云計算中虛擬化技術的應用

唐孝國

（銅仁職業技術學院 貴州 銅仁 554300）

1 引言

在計算機領域發展當中，云計算技術一直被用來探索提升傳統計算機的運行能力，通過與虛擬化技術的結合，可以為計算機技術的發展提供新的思路，與傳統單一技術相比，融合技術顯現出更加明顯的包容性和實用性，能夠更好地面對靈活多變的應用場景，滿足更多的技術要求，因此，將云計算技術與虛擬化技術相結合，將是未來計算機技術發展的重要方向之一，值得在這一方面投入更多的資金和資源[1]。

2 云計算中的虛擬化技術

2.1 虛擬化技術的由來

隨著計算機技術的快速進步，當前計算機的計算能力也有著較為明顯的提升，與此對應的，人們對于計算機的應用能力尤其是適用性的要求也越來越高，傳統計算機往往只能運行一個計算機操作系統，只可以為應用提供單一的運行環境，這就使傳統計算機一般只能運行一個應用，再開啟更多應用時會彼此產生沖突而導致問題。而虛擬化技術可以更好的滿足人們的應用，借助計算機性能的提升和虛擬化技術的應用，用戶可以在同一臺計算機中同時運行多種不同的系統，能夠給予應用多個運行環境，從而使得多個應用可以同時運行而不會產生沖突。需要注意的是，虛擬化技術可以幫助連接多個計算機終端，使彼此之間的數據可以得到匯總和實時傳輸共享，充分提高信息資源的利用效率[2]。目前來看，云計算與虛擬化技術的結合還存在許多不完善的地方，但毫無疑問的是，未來隨著計算機綜合性能的不斷更新換代，這些問題都能夠得到妥善解決。

2.2 虛擬化技術分類

在計算機系統中，從底層至高層依次可分為硬件層、操作系統層、函數庫層、應用程序層，虛擬化可發生在上述四層中的任一層，基于不同的抽象層次，可以將虛擬化技術分為硬件抽象層虛擬化、操作系統層虛擬化、庫函數層虛擬化和編程語言層虛擬化[3]。

硬件抽象層上的虛擬化，主要是基于虛擬硬件抽象層來創建虛擬機，將和物理機相同或相近的硬件抽象層展現在客戶機操作系統中。對該層虛擬化技術實現，能夠將一臺物理計算機虛擬出一臺或多臺虛擬計算機，不同虛擬機有各自配套的虛擬硬件，從而具備獨立的虛擬機執行環境，各自可安裝不同的操作系統，因此又稱為系統級虛擬化。按照實現方法的不同，系統級虛擬化又主要可分為仿真、完全虛擬化和類虛擬化等三種不同的實現方案；按照實現結構，還可以將當前系統級虛擬化中的主流虛擬化技術分為Hypervisor模型、宿主模型和混合模型。其中，Hypervisor模型的典型應用是面向企業級的VMware vSphere，宿主模型的典型應用是KVM、VirtualBox和VMware Workstation，混合模型的典型應用是Xen。

操作系統層上的虛擬化，主要是指操作系統內核能夠提供多個互相隔離的用戶態實例，對于用戶而言，這些用戶態實例能夠看做一臺真實的計算機，其具有自身獨立的網絡、文件系統、庫函數以及系統設置。操作系統層虛擬化具備高效性，其性能開銷和虛擬化資源開銷非常小，且不需要硬件的特殊支持。但其靈活性相對較小，表現為不同容器中操作系統必須為同一種操作系統。典型的應用是目前最主流的容器系統Docker，相對于笨重的系統級虛擬化，輕量級的Docker技術具備諸多優點。一是可以更高效地使用系統資源，由于容器不需要進行硬件虛擬以及運行完整操作系統等額外開銷，一臺同樣配置的宿主機，可以運行更多數量的容器應用。二是具有更快速的啟動時間，由于容器直接運行于宿主內核，無需啟動完整的操作系統，因此可以做到秒級、甚至毫秒級啟動。

庫函數層上的虛擬化，主要是通過虛擬化操作系統的應用級庫函數的服務接口，使得應用程序在無需修改的情況下，實現與不同操作系統的無縫對接運行，從而提高系統間的互操作性。一個典型的應用是在Ubuntu系統中，利用Wine這樣的工具在Linux中模擬Windows的庫函數接口，就可以使Windows中的微信、QQ等應用程序正常在Linux上運行。

編程語言層上的虛擬化，這一類虛擬機的運行態是一個進程級的作業，且這些程序所針對的是一個虛擬體系結構，程序代碼首先被編譯為針對該虛擬體系結構的中間代碼，再由虛擬機的運行時支持系統翻譯為硬件的機器語言進行執行。我們熟知的JVM（Java Virtual Machine）就是這類虛擬機的典型應用[4]。

3 云計算中虛擬化技術應用場景

3.1 網絡的虛擬化

云計算中的虛擬技術包括對網絡的虛擬化處理，通過將網絡進行虛擬化，可以為用戶提供虛擬局域網和專用網兩個單獨運行的網絡環境。在目前的信息處理過程中，由于所需處理的網絡信息太過龐大，因此需要對分散的用戶信息進行集中，網絡虛擬化技術可以將多個局域網集中在一個統一的網絡服務器之上，使得所有經過這些局域網進行傳輸的信息都可以在同一個網絡服務器中進行查閱和管理。

