸出。資源可以是硬件，例如服務器、磁盤、網絡、儀器；也可以是軟件，例如 Web 服務。

消費者通過受虛擬資源支持的標準接口對資源進行訪問。使用標準接口，可以在 IT 基礎設施發生變化時將對消費者的破壞降到最低。例如，最終用戶可以重用這些技巧，因為他們與虛擬資源進行交互的方式并沒有發生變化，即使底層物理資源或實現已經發生了變化，他們也不會受到影響。另外，應用程序也不需要進行升級或應用補丁，因為標準接口并沒有發生變化。

IT 基礎設施的總體管理也可以得到簡化，因為虛擬化降低了消費者與資源之間的耦合程度。因此，消費者并不依賴于資源的特定實現。利用這種松耦合關系，管理員可以在保證管理工作對消費者產生最少影響的基礎上實現對 IT 基礎設施的管理。管理操作可以手工完成，也可以半自動地完成，或者通過服務級協定（SLA）驅動來自動完成。

在這個基礎上，網格計算可以廣泛地利用虛擬化技術。網格計算可以對 IT 基礎設施進行虛擬化。它處理 IT 基礎設施的共享和管理，動態提供符合用戶和應用程序需求的資源，同時還將提供對基礎設施的簡化訪問。

虛擬化是如何工作的？

虛擬化可以通過很多方法來證實。它不是一個單獨的實體，而是一組模式和技術的集合，這些技術提供了支持資源的邏輯表示所需的功能，以及通過標準接口將其呈現給這些資源的消費者所需的功能。這些模式本身都是前面介紹過的各種不同虛擬形式的重復出現。

下面是在實現虛擬化時常常使用的一些模式和技術：

1. 單一資源的多個邏輯表示 這種模式是虛擬化最廣泛使用的模式之一。它只包含一個物理資源，但是它向消費者呈現的邏輯表示卻仿佛它包含多個資源一樣。消費者與這個虛擬資源進行交互時就仿佛自己是惟一的消費者一樣，而不會考慮他正在與其他消費者一起共享資源。虛擬機就是這種模式的一個例子。硬件物理分區和邏輯分區（如 IBM System p、System z 和 System i 服務器）或軟件產品（如 VMware、Microsoft Virtual Server 和 Xen）都實現了服務器的虛擬化。數據庫視圖的使用將數據與消費者隔離開來，這樣可以基于消費者的角色和身份驗證對資源進行訪問，即使在所有消費者同時訪問相同的數據庫時，也不會出現任何問題。另外，網格使用虛擬化技術來管理網絡上的數據，并在邏輯上將其作為一個系統呈現給消費者。

多個資源的單一邏輯表示 這種模式包含了多個組合資源，以便將這些資源表示為提供單一接口的單個邏輯表示形式。在利用多個功能不太強大的資源來創建功能強大且豐富的虛擬資源時，這是一種非常有用的模式。存儲虛擬化就是這種模式的一個例子。IBM 的 SAN Volume Controller 可以將幾個存儲卷組合在一起，將它們呈現為一個大型的單一存儲設備。消費者并不知道自己的數據被分散到了多個磁盤上。在服務器方面，集群技術可以提供這樣的幻想：消費者只與一個系統（頭節點）進行交互，而集群事實上可以包含很多的處理器或節點。實際上，這就是從 IT 技術設施的角度看到的網格可以實現的功能。多種資源集都是通過一個簡化的用戶界面呈現出來，例如用戶使用的門戶，或應用程序使用的標準接口。從計算角度來看，網格在接受任務請求，對任務負載進行調度和管理，并在提供資源和返回結果的同時提供任務負載虛擬化的能力。

