虚拟化和云计算综述
虚拟化和云计算综述
一．虚拟化
1.简介
虚拟化主要是计算机方面的计算元件在虚拟基础上而不是真实的基础上运行，是一种解决方案，目的就是优化资源和管理。把有限的资源经过合理规划之后可以最大程度的利用，使空间更大，使管理不再复杂。虚拟化可以使某一台计算机运行多个虚拟机，也就意味着这台计算机的资源可以共享，不同的虚拟机在同一台物理机上可以运行不同的操作系统和各种程序。
虚拟化技术的每一个操作系统中都有多个系统运行，并且每一个操作系统运行在虚拟的主机或CPU 上，每个虚拟机都有属于自己的虚拟硬件。虚拟化技术可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程。CPU 的虚拟化技术可以单CPU 模拟多CPU 并行，允许一个平台同时运行多个操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。
目前虚拟技术按照应用领域可划分为：服务器虚拟化、存储虚拟化、平台虚拟化、桌面虚拟化、网络虚拟化、CPU虚拟化、文件虚拟化等；按照实现层次来划分：硬件虚拟化、操作系统虚拟化、应用程序虚拟化。
2.特征
1）效率：虚拟化服务器可以实现资源共享，提高资源利用率，确保应用程序可以充分发挥性能。
2）隔离：在安全方面，虚拟机比传统的非虚拟机更注重安全性和可用性，在共享资源的同时，会保持彼此隔离，使运行的应用程序胜于普通计算机的应用程序。
3）可靠：如果某台服务器出现了故障，那么在短时间内就可会恢复正常，不影响整体的运行，这种独立的工作形式加大了运作的可靠性。
4）兼容：虚拟服务器与正常的x86 系统相兼容，将所有可能出现的问题降到最低点。
5）成本：降低了部署成本，只需要更少的服务器就可以实现需要更多服务器才能做到的事情，也间接降低了安全等其他方面的成本。
6）管理：提高了服务器/管理员比率，一个管理员可以轻松的管理比以前更多的服务器而不会造成更大的负担。
二．云计算
1.简介
原理：云计算(Cloud Computing)是并行计算(Parallel Computing)、分布式计算(Distributed Computing) 和网格计算(Grid Computing)
的发展，同时也是虚拟化(Virtualization)、公用计算(Utility Computing)、IaaS( 基础设施即服务)、PaaS( 平台即服务)、SaaS( 软件即服务) 等概念混合演进并跃升的结果。
云计算系统是以付费使用的形式向用户提供各种服务的分布式
计算系统，系统对用户来讲是透明的，其本质是对虚拟化的计算和存
储资源池进行动态部署、动态分配/重分配、实时监控的系统，从而向用户提供满足QoS要求的计算服务、数据存储服务以及平台服务。云计算的资源是由互联网提供的，终端用户不需要专业的知识，只需关注需要的资源，并通过互联网得到相应服务的方式。
按照服务类型分类，云计算分为基础设施云、平台云、应用云；按照服务方式分类可以分为公有云，私有云和混合云。
2.特征
1）资源共享：供应商的计算资源被集中，以便以多用户租用模式服务所有客户，同时不同的物理和虚拟资源，可根据客户需求动态分配和重新分配。客户一般无法控制或知道资源的确切位置。这些资源包括存储、处理器、内存、网络带宽和虚拟机器。
2）快速伸缩性：可以快速有弹性地提供计算能力。对客户来说，可以租用的资源看起来似乎是无限的，并且可在任何时间购买任何数量的资源。
3）可靠性和安全性：云计算则为广大用户提供了最可靠、安全的数据存储，比如把一些文件保存在互联网上，最先进的数据中心会帮助用户保存数据和信息，不必担心数据会遭到破坏或窃取。
