云计算中虚拟化技术的应用

唐孝国

（铜仁职业技术学院 贵州 铜仁 554300）

1 引言

在计算机领域发展当中，云计算技术一直被用来探索提升传统计算机的运行能力，通过与虚拟化技术的结合，可以为计算机技术的发展提供新的思路，与传统单一技术相比，融合技术显现出更加明显的包容性和实用性，能够更好地面对灵活多变的应用场景，满足更多的技术要求，因此，将云计算技术与虚拟化技术相结合，将是未来计算机技术发展的重要方向之一，值得在这一方面投入更多的资金和资源[1]。

2 云计算中的虚拟化技术

2.1 虚拟化技术的由来

随着计算机技术的快速进步，当前计算机的计算能力也有着较为明显的提升，与此对应的，人们对于计算机的应用能力尤其是适用性的要求也越来越高，传统计算机往往只能运行一个计算机操作系统，只可以为应用提供单一的运行环境，这就使传统计算机一般只能运行一个应用，再开启更多应用时会彼此产生冲突而导致问题。而虚拟化技术可以更好的满足人们的应用，借助计算机性能的提升和虚拟化技术的应用，用户可以在同一台计算机中同时运行多种不同的系统，能够给予应用多个运行环境，从而使得多个应用可以同时运行而不会产生冲突。需要注意的是，虚拟化技术可以帮助连接多个计算机终端，使彼此之间的数据可以得到汇总和实时传输共享，充分提高信息资源的利用效率[2]。目前来看，云计算与虚拟化技术的结合还存在许多不完善的地方，但毫无疑问的是，未来随着计算机综合性能的不断更新换代，这些问题都能够得到妥善解决。

2.2 虚拟化技术分类

在计算机系统中，从底层至高层依次可分为硬件层、操作系统层、函数库层、应用程序层，虚拟化可发生在上述四层中的任一层，基于不同的抽象层次，可以将虚拟化技术分为硬件抽象层虚拟化、操作系统层虚拟化、库函数层虚拟化和编程语言层虚拟化[3]。

硬件抽象层上的虚拟化，主要是基于虚拟硬件抽象层来创建虚拟机，将和物理机相同或相近的硬件抽象层展现在客户机操作系统中。对该层虚拟化技术实现，能够将一台物理计算机虚拟出一台或多台虚拟计算机，不同虚拟机有各自配套的虚拟硬件，从而具备独立的虚拟机执行环境，各自可安装不同的操作系统，因此又称为系统级虚拟化。按照实现方法的不同，系统级虚拟化又主要可分为仿真、完全虚拟化和类虚拟化等三种不同的实现方案；按照实现结构，还可以将当前系统级虚拟化中的主流虚拟化技术分为Hypervisor模型、宿主模型和混合模型。其中，Hypervisor模型的典型应用是面向企业级的VMware vSphere，宿主模型的典型应用是KVM、VirtualBox和VMware Workstation，混合模型的典型应用是Xen。

操作系统层上的虚拟化，主要是指操作系统内核能够提供多个互相隔离的用户态实例，对于用户而言，这些用户态实例能够看做一台真实的计算机，其具有自身独立的网络、文件系统、库函数以及系统设置。操作系统层虚拟化具备高效性，其性能开销和虚拟化资源开销非常小，且不需要硬件的特殊支持。但其灵活性相对较小，表现为不同容器中操作系统必须为同一种操作系统。典型的应用是目前最主流的容器系统Docker，相对于笨重的系统级虚拟化，轻量级的Docker技术具备诸多优点。一是可以更高效地使用系统资源，由于容器不需要进行硬件虚拟以及运行完整操作系统等额外开销，一台同样配置的宿主机，可以运行更多数量的容器应用。二是具有更快速的启动时间，由于容器直接运行于宿主内核，无需启动完整的操作系统，因此可以做到秒级、甚至毫秒级启动。

库函数层上的虚拟化，主要是通过虚拟化操作系统的应用级库函数的服务接口，使得应用程序在无需修改的情况下，实现与不同操作系统的无缝对接运行，从而提高系统间的互操作性。一个典型的应用是在Ubuntu系统中，利用Wine这样的工具在Linux中模拟Windows的库函数接口，就可以使Windows中的微信、QQ等应用程序正常在Linux上运行。

编程语言层上的虚拟化，这一类虚拟机的运行态是一个进程级的作业，且这些程序所针对的是一个虚拟体系结构，程序代码首先被编译为针对该虚拟体系结构的中间代码，再由虚拟机的运行时支持系统翻译为硬件的机器语言进行执行。我们熟知的JVM（Java Virtual Machine）就是这类虚拟机的典型应用[4]。

3 云计算中虚拟化技术应用场景

3.1 网络的虚拟化

云计算中的虚拟技术包括对网络的虚拟化处理，通过将网络进行虚拟化，可以为用户提供虚拟局域网和专用网两个单独运行的网络环境。在目前的信息处理过程中，由于所需处理的网络信息太过庞大，因此需要对分散的用户信息进行集中，网络虚拟化技术可以将多个局域网集中在一个统一的网络服务器之上，使得所有经过这些局域网进行传输的信息都可以在同一个网络服务器中进行查阅和管理。

