1.1　虚拟化概述

在了解虚拟化之前，你可能会提出以下一些问题：

什么是虚拟化？为什么我们需要虚拟化？虚拟化技术有哪些？虚拟化的历史由来是怎样的？怎么才能实现虚拟化技术？

1.1.1　虚拟化的定义

什么是虚拟化？在这里不可能给出一个精准的定义。虚拟化是一个广义的术语，各行各业对虚拟化的理解均不同，不同的人对虚拟化的理解也不同，所以它没有一个标准的定义。但是，无论怎样理解，虚拟化的本质都是将现有的计算机资源通过虚拟化的技术分割成若干个计算机资源，这些计算机资源相互独立。其最终目标是提高计算机的利用效率和使计算机的灵活性最大化。计算机资源通过虚拟化的技术分割成若干个计算机资源的模型如图1-1所示。

虚拟化技术有很多定义，下面就给出一些定义。虚拟化是以某种用户和应用程序都可以很容易从中获益的方式来表示计算机资源的过程，而不是根据这些资源的实现、地理位置或物理包装的专有方式来表示它们。换句话说，它为数据、计算能力、存储资源以及其他资源提供了一个逻辑视图，而不是物理视图。 —Jonathan Eunice，Illuminata Inc虚拟化是表示计算机资源的逻辑组（或子集）的过程，这样就可以用从原始配置中获益的方式访问它们。这种资源的新虚拟视图并不受实现、地理位置或底层资源的物理配置的限制。—WikipediaVMware vSphere 虚拟化并汇总多个系统间的基础物理硬件资源，同时为数据中心提供大量虚拟资源。虚拟化是一种过程，它打破了物理硬件与操作系统及在其上运行的应用程序之间的硬性连接。操作系统和应用程序在 vSphere 虚拟机中实现虚拟化之后，便不再因资源位于单台物理计算机中而受到种种束缚。物理元素（如交换机和存储器）的虚拟等效物在跨越整个企业的虚拟基础架构内运行。—VMware通过以上虚拟化的定义可以发现，虚拟化对于不同的人来说可能意味着不同的东西，这取决于他们所从事的工作领域的环境。但是虚拟化的本质并没有改变，所以虚拟化代表着一个巨大的趋势，引领着IT业的发展。

1.1.2　虚拟化的目的

虚拟化的主要目的是对IT基础设施和资源管理方式的简化，帮助企业减少IT资源的开销，整合资源，节约成本。从近两年虚拟机大量部署到企业的成功案例可以看出，越来越多的企业开始关注虚拟化技术给企业带来的好处，同时也在不断地审视自己目前的IT基础架构，从而希望改变传统架构。根据虚拟化技术的特点，其应用价值可以体现在“云”办公、虚拟制造、工业、金融业、政府、教育机构等方面。

虚拟化解决了许多我们当今遇到的问题，这主要体现在以下4个方面：需要在一个特定的软硬件环境中去虚拟另一个不同的软硬件环境，并可以打破层级依赖的现状。VMware Workstation就是一款用于虚拟另一个不同的软硬件环境的软件。其运行的主界面如图1-2所示。提高计算机设备的利用率。可以在一台物理服务器上同时安装并运行多种操作系统，从而提高物理设备的使用率。而且，当其中一台虚拟机发生故障时，并不会影响其他操作系统，实现了故障隔离。图1-3和图1-4所示为VMware vSphere中的CPU和内存的使用情况。