4）服务质量保证：云计算能够向用户提满足QoS要求的服务, 能够根据用户的需求对系统作出调, 如用户需要的硬件配置、网络带宽、存储容量等。
5）自治性：云计算是一个自治系统, 系统的管理对户来讲是透明的,不同的管理任务是自动完成的, 系统的硬、软件、存储能够自动
进行配置, 从而实现对用户按需提供。
3.基于网络：可以通过互联网获取各种能力，并可以通过标
准方式访问，可以使用户摆脱接触电脑之后要面对的麻烦的事情，如安装杀毒软件等，用户端可以直接在浏览器中编辑存储文档，然后随心所欲的共享。
三．云计算支撑技术
1.虚拟化技术
云计算实现的关键技术是虚拟化技术。用户的私有数据都存储在“云”中，共享底层的存储资源。通过增加一个虚拟化层，可以将物理站点用于多个独立的虚拟机，而这些虚拟机可能由不同的用户拥有和管理。通过虚拟化技术，单个服务器可以支持多个虚拟机运行多个操作系统和应用，低计算需求的任务可以共享一个单独的物理站点（如服务器）资源，可以极大地提高资源利用率。
虚拟机的部署和调度还能简化负载平衡，从而达到云计算的全局性能最优化。在云计算模式中，需要实现计算虚拟化、网络虚拟化和存储虚拟化3个基本的技术。
2.资源的管理
云计算的资源包括存储资源、计算资源、网络资源、基础设施资源以及其它资源。云计算资源管理系统的基本功能，是接受来自云计算用户的资源请求，并且把特定的资源分配给资源请求者。合理地调度相应的资源，使请求资源的作业得以运行。云计算资源管理系统应提供4种基本的服务，即资源发现、资源分发、资源存储和资源调度。
由于云计算的资源在地理上是分布的，形式上是异构的，并且各个组织和管理域有各自的资源管理策略和不同的访问代价模型。因此，云计算的资源管理必须处理好存储架构问题，解决资源部署、监控和调度策略等问题。
3.安全技术
1）原因：虚拟化技术带来的主机受到破坏及虚拟网络中断等安全问题；在云平台中运行的各类云应用，没有固定不变的基础设施和安全边界，难以实现用户数据安全与隐私的保护；云服务所涉及的资源，由多个管理者所有，存在利益冲突，导致无法统一规划部署安全防护措施。
2）目前由于信息安全领域仍缺乏针对此类问题的充分研究，尚难为安全的云服务提供必要的理论基础和工具支撑。因此，未来在信息安全学术界与产业界共同关注及推动下，信息安全领域将围绕云服务的“安全服务品质协议”的制定、交付验证、第三方检验等，逐渐发展形成一种新型的技术体系与管理体系，与之相适应。
4.分布式的编程模式
用系统处理数据的规模越来越大。云计算系统必须给用户提供一个简单易用的编程模型来并行处理用户的数据，使用户能更轻松的享受云计算带来的服务，让用户能利用该编程模型编写简单的程序来实现特定的目的，保证后台复杂的并行执行和任务调度向用户和编程人员透明。从而更好地利用云计算系统的资源。因此研究者提出了一些
分布式系统和并行编程模型来支持大规模数据处理。
当前IT厂商提出的“云”计划的编程工具，均基于Map-Reduce 和Dryad的编程模型。MapReduce的主要思想，是将要执行的问题分解成Map和Reduce两个过程：先通过Map函数将问题分解，并将数据分割成不相关的区块，分配给服务器并行处理；再通过Reduce 函数将结果归约汇总输出。
5.数据存储技术
云计算系统需要同时满足大量用户的需求，并行地为大量用户提供服务。因此，云计算的数据存储技术必须具有分布式、高吞吐率和高传输率等特点[10] 。目前数据存储技术主要有Google的GFS （Google ，非开源）以及HDFS（Hadoop Distributed ，开源），这两种技术已经成为事实标准。
四．虚拟化和云计算的关系
