虚拟化技术的演进之路

作为云计算的基础，虚拟化技术突破了操作系统和物理硬件的限制，可以最大限度地利用硬件资源，同时降低使用成本。随着数字化转型的加速，企业对云原生的需求不断增加，虚拟化技术随之演进到更轻量高效的容器技术，帮助企业更好地发展业务。

发布时间：2022-10-28
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虚拟化技术主要是指计算组件运行在虚拟架构上，而不是物理机上。虚拟化技术可以将物理服务器虚拟化为多个不同的逻辑服务器，打破计算机内部物理结构之间无法逾越的障碍。它具备在单个CPU上模拟多个CPU，单个硬盘模拟多个硬盘，单个网卡模拟多张网卡等功能，且允许一个平台同时运行多个操作系统，应用程序可以在独立的空间中运行而不会相互影响，使用户能够以更好的配置方式使用计算机硬件资源，从而提高计算机资源的利用率。

举例来说，如果一台物理主机有16G内存，用户A的程序需要2G内存，用户B的程序需要4G内存。在虚拟化技术出现之前，用户有两种解决方案：一是将应用程序放到同一台物理机器上，单独配置运行环境，资源就可以得到满足。但问题是如果用户运行的应用程序的环境不同，如何协调一个需要Linux另一个需要Windows的用户需求呢？另一个实际问题是如何防止用户A的程序不会窃取用户B的数据呢？简单粗暴的办法就是单独再买一台物理主机来解决上述两个问题。但是，如果再来一个需要1G内存的用户C呢？再买一台物理机来解决吗？

于此，虚拟化技术的出现，让上述问题有了新的解法。虚拟化技术支持自设操作系统类型，这表明可在一台物理主机上运行多个虚拟操作系统，并用资源分区功能来满足不同用户的不同需求，这是虚拟化技术的优势之一。

此外，虚拟化技术的功能优势还包括：

隔离功能：虚拟服务器独立于硬件工作。当一台服务器出现故障时可在最短时间内恢复且不影响整个集群的运作。在硬件级别进行故障和安全隔离，以实现整个数据中心的高可用性
封装功能：可将虚拟机的完整状态保存到文件中，让移动和复制虚拟机就像移动和复制文件一样简单
兼容功能：所有的虚拟服务器都与正常的x86系统相兼容，可部署不同的系统，可提高服务器/管理员比率，降低服务器部署成本的同时减轻管理员的负担

目前，主流虚拟化技术的分类和厂商包括：

服务器虚拟化：支持多个操作系统作为高效的虚拟机在单个物理服务器上运行，让一台服务器变成几台甚至上百台相互隔离的虚拟服务器，将CPU、内存、磁盘、I/O等硬件转变为可以动态管理的“资源池”，从而提高IT资源利用率，降低运营和维护成本，更快的部署工作负载并提高应用程序性能和服务器可用性
网络虚拟化：通过完全复制物理网络，网络虚拟化支持在虚拟网络上运行应用，可实现所有虚拟化硬件（包括逻辑端口、交换机、路由器、防火墙、负载均衡器、VPN等），运维优势更加明显
桌面虚拟化：将桌面部署为代管服务，使IT组织更够更快的响应不断变化的工作场所需求和新出现的机会。还可以将虚拟化桌面和应用快速、轻松的交付给分支机构、外包等移动员工

随着虚拟化技术的发展，CPU已经发展到多核，并且其本身已经被虚拟化。虚拟软件厂商推出了能运行在裸机上的虚拟化软件层，如微软的Windows Hyper-V 2012、EMC的ESXi6、思杰的XenServer、红帽的RHEV-H等，然后直接在虚拟化软件层上直接创建更多的虚拟机。

如上图所示，主要区别是裸机虚拟化软件少了一层操作系统。我们只需要在虚拟化层上安装不同的操作系统运行不同的虚拟机，就能减少不必要的资源消耗。然而，随着用户越来越多地使用虚拟化技术，也出现了其他问题。例如，不同的用户有时只想运行自己的简单程序。为了不相互影响，他们需要建立虚拟机。但是，新建虚拟机同时需要新建操作系统。操作复杂不说，这个操作系统本身就会占用大量资源。另一个问题是，有时用户需要迁移应用程序，就需要迁移整个虚拟机和操作系统。迁移过程不仅复杂，而且需要大量时间，“笨重又麻烦”的问题非常明显。为了解决这个问题，虚拟化技术演进到一种更轻量且高效的技术——容器技术。

容器技术，能有效的将单个操作系统的资源划分到孤立的组中，以便更好的在孤立的组之间平衡有冲突的资源使用需求。Docker作为一个用于开发、交付和运行容器的容器化平台，是容器技术中目前普及率最高的一个实现。Docker的目标就是实现应用快速打包与容易自动化部署、自动化测试和持续的集成部署，最终为用户提供一个轻量、快速的环境。与传统的虚拟化技术相比，容器技术的优势功更加明显，包括：

极其轻量：轻量化在性能和占用空间方面的开销更小
秒级部署：启动非常快，容器的部署大概在毫秒与秒之间
方便迁移：容器封装了运行应用程序所必需的所有相关细节，能够实现一次构建，随处部署
弹性伸缩：开源，容器管理平台有着非常强大的弹性管理能力
安全高效：容器将一个容器的进程与另一个容器以及底层基础架构隔离开来。因此，一个容器中的任何升级或更改都不会影响另一个容器，一台高配置服务器可以跑上千个docker容器，实现更高的性能和效率