什么是虛擬化技術

從廣義上理解，虛擬化技術是一種IT資源管理、優化技術，是將計算機上的各種資源（如CPU、內存、存儲空間、網絡適配器等）進行抽象、轉換，分配給一個或者多個虛擬計算環境使用，實現IT資源的動態分配、靈活調度和跨域共享，從而提高IT資源利用率。
從狹義上理解，虛擬化技術是將一臺計算機虛擬為多臺邏輯計算機，在一臺計算機上同時運行多臺邏輯計算機，每臺邏輯計算機都是獨立的，它們的工作互不影響，從而提高計算機的工作效率。
虛擬化技術的主要目標是簡化IT資源的表示、訪問和管理，并為這些資源提供標準接口，以減小IT基礎設施變化對用戶的影響。虛擬化技術可以降低資源用戶與資源具體實現之間的耦合程度，讓用戶不再依賴于資源的某種特定實現。

在傳統的物理架構下，軟硬件緊密耦合，資源無法共享和動態調配，系統配置往往根據業務峰值來制定，這導致資源利用率低、靈活性差、結構僵化等問題。而虛擬化技術可將軟硬件解耦，邏輯抽象出硬件資源，實現資源的共享和動態調配，從而提高資源利用率、靈活性和可擴展性等。

1. 提高資源利用率

在虛擬化前，每個應用程序都需要獨立的硬件資源，例如獨立的服務器、獨立的操作系統、獨立的存儲設備等。這種方式會導致硬件資源的浪費，因為每個應用程序都需要獨立的硬件資源，而這些資源在大部分時間并沒有被充分利用。而在虛擬化后，計算資源被抽象成虛擬機，每個虛擬機都可以獨立運行一個應用程序。虛擬機之間是相互隔離的，它們共享物理硬件資源，但是每個虛擬機都認為自己獨占了這些資源。這種方式可以大大提高硬件資源的利用率，因為多個應用程序可以共享同一組硬件資源。

2. 提高資源利用的靈活性和可擴展性

在虛擬化前，如果需要增加一個新的應用程序，就需要購買新的硬件資源、安裝新的操作系統等。而在虛擬化后，只需要創建一個新的虛擬機，就可以在其中運行新的應用程序，這樣可以大大縮短應用程序的部署時間。同時，虛擬化還可以提供更好的可移植性，因為虛擬機可以在不同的物理硬件上運行，這樣可以避免應用程序與特定硬件相關性強的問題。

3. 提高系統的可靠性和安全性

虛擬化通過隔離不同的應用程序和提供快速備份和恢復功能來避免應用程序之間的相互影響和惡意軟件的傳播和攻擊。

4. 提高管理效率

虛擬化通過集中管理虛擬機來簡化管理工作，減少管理成本和人力資源的浪費。

總之，虛擬化技術是一種非常重要的IT資源管理和優化技術，可以為企業和個人帶來更高效、更靈活、更安全的IT資源管理和使用方式。虛擬化技術的應用可以提高IT資源利用率、減少能源消耗、降低成本、提高管理效率等，為企業和個人帶來了更多的選擇和更強的靈活性。

虛擬化技術經過多年的發展，已經成為一個龐大的技術家族，其技術種類繁多，實現的應用也自成體系。我們可以按照虛擬化實現方法、虛擬化實現機制、虛擬化架構模型以及虛擬化應用領域4個維度對虛擬化技術進行分類。

1. 按照虛擬化實現方法分類，虛擬化技術可以分為軟件虛擬化技術和硬件輔助虛擬化技術。

①軟件虛擬化是指在操作系統層面上實現虛擬化，通過在虛擬機和宿主機之間添加一個虛擬化層，來模擬一個完整的虛擬化環境。軟件虛擬化的優點是可以在沒有硬件支持的情況下實現虛擬化，但是由于需要在操作系統層面上進行虛擬化，因此會帶來一定的性能損失。常見的軟件虛擬化技術包括VMware Workstation、VirtualBox、QEMU等。