在不同的物理服务器之间会存在兼容性的问题。为使不同品牌、不同硬件兼容，虚拟化可以统一虚拟硬件而达到融合的目的。

虚拟化可节约潜在成本。在硬件采购、操作系统许可、电力消耗、机房温度控制和服务器机房空间等方面都可体现节约成本的效果，如表1-1所示。

1.1.3　虚拟化的分类

自从虚拟化提出以来，有很多虚拟化技术的分类，分类方法也很多。但从虚拟化的使用目的来看，虚拟化技术主要分为以下4大类。

1. 平台虚拟化（Platform Virtualization）
   平台虚拟化是指针对服务器和操作系统的虚拟化，主要包括服务器虚拟化和桌面虚拟化。

服务器虚拟化是将一个操作系统的物理实例分割到虚拟实例或者虚拟机中，这些虚拟操作系统可以是x86或者x64的Windows、Linux或者UNIX操作系统。服务器虚拟化又分为软件虚拟化和硬件虚拟化。软件虚拟化是指在一个虚拟化平台上运行虚拟化操作系统，而这个虚拟化平台运行在现有的操作系统上，属于寄居架构，如图1-5所示，比如大家熟知的VMware Workstation。 硬件虚拟化则是指虚拟化平台直接运行在物理硬件上，这种虚拟化通常又称为Hypervisor。Hypervisor运行在虚拟化操作系统之下，硬件系统之上，可实现对硬件资源的分割分配，属于原生架构。原生架构不需要操作系统，由Hypervisor直接管理硬件，如图1-6所示。

桌面虚拟化是指将计算机的桌面进行虚拟化，这种虚拟化允许依靠虚拟机来提供系统桌面，以实现桌面使用的安全性和灵活性。用户可以通过任意设备，在任意地点、任意时间访问网络上属于自己的桌面系统。

1. 资源虚拟化（Resource Virtualization）
   资源虚拟化主要是虚拟计算机中的使用资源，包括存储虚拟化和网络虚拟化。存储虚拟化最通俗地讲就是对存储硬件资源进行抽象化表现，用于合并多个设备中的物理存储，使其表现为一个单一的存储池。对于用户来说，虚拟化的存储资源就像是一个巨大的“存储池”，用户不会看到具体的磁盘、磁带，也不必关心自己的数据是经过哪一条路径通往哪一个具体的存储设备。VMware 存储虚拟化架构如图1-7所示。

网络虚拟化是将一条网络带宽分割成若干个相互独立的通道，以此来控制可用带宽，将可用带宽分配给特定的资源。比较常见的就是虚拟局域网，即在物理局域网内创建逻辑网络，而这两种网络互不影响。在一台服务器上放置一个外围的网络而不影响网络或者虚拟机之间的通信的情况称为内外网隔离。

1. 应用程序虚拟化（Application Virtualization）
   基于软件的服务虚拟化是将应用程序从操作系统中分离出来，使应用程序运行在操作系统中，但是又不依赖于操作系统。应用程序虚拟化为应用程序提供了一个虚拟的运行环境，在这个环境中，不仅包括应用程序的可执行文件，还包括它所需要的运行时环境，如图1-8所示。
2. 表示层虚拟化 （Present Virtualization）
   用户在使用应用程序时，其应用程序并不是运行在本地操作系统之上的，而是运行在服务器上面的，客户机只显示程序的界面和用户的操作，服务器仅向用户提供表示层，这种虚拟化就是表示层虚拟化。

1.1.4　虚拟化的历史

在当今社会，世界各地的数据中心都在研究虚拟化技术，希望以此来提高数据中心的工作效率。虚拟化并不是今天才有的技术，而是经过了漫长的发展历程。现在，虚拟化不但已是一门很热门的技术，还是一门各大企业在追求企业效率和信息化时寄予期望最高的技术。

虚拟化的发展大体可以分为以下4个阶段。提出概念：虚拟化概念是在1959年6月，由计算机科学家Christopher Strachey在国际信息处理大会（International Conference on Information Processing）上发表的论文《大型高速计算机中的时间共享》（Time Sharing in Large Fast Computer）中首次提出的，这篇论文还论述了什么是虚拟化技术。开发技术：从20世纪60年代开始，IBM的操作系统虚拟化技术使得大型机的资源得到充分利用。同时，IBM还推出了支持虚拟化的小型机，如IBM360/40、IBM360/67、VM/370等。图1-9所示是IBM 370的外形。 蓬勃发展：到了20世纪90年代，由VMware公司率先实现了x86服务器架构上的虚拟化，并在1999年推出了x86平台上的第一款虚拟化商业软件VMware Workstation，从而加快了虚拟化的发展脚步。图1-10所示为VMware Workstation 2.0启动前的界面。

群雄逐鹿：随着虚拟化在x86平台上的发展，其带来的低成本等诸多好处，促使更多的厂家加入了虚拟化技术的开发队伍，同时也出现了很多支持虚拟化的产品，如Windows操作系统的下的Virtual PC、Parallels的Workstation以及VirtualBOX等。但这些虚拟化产品最后还是被大的厂商收购了，从而制约了虚拟化的推广。然而随后出现的桌面虚拟化、网络虚拟化、存储虚拟化、应用虚拟化等技术，使得虚拟化技术得到了广泛应用。