在多個資源之間提供單一邏輯表示 這種模式包括一個以多個可用資源之一的形式表示的虛擬資源。虛擬資源會根據指定的條件來選擇一個物理資源實現，例如資源的利用、響應時間或臨近程度。盡管這種模式與上一種模式非常類似，但是它們之間有一些細微的差別。首先，每個物理資源都是一個完整的副本，它們不會在邏輯表示層上聚集在一起。其次，每個物理資源都可以提供邏輯表示所需要的所有功能，而不是像前一種模式那樣只能提供部分功能（例如，前一種模式是文件的一部分，這種模式是文件的一個完全副本）。這種模式的一個常見例子是使用應用程序容器來均衡任務負載。在將請求或事務提交給應用程序或服務時，消費者并不關心到底是幾個容器中執行的哪一個應用程序的副本為請求或事務提供服務。消費者只是希望請求或事務得到處理。一個具體的例子是 IBM 的 WebSphere？ Application Server Extended Deployment.另外一個例子是文件虛擬化，其中為了滿足冗余或性能的需要，可能為數據維護提供多個副本。當消費者訪問文件時，文件系統（如通用并行文件系統 （GPFS））就會定位這些文件眾多副本中的一個，但是消費者并不知道正在使用的文件副本的具體位置。

單個資源的單一邏輯表示 這是用來表示單個資源的一種簡單模式，就仿佛它是別的什么資源一樣。啟用 Web 的企業后臺應用程序就是一個常見的例子。在這種情況下，我們不是修改后臺的應用程序，而是創建一個前端來表示 Web 界面，它會映射到應用程序接口中。這種模式允許通過對后臺應用程序進行最少的修改（或根本不加任何修改）來重用一些基本的功能。也可以根據無法修改的組件，使用相同的模式構建服務。

復合或分層虛擬化 這種模式是剛才介紹的一種或多種模式的組合，它使用物理資源來提供豐富的功能集。信息虛擬化是這種模式一個很好的例子。它提供了底層所需要的功能，這些功能用于管理對資源、包含有關如何處理和使用信息的元數據以及對信息進行處理的操作的全局命名和引用。IBM WebSphere Information Server 就是這樣一個例子，它提供了一些利用到異構資源和統一元數據的廣泛連接來集成、豐富和傳遞信息所需的功能，有些體系架構或框架，例如 Open Grid Services Architecture（OGSA）或者 Grid Computing Components，實際上都是虛擬化的組合或虛擬化的不同層次。這個框架中的每一層都是更低一層的抽象，它為上層提供了一個定義好的接口。隨著我們在這個架構中的層次（或框架堆棧）的上升，底層提供的資源都組合成了更復雜的功能。例如，任務負載虛擬化和信息虛擬化就為已經虛擬化過的基礎設施（系統、存儲和網絡）提供了更高級的虛擬化。

關于虛擬化管理

對于任何虛擬化環境來說，一個非常重要的方面是減少動態的和復雜的 IT 基礎設施的管理和維護需求。另外，通過軟件和工具實現的模式和技術都支持這些管理任務。這些模式和技術的組合可以實現以下功能：

" 為 IT 基礎設施中所有資源的管理訪問提供單一且安全的接口

" 允許管理員對所有資源進行診斷

" 對所有資源進行配置和修改管理

" 發現并維護可用資源目錄

" 監視資源并記錄它們平時的健康狀況

" 當某個條件達到已建立的上限值時，觸發器就會執行相應操作；此時執行的操作可能包括通知管理員手工作出響應，也可能會根據正確的條件自動進行響應

" 根據資源的使用情況、可用性和服務級別要求提供資源或收回資源；資源的提供可以手工、半自動或根據建立好的策略自動完成

" 獲得并維護資源的使用和檢測信息，并提供適當的報告，例如對資源消耗進行記錄

" 提供補充最終用戶或應用程序安全性的安全機制

" 為滿足最終用戶和應用程序 SLA 而記錄所有資源的性能信息

結束語

" 虛擬化是資源的邏輯表示，它不會受物理限制的約束。虛擬化的主要目的是簡化對資源的訪問和對這些資源的管理。消費者通過受虛擬資源支持的標準接口來對資源進行訪問，這消除了從這些資源的物理實現對它們進行的訪問。這些交互是通過一些虛擬化的基本模式來闡述的。虛擬化允許 IT 基礎設施管理員動態管理資源的配置，同時還可以減少任何變化對最終用戶和應用程序的影響。