②硬件輔助虛擬化是指在硬件層面上實現虛擬化，通過在CPU中添加虛擬化指令集，來提高虛擬化的性能和效率。硬件輔助虛擬化的優點是可以在硬件層面上實現虛擬化，可以提高虛擬化的性能和效率，但是由于需要硬件支持，因此不是所有的CPU都支持硬件輔助虛擬化。常見的硬件輔助虛擬化技術包括Intel VT-x和AMD-V等。在使用這些技術的虛擬化軟件中，常見的有VMware ESXi、Hyper-V等。

2. 按照虛擬化實現機制分類，虛擬化技術可以分為全虛擬化技術、半虛擬化技術和容器虛擬化技術。

①全虛擬化技術是一種在虛擬機中運行的操作系統不知道自己是在虛擬機中運行的虛擬化技術。它支持在虛擬機中運行多種操作系統，這些操作系統都認為自己是在物理服務器上運行的。全虛擬化技術通常使用虛擬機技術實現，可以在同一臺物理服務器上運行多個虛擬機，每個虛擬機都有自己的操作系統、應用程序和文件系統，它們之間相互隔離，互不干擾。

②半虛擬化技術是一種在虛擬機中運行的操作系統知道自己是在虛擬機中運行的虛擬化技術。它支持在虛擬機中運行多種被修改的操作系統，這些操作系統都知道自己是在虛擬機中運行的，它們與虛擬化層之間可以直接通信，從而提高了性能。半虛擬化技術通常使用
虛擬機技術實現，可以在同一臺物理服務器上運行多個虛擬機，每個虛擬機都有自己的操作系統、應用程序和文件系統，它們之間相互隔離，互不干擾。

③容器虛擬化技術是一種將應用程序及其依賴項打包成一個容器的虛擬化技術。容器虛擬化技術可以在同一臺物理服務器上運行多個容器，每個容器都有自己的文件系統、網絡和進程空間，但是它們共享同一個操作系統內核。容器虛擬化技術可以提高應用程序的可移植性和兼容性，同時也可以提高服務器的利用率和靈活性。

3. 按照虛擬化架構模型分類，虛擬化技術可以分為裸金屬架構、寄居架構和混合架構。

①裸金屬架構是一種直接在物理服務器上運行虛擬機的虛擬化技術。在裸金屬架構中，虛擬機監控器（Virtual Machine Monitor，VMM）直接運行在物理服務器的硬件上，虛擬機則運行在VMM之上。裸金屬架構可以提供接近于原生性能的虛擬化環境，但是需要支持硬件輔助虛擬化技術。

②寄居架構是一種在操作系統之上運行虛擬機的虛擬化技術。在寄居架構中，VMM運行在操作系統之上，虛擬機則運行在VMM之上。寄居架構可以實現更好的資源隔離和管理，但是需要操作系統的支持，同時也會帶來一定的性能損失。

③混合架構是一種將裸金屬架構和寄居架構相結合的虛擬化技術。在混合架構中，VMM直接運行在物理服務器的硬件上?；旌霞軜嬛蠽MM只負責CPU和內存虛擬化，I/O設備的虛擬化由VMM和特權級操作系統共同完成。

4. 按照虛擬化應用領域分類，虛擬化技術可以分為服務器虛擬化技術、存儲虛擬化技術、網絡虛擬化技術、桌面虛擬化技術、應用程序虛擬化技術和平臺虛擬化技術。

①服務器虛擬化技術是一種將一臺物理服務器劃分為多個虛擬機的虛擬化技術。它可以使多個虛擬機在同一臺物理服務器上運行，從而提高服務器的利用率和靈活性。服務器虛擬化技術通常使用虛擬機技術實現，可以在同一臺物理服務器上運行多個虛擬機，每個虛擬機都有自己的操作系統、應用程序和文件系統，它們之間相互隔離，互不干擾。

②存儲虛擬化技術是一種將多個存儲設備虛擬化為一個邏輯存儲設備的虛擬化技術。它可以提高存儲資源的利用率和可管理性，同時也可以提高數據的可靠性和可用性。存儲虛擬化技術通常使用存儲虛擬化器實現，存儲虛擬化器可以將多個存儲設備虛擬化為一個邏輯存儲設備，從而使應用程序可以訪問邏輯存儲設備而不需要知道實際的存儲設備。