1.1.5　虚拟化产品三剑客

从国际市场占有率来看，VMware、Microsoft和Citrix是目前在x86平台上主流的虚拟化厂商，占据96%的市场份额。但VMware在服务虚拟化上占有主导的地位，在微软进入虚拟化领域之前，市场基本上都被VMware公司所占据。据IDC公司统计，VMware公司在虚拟化市场上的份额在85%～90%之间。在应用虚拟化方面，Citrix是绝对的领导者，2007年其市场占有份额在70%以上，这使得其在远程桌面（广域网和互联网）访问的效率和外设广泛支持性上，占有绝对的领先优势。相对于前两家公司而言，Microsoft这个软件巨头显得稍微弱势一些，但是Microsoft有强大的技术实力做后盾，其在虚拟化市场中逐渐确立了市场地位，并迅速占有了市场的一部分份额。由于Microsoft固有的优势，使其在虚拟化方面具有很大的发展空间。

1. VMware
   VMware公司是一家专门研究虚拟化软件的公司，也是全世界第三大软件公司。其成立于1998年，由Diane Greene、Mendel Rosenblum、Scott Devine、Edward Wang及Edouard Bugnion等人创办，总部位于美国加利福尼亚州的帕洛阿尔托市，主要控股股东是存储器业的巨头EMC公司。

　VMware公司于 1999年发布了它的第一款产品VMware Workstation，2001年通过发布VMware GSX Server（托管）和VMware ESX Server（不托管）宣布进入服务器市场。2003年VMware推出了VMware Virtual Center，包括最初的vMotion（虚拟机动态实时迁移功能，可将正在运行的虚拟机从一台物理服务器移动至另一台物理服务器，而不影响最终用户）和Virtual SMP（允许一个虚拟机同时使用多达4个物理处理器）技术，使得VMware的软件在高可用和性能方面建立了优势，得以进入关键应用领域，并靠其自身实力确立了其行业领袖地位。2004年VMware推出了64位虚拟化支持版本，同一年，VMware被EMC收购。

2010年，VMware vSphere 5.0正式版发布，捍卫了在虚拟化市场的地位。根据中国权威IT市场调查机构—“计世资讯”（CCW Research）发布的《2009—2010年中国虚拟化发展状况与趋势研究报告》显示，VMware以73.5%的市场占有率在2009年中国虚拟化市场中位列第一。

1. Citrix
   Citrix 公司作为全球领先的应用交付基础架构解决方案提供商，为实现全球接入架构解决方案提供了优秀的软件与服务，并在该领域内位居全球领导地位。Citrix以代号CTXS于Nasdaq Stock MarketSM上市，并被列入标准普尔500指数。2001财年公司总收益为5.92亿美元。Citrix 总部设于美国佛罗里达州 Fort Lauderdale。

Citrix 公司在1989年由Edward Lacobucci（创始人）创立于内华达州。最初Citrix只雇佣了5名工程师，发布了 Citrix ICA。在1991年推出第一个产品Citrix Multi-User。1996年，Citrix ICA与Microsoft（for Internet Explorer）及Sun Microsystems达成协议。1997年，Citrix与Microsoft又制定了5年市场合作计划，Microsoft拨出17 500万美元发展Citrix MultiWin产品。2002年Citrix被评为Microsoft全球黄金认证伙伴。同年Citrix与 Microsoft签订协议允许Citrix 访问 Windows Server系统代码。可以看出，Citrix 公司与Microsoft的合作关系密切，这使得Citrix公司发展迅速，也使得其产品在市场上独树一帜。

2007年8月21日，Citrix公司宣布收购XenSource公司，这也标志着Citrix公司从此全面进入虚拟化市场。本次收购使Citrix公司的业务快速拓展到了相邻的服务器桌面虚拟化市场，也加强了其与Microsoft公司的强大合作关系以及对Windows平台的“融合度”。

1. Microsoft
   虽然Microsoft（微软）公司早已被大家所熟知，但是Microsoft公司的虚拟化确实起步比VMware和Citrix公司晚。直到2003年Microsoft公司收购了Connectix后才获得虚拟化技术，从此正式踏入虚拟化领域。

