虚拟化实现模式技术详解

伴随着服务器虚拟化的风靡，“创建虚拟化，就会创造利润”的想法将使虚拟化变得极具诱惑力，并引导人们纷纷置身其中。

虚拟化概念很早就已出现，简单来说，虚拟化就是使用某些程序，并使其看起来类似于其他程序的过程。

将这个概念应用到计算机系统中可以让不同用户看到不同的单个系统(例如，一台计算机可以同时运行Linux 和 Microsoft Windows)。这通常称为全虚拟化(full virtualization)。

虚拟化也可以使用更加复杂的格式，其中单个计算机看上去具有多个架构(对于一个用户来说，它是一个标准的 x86 平台;对于另外一个用户来说，它是 IBM Power PC 平台)。这种虚拟化形式通常被称为硬件仿真。

最后，更加简单的一种虚拟化是操作系统虚拟化，其中一台计算机可以运行相同类型的多个操作系统。这种虚拟化可以将一个操作系统的多个服务器隔离开来(这意味着全都必须使用相同类型和版本的操作系统)。

虚拟化的概念

虚拟化可以通过很多方法来证实，它不是一个单独的实体，而是一组模式和技术的集合，这些技术提供了支持资源的逻辑表示所需的功能，以及通过标准接口将其呈现给这些资源的用户所需的功能，这些模式本身都是前面介绍过的各种不同虚拟形式的重复出现。

虚拟化的原理图

下面是在实现虚拟化时常常使用的一些模式和技术：

第一种，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，但是它向用户呈现的逻辑表示却仿佛它包含多个资源一样。用户与这个虚拟资源进行交互时就仿佛自己是惟一的用户一样，而不会考虑他正在与其他用户一起共享资源。虚拟机就是这种模式的一个例子。

硬件物理分区和逻辑分区(如 IBM System p、System z 和 System i 服务器)或软件产品(如 VMware、Microsoft Virtual Server 和 Xen)都实现了服务器的虚拟化。数据库视图的使用将数据与用户隔离开来，这样可以基于用户的角色和身份验证对资源进行访问，即使在所有用户同时访问相同的数据库时，也不会出现任何问题。

另外，网格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用户。下面的两个图示说明了服务器和信息的虚拟化。

单一资源的多个逻辑表示图

第二种：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。在利用多个功能不太强大的资源来创建功能强大且丰富的虚拟资源时，这是一种非常有用的模式。

存储虚拟化就是这种模式的一个例子。IBM 的 SAN Volume Controller 可以将几个存储卷组合在一起，将它们呈现为一个大型的单一存储设备，用户并不知道自己的数据被分散到了多个磁盘上。

在服务器方面，集群技术可以提供这样的服务：用户只与一个系统(头节点)进行交互，而集群事实上可以包含很多的处理器或节点。实际上，这就是从 IT 技术设施的角度看到的网格可以实现的功能。多种资源集都是通过一个简化的用户界面呈现出来，例如用户使用的门户，或应用程序使用的标准接口。从计算角度来看，网格在接受任务请求，对任务负载进行调度和管理，并在提供资源和返回结果的同时提供任务负载虚拟化的能力。

多个资源的单一逻辑表示图

网格对基础设施进行虚拟化

第三种，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，例如资源的利用、响应时间或临近程度。尽管这种模式与上一种模式非常类似，但是它们之间有一些细微的差别。

首先，每个物理资源都是一个完整的副本，它们不会在逻辑表示层上聚集在一起。其次，每个物理资源都可以提供逻辑表示所需要的所有功能，而不是像前一种模式那样只能提供部分功能(例如，前一种模式是文件的一部分，这种模式是文件的一个完全副本)。

这种模式的一个常见例子是使用应用程序容器来均衡任务负载。在将请求或事务提交给应用程序或服务时，用户并不关心到底是几个容器中执行的哪一个应用程序的副本为请求或事务提供服务，用户只是希望请求或事务得到处理。

一个具体的例子是 IBM 的 WebSphere Application Server Extended Deployment。另外一个例子是文件虚拟化，其中为了满足冗余或性能的需要，可能为数据维护提供多个副本。当用户访问文件时，文件系统(如通用并行文件系统 (GPFS))就会定位这些文件众多副本中的一个，但是用户并不知道正在使用的文件副本的具体位置。

在多个资源之间提供单一逻辑表示图

第四种，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。在这种情况下，我们不是修改后台的应用程序，而是创建一个前端来表示 Web 界面，它会映射到应用程序接口中。

这种模式允许通过对后台应用程序进行最少的修改(或根本不加任何修改)来重用一些基本的功能。也可以根据无法修改的组件，使用相同的模式构建服务。

单个资源的单一逻辑表示图

第五种，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。

IBM WebSphere Information Server 就是这样一个例子，它提供了一些利用到异构资源和统一元数据的广泛连接来集成、丰富和传递信息所需的功能，有些体系架构或框架，例如 Open Grid Services Architecture(OGSA)或者 Grid Computing Components，实际上都是虚拟化的组合或虚拟化的不同层次。这个框架中的每一层都是更低一层的抽象，它为上层提供了一个定义好的接口。

随着我们在这个架构中的层次(或框架堆栈)的上升，底层提供的资源都组合成了更复杂的功能。例如，任务负载虚拟化和信息虚拟化就为已经虚拟化过的基础设施(系统、存储和网络)提供了更高级的虚拟化。

网格计算组件

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