3.2 存儲的虛擬化

大量的信息上傳和存儲需要更大的存儲空間來進行支持，隨著物聯網時代的到來，各種信數據呈爆炸式指數級增長，對現有硬件設備的存儲提出了原來越高的要求，單純依賴硬件存儲已經變得不現實，因此也需要對存儲進行虛擬化。利用存儲的虛擬化技術，可以在主機的硬件存儲空間之外單獨再開拓出容量巨大的云存儲空間，用戶可以將多種類型的信息進行上傳和儲存，解決了不同信息與存儲設備之間存在的不兼容問題，也可以為用戶節省大量的硬件購置成本[5]。同時，還可大大提高信息數據的安全性，一般來講，將信息儲存在硬件設施當中，如果出現意外斷電等狀況，很容易導致存儲區域出現異常而導致信息丟失，這對于用戶來說必然是巨大損失，而云空間則不受這些因素的影響，即便因為用戶的錯誤操作導致信息丟失，也能夠通過云平臺中的文件恢復技術機制進行找回，減少因操作失誤而導致的損失。

3.3 計算機應用程序的虛擬化

在以往的應用程序運行環境當中，由于操作系統需要將有限的資源分配給多個主機，剩下的性能在處理多個具備同樣信息的應用時容易出現嚴重的沖突問題，嚴重時會導致系統崩潰，數據大量丟失。因此，有必要對計算機應用程序進行虛擬化處理，所謂計算機應用程序的虛擬化，就是在操作系統和信息文件之外單獨建立一個封閉的運行環境，在運行具有同樣信息的應用時，用戶可以將其分開在兩個系統當中，確保彼此之間不會出現沖突。

3.4 虛擬化技術的安全性考慮

雖然虛擬化技術能夠幫助人們脫離硬件設施的限制而單獨構建專門的云空間來儲存信息，但需要注意的是，由于信息都儲存在網絡空間中，因此在技術手段允許的情況下，不法分子可以通過有組織的網絡攻擊來破壞原有的安全協議，導致系統被破壞以后，大量的信息被泄露和竊取，使用戶蒙受巨額損失[6]。因此，在使用虛擬化技術保存信息的同時，也要注重構建專門的信息保護系統。首先，云計算信息管理中心應當根據自身條件建立專門的安全人才隊伍，負責對主機以及主機內的信息進行定期常態化的檢查和維護，確保不會因為使用年限的延長而出現問題。除此之外，也要投入人力和物力來建立專門的網絡安全防火墻，將目前已知的主流網絡攻擊手段進行備案，并制定出完善的預防預警方案，使得在遭受網絡攻擊時能夠第一時間采取應對措施，不會陷入到束手無策的地步。當然，也要定期對硬件設施進行維護和更換，對操作系統進行更新換代，對操作人員進行專業化培訓。

4 虛擬化技術應用優勢

在當前許多云計算數據管理中，都需要花費大量的成本來建設和維護主機系統，特別是網絡當中數不勝數的數據信息需要大量的主機來進行傳輸和儲存，并且在可預見的未來，數據量會實現幾何指數式的增長，如果沒有新技術的應用來幫助提升數據處理效率，那么很快數據管理中心就會被龐大的運營成本所壓垮，而虛擬化技術則很好地解決了這一問題。

4.1 節約資源和成本

在傳統的云計算數據處理中心建設過程中，往往需要投入巨大的成本來購置大量的硬件主機，而且要配置龐大的人才隊伍來進行操作和維護，整個過程所耗費的資金數量非常龐大，通過合理利用虛擬化技術，可以將原本需要多個主機來運行的操作都高度集中在一臺主機上進行，這就使得數據處理中心所需要購置的主機數量大幅度減少，甚至只需要原本的一小部分主機就能夠滿足當前的數據處理任務，與此相應的，管理中心也不需要雇傭太多的技術人員來進行維護和管理，整個管理中心的能源消耗成本也會明顯降低，不僅如此，虛擬化技術可以有效地提升信息處理的速度和效率，能夠給管理中心帶來更多的經濟效益。

4.2 方便管理和維護

在虛擬化技術的加持之下，原本需要大量主機完成的信息處理工作都可以在遠程構建的云空間和封閉的虛擬化空間中運行，操作人員可隨時隨地使用終端設備來查看和調用所儲存的信息，極大的提高了處理效率，克服了硬件設施帶來的諸多限制[7]。其次，通過虛擬化技術對信息的集中處理，日后在對信息的調用和分析時也會變得更加的方便快捷，省去了漫長的信息檢索和提取過程。除此之外，虛擬化技術允許人們在其中構建虛擬的云空間來儲存信息，與儲存在硬件當中的信息不同，云空間當中儲存的信息不會因為外部不可抗力的作用而損失，只要用戶依然保有云空間的使用權限，就能夠隨時隨地的上傳和下載信息，帶給人們的方便是不言而喻的。

5 總結

綜上所述，在未來高度智能化的新時代，會有越來越多的新興技術加入到生產生活當中并發揮巨大的作用，隨著云計算中虛擬化技術的廣泛應用，信息的傳輸門檻變得越來越低，過往需要多個主機才能完成運算的應用場景，如今只需要一臺主機即可，許多信息傳輸的過程都發生在專門構建的云平臺之上，不再需要大量的硬件設施和人員投資。如今，大數據技術的應用范圍越來越廣，需要不斷開發新的信息傳輸和儲存技術，因此，未來在云計算的虛擬化技術方面還要進行更多的投入和研發，才能夠真正滿足不斷擴大的市場需求。