虚拟化从根本上分离了硬件与软件，云计算的主要功效就是在软件上所提供的服务。云计算是虚拟化的，虚拟化是云计算的基石，虽然虚拟化的用途并不仅限于此。云计算是动态的IT，所有的信息和资源都在这个动态的架构上，而且所有服务器必须构建虚拟化环境，从而顺利开展云计算。虚拟化为云计算提供了很好的技术平台，云计算在虚拟化环境中开展用户信赖的服务。
用户在采用云计算作为自己的计算平台时，不应到考虑本地计算资源的能力、兼容性等问题，因为云计算是一个标准的计算平台。因此，综合目前复杂的硬件环境，采用虚拟化技术作为云计算的基础技
术平台就是理所应当的了。当采用虚拟化技术后，可以将参与计算的各个硬件特征屏蔽，将计算资源进行整合。
区别：
1.云计算支持多种硬件平台和多种软件平台，甚至通信协议，不仅要求硬件具有分布特性，软件（包含应用软件在内）也要具有分布特性，用户在使用软件资源之前，不必考虑本地硬件的特性，本地硬件的特性也不会对选择云计算作为计算平台的行为造成影响。但是虚拟化可以屏蔽不同硬件平台时间的差异性，屏蔽不同硬件的差异所带来的软件兼容问题，基本上所有的虚拟化应用都具有在虚拟化硬件上动态分配资源的特性，这点也是很多人将虚拟化技术和云计算技术混为一谈的原因。
2.虚拟化核心要务是脱离硬件依赖，这样无论是软件开发还是网络应用，都可以简化软件的开发模式方法。所以虚拟化在用户界面上，是标准化的，一致的，而不是云计算那样提供各种各样不同平台适应的界面。
3.虚拟化技术之所以成为许多云计算方案中采用的技术平台，和虚拟化这个特征是分不开的。但是并不是所有的云计算都必须以虚拟化为技术基础，比如智能家电，就不可能在家电中部署虚拟机等设备。
4.虚拟化不能解决本地终端的计算问题，无论是虚拟服务器还是虚拟桌面，也不能实现将所有的运算都转移到远程执行。同时，虚拟化技术涉及网络时需要大量网络通信，这种通信流量和在虚拟机上进行运行的程序复杂度没有任何关联，仅仅是虚拟化技术本身需要的网
络通信要求。而云计算中并不存在这种问题。云计算也有别于以前我们接触的远程提交作业，等待结果的计算方式，云计算采用实时交互计算资源，将计算资源和我们通常接触的资源放在同一个平台上，而不是简单的数据获取。
至此，我们可以针对虚拟化和云计算的比较做个总结。云计算和虚拟化技术的共同点是可以将不同的硬件平台整合起来提供服务，但是无论从规模上还是技术内涵上，虚拟化都不能和云计算概念相提并论。云计算和虚拟化相比有规模大、分布部署、接口丰富、可以整合目前所有的计算资源、对本地计算设备无任何要求等特点，虽然云计算在建设初期会用到虚拟化技术，但是其内涵是要覆盖虚拟化技术的；虚拟化技术是对标准硬件设备的统一封装和资源再分配，对规模没有特殊要求、集中部署、接口统一、对本地计算资源有一定要求等特点。
五．现状
目前云计算主要是以SAAS、实用计算、网络服务、平台即服务、MSP、商业服务平台、互联网整合等几大形式提供服务的。亚马逊、谷歌、微软等互联网上几大主流网站均提供云计算应用和服务。其中，亚马逊的最新业务与云计算密切相关，同时亚马逊也是首批进入云计算应用的厂商，为其他企业缔造了良好的开端。谷歌则是主要以应用托管、企业搜索等方式扩大了云计算应用。微软则在云计算应用的道路上颇费一番周折，但微软公司并不认为云计算将承载绝大多数的IT资源，因此微软公司提出了新的计划———“提供均衡搭配的企
业级软件、合作伙伴托管服务以及云服务”。这种软件即服务的产品都具备多客户共享版本。
云计算仍然处在最初的发展阶段，无论是技术、市场、产业、应用各层面都很不成熟，面临诸多问题。整个互联网范围的海量数据的存储和处理、密集计算、智能化的系统治理等技术方面的难度可想而知。而云计算新模式对法律、监管、安全、信任和支付等领域，也带来了更多新的问题，亟待解决。云计算系统已经成为下一代IT的发展趋势，但是关于云系统的安全性、自治性、服务QoS、服务描述发现、云间交互等方面的研究仍显不足，仍需要进一步深入研究。
六．好的