Connectix公司最初发布的虚拟化软件可以让Mac的用户在其系统上运行Windows应用程序，因此其才出名。它原来关注Virtual PC的PC版本，很快就把Virtual PC分成了两种softV类型的产品：Virtual PC和Virtual Server。Virtual Server需要安装IIS才能够运行。

2007年9月，Microsoft正式推出专业虚拟化工具Hyper-V，提供了从桌面虚拟化、服务器虚拟化、应用虚拟化到表示层虚拟化的完备产品线，这也成为其全面出击的虚拟化战略。Hyper-V是Microsoft第一个采用类似VMware和Citrix开源Xen的基于Hypervisor的技术产品，这意味着Microsoft会更加直接地与市场先行者VMware展开竞争，但竞争的方式会有所不同。

1.1.6　其他虚拟化厂家

1. 甲骨文公司
   Oracle VM （OVM）是甲骨文（Oracle）公司2007年在甲骨文大会Oracle Open World上推出的一款开源虚拟服务器软件，甲骨文公司称其效率是其他供应商（VMware/Hyper V）现有产品的3倍。OVM基于开源Xen Hypervisor技术设计而来，其主要产品包含Oracle VM Server 及Oracle VM 管理工具两部分，且两者互相独立。 Oracle 虚拟机是Oracle定制的开源服务器虚拟化软件，以单CD方式提供，直接安装在裸机上，整个安装过程只需几分钟；支持32/64位客户机；最大支持64路的SMP架构，每个Guest最大支持32个处理器，远远高于其他产品4个处理器的支持能力，能满足企业大型应用的需求。
2. RedHat公司
   RedHat公司是全球最大的开源技术厂家，其产品RedHat Linux也是全世界应用最广泛的Linux。到2007年6月为止，RedHat所有平台、管理工具都已包含了Xen的虚拟化功能。在企业版端Linux整合Xen，是其虚拟化战略的第一步。由于RedHat公司收购了桌面虚拟化厂商Qumranet，所以RedHat公司在2009年7月1日高调宣布RedHat Enterprise Linux （RHEL）5.4 Beta版正式发布，该版本完全支持KVM（Kernel-based Virtual Machine，基于内核的虚拟机）虚拟化技术。RHEL 5.4 Beta版是独立的企业虚拟化技术Hypervisor、桌面端虚拟化工具，以及可以管控Linux操作系统与虚拟化技术的虚拟化管理工具。RHEL 5.4 Beta版将虚拟化技术由原先的Xen改至KVM，使RedHat缩小了与竞争对手的差距。
3. Parallels公司
   前SWsoft（现已更名为Parallels）公司是全球领先的服务器自动化管理和虚拟化软件提供商，致力于帮助个人消费者、企业用户及服务提供商在主流硬件、操作系统及虚拟化平台上全面优化其计算能力。Parallels 创立于 1999 年，是一家高速成长的企业，其主要产品有Parallels Virtuozzo。Virtuozzo是Parallels公司的操作系统虚拟化软件的名称，其融合了服务器虚拟化和自动化技术，它采用的是操作系统虚拟化技术。操作系统虚拟化的概念是基于共用操作系统内核的，这样虚拟服务器就无需额外的虚拟化内核的过程，所以虚拟过程资源损耗更低，从而可以在一台物理服务器上实现更多的虚拟化服务器。

在现在虚拟化市场上活跃的厂家还有很多，都或多或少地参与了虚拟化的市场竞争，比如HP、IBM、Intel、AMD、Novel、思科等厂家，它们都在不同的领域或者以不同的方式推进着虚拟化的发展。

1.1.7　虚拟化未来的发展前景

可以想象一下，未来的虚拟化发展将会是多元化的，包括服务器、存储、网络等更多的元素，用户将无法分辨哪些是虚，哪些是实。虚拟化将改变现在的传统IT架构，而且将互联网中的所有资源全部连在一起，形成一个大的计算中心，而我们却不用关心所有这一切，而只需关心提供给自己的服务是否正常。虽然虚拟化技术前景看好，但是，这一过程还有很长的路要走，因为还没有哪种技术是不存在潜在缺陷甚至陷阱的。但是我们相信，虚拟化技术将会成为未来的主要发展方向。