③網絡虛擬化技術是一種將物理網絡設備虛擬化為多個邏輯網絡設備的虛擬化技術。它可以提高網絡資源的利用率和可管理性，同時也可以提高網絡的可靠性和可用性。網絡虛擬化技術通常使用網絡虛擬化器實現，網絡虛擬化器可以將物理網絡設備虛擬化為多個邏輯網絡設備，從而使應用程序可以訪問邏輯網絡設備而不需要知道實際的網絡設備。

④桌面虛擬化技術是一種將多個虛擬桌面運行在一臺物理計算機上的虛擬化技術。桌面虛擬化技術可以將多個用戶的桌面環境隔離開，從而提高桌面資源的利用率，簡化桌面管理和配置，同時也可以提高桌面的安全性和可靠性。

⑤應用程序虛擬化技術是一種將應用程序和其依賴的庫文件打包成一個獨立的虛擬化容器，從而可以在不同的操作系統和環境中運行的虛擬化技術。應用程序虛擬化技術可以簡化應用程序的部署和管理，同時也可以提高應用程序的可移植性和安全性。

⑥平臺虛擬化技術是一種將整個操作系統和應用程序打包成一個獨立的虛擬化容器從而可以在不同的硬件和操作系統中運行的虛擬化技術。平臺虛擬化技術可以簡化應用程序的部署和管理，同時也可以提高應用程序的可移植性和安全性。

虛擬化技術種類繁多，下面簡要介紹幾種當前應用較為廣泛的虛擬化技術：VMware的vSphere、思杰的XenServer、微軟的Hyper-V、KVM和Docker。

1. VMware的vSphere：VMware的vSphere是一套服務器虛擬化解決方案，其核心組件為VMware ESXi。ESXi是一款可以獨立安裝和運行在裸機上的系統，與其他VMwareWorkstation軟件不同的是，它不再依存于宿主操作系統。在ESXi安裝好以后，可以通過vSphere Client遠程連接控制，在ESXi服務器上創建多個虛擬機，再為這些虛擬機安裝好Linux/Windows Server系統，使之成為能提供各種網絡應用服務的虛擬服務器。ESXi可以從內核級支持硬件輔助虛擬化，運行于其中的虛擬服務器在性能與穩定性上不亞于普通的硬件服務器，而且更易于管理與維護。

2. 思杰的XenServer：思杰的XenServer是一款開源的虛擬化平臺，通過它可以在一臺物理服務器上運行多個虛擬機。XenServer支持多種操作系統，包括Windows.Linux和Solaris等。XenServer的虛擬化技術基于Xen Hypervisor，它可以將物理服務器的資源劃分至多個虛擬機中，每個虛擬機都可以獨立運行自己的操作系統和應用程序。XenServer還提供了一些高級功能，如動態內存管理、虛擬機快照等。

3. 微軟的Hyper-V：微軟的Hyper-V是一款虛擬化平臺，通過它可以在Windows Server操作系統上運行多個虛擬機。Hyper-V支持多種操作系統，包括Windows、Linux和FreeBSD等。Hyper-V的虛擬化技術基于Windows Hypervisor，它可以將物理服務器的資源劃分至多個虛擬機中，每個虛擬機都可以獨立運行自己的操作系統和應用程序。Hyper-V還提供了一些高級功能，如動態內存管理、虛擬機快照等。

4. KVM：KVM是一款開源的虛擬化平臺，通過它可以在Linux操作系統上運行多個虛擬機。KVM的虛擬化技術基于Linux內核，通過它可以將物理服務器的資源劃分至多個虛擬機中，每個虛擬機都可以獨立運行自己的操作系統和應用程序。KVM支持多種操作系統，包括Windows、Linux和FreeBSD等。KVM還提供了一些高級功能，如動態內存管理、虛擬機快照等。

5. Docker：Docker是一款開源的容器化平臺，通過它可以在一臺物理服務器上運行多個容器。Docker的容器化技術基于Linux內核，通過它可以將物理服務器的資源劃分到多個容器中，每個容器都可以獨立運行自己的應用程序。Docker支持在多種操作系統部署，包括Windows、Linux和macOS等。Docker還提供了一些高級功能，如容器快照等。