3.2 存储的虚拟化

大量的信息上传和存储需要更大的存储空间来进行支持，随着物联网时代的到来，各种信数据呈爆炸式指数级增长，对现有硬件设备的存储提出了原来越高的要求，单纯依赖硬件存储已经变得不现实，因此也需要对存储进行虚拟化。利用存储的虚拟化技术，可以在主机的硬件存储空间之外单独再开拓出容量巨大的云存储空间，用户可以将多种类型的信息进行上传和储存，解决了不同信息与存储设备之间存在的不兼容问题，也可以为用户节省大量的硬件购置成本[5]。同时，还可大大提高信息数据的安全性，一般来讲，将信息储存在硬件设施当中，如果出现意外断电等状况，很容易导致存储区域出现异常而导致信息丢失，这对于用户来说必然是巨大损失，而云空间则不受这些因素的影响，即便因为用户的错误操作导致信息丢失，也能够通过云平台中的文件恢复技术机制进行找回，减少因操作失误而导致的损失。

3.3 计算机应用程序的虚拟化

在以往的应用程序运行环境当中，由于操作系统需要将有限的资源分配给多个主机，剩下的性能在处理多个具备同样信息的应用时容易出现严重的冲突问题，严重时会导致系统崩溃，数据大量丢失。因此，有必要对计算机应用程序进行虚拟化处理，所谓计算机应用程序的虚拟化，就是在操作系统和信息文件之外单独建立一个封闭的运行环境，在运行具有同样信息的应用时，用户可以将其分开在两个系统当中，确保彼此之间不会出现冲突。

3.4 虚拟化技术的安全性考虑

虽然虚拟化技术能够帮助人们脱离硬件设施的限制而单独构建专门的云空间来储存信息，但需要注意的是，由于信息都储存在网络空间中，因此在技术手段允许的情况下，不法分子可以通过有组织的网络攻击来破坏原有的安全协议，导致系统被破坏以后，大量的信息被泄露和窃取，使用户蒙受巨额损失[6]。因此，在使用虚拟化技术保存信息的同时，也要注重构建专门的信息保护系统。首先，云计算信息管理中心应当根据自身条件建立专门的安全人才队伍，负责对主机以及主机内的信息进行定期常态化的检查和维护，确保不会因为使用年限的延长而出现问题。除此之外，也要投入人力和物力来建立专门的网络安全防火墙，将目前已知的主流网络攻击手段进行备案，并制定出完善的预防预警方案，使得在遭受网络攻击时能够第一时间采取应对措施，不会陷入到束手无策的地步。当然，也要定期对硬件设施进行维护和更换，对操作系统进行更新换代，对操作人员进行专业化培训。

4 虚拟化技术应用优势

在当前许多云计算数据管理中，都需要花费大量的成本来建设和维护主机系统，特别是网络当中数不胜数的数据信息需要大量的主机来进行传输和储存，并且在可预见的未来，数据量会实现几何指数式的增长，如果没有新技术的应用来帮助提升数据处理效率，那么很快数据管理中心就会被庞大的运营成本所压垮，而虚拟化技术则很好地解决了这一问题。

4.1 节约资源和成本

在传统的云计算数据处理中心建设过程中，往往需要投入巨大的成本来购置大量的硬件主机，而且要配置庞大的人才队伍来进行操作和维护，整个过程所耗费的资金数量非常庞大，通过合理利用虚拟化技术，可以将原本需要多个主机来运行的操作都高度集中在一台主机上进行，这就使得数据处理中心所需要购置的主机数量大幅度减少，甚至只需要原本的一小部分主机就能够满足当前的数据处理任务，与此相应的，管理中心也不需要雇佣太多的技术人员来进行维护和管理，整个管理中心的能源消耗成本也会明显降低，不仅如此，虚拟化技术可以有效地提升信息处理的速度和效率，能够给管理中心带来更多的经济效益。

4.2 方便管理和维护

在虚拟化技术的加持之下，原本需要大量主机完成的信息处理工作都可以在远程构建的云空间和封闭的虚拟化空间中运行，操作人员可随时随地使用终端设备来查看和调用所储存的信息，极大的提高了处理效率，克服了硬件设施带来的诸多限制[7]。其次，通过虚拟化技术对信息的集中处理，日后在对信息的调用和分析时也会变得更加的方便快捷，省去了漫长的信息检索和提取过程。除此之外，虚拟化技术允许人们在其中构建虚拟的云空间来储存信息，与储存在硬件当中的信息不同，云空间当中储存的信息不会因为外部不可抗力的作用而损失，只要用户依然保有云空间的使用权限，就能够随时随地的上传和下载信息，带给人们的方便是不言而喻的。

5 总结

综上所述，在未来高度智能化的新时代，会有越来越多的新兴技术加入到生产生活当中并发挥巨大的作用，随着云计算中虚拟化技术的广泛应用，信息的传输门槛变得越来越低，过往需要多个主机才能完成运算的应用场景，如今只需要一台主机即可，许多信息传输的过程都发生在专门构建的云平台之上，不再需要大量的硬件设施和人员投资。如今，大数据技术的应用范围越来越广，需要不断开发新的信息传输和储存技术，因此，未来在云计算的虚拟化技术方面还要进行更多的投入和研发，才能够真正满足不断扩大的市场需求。