浅谈云计算09 | 服务器虚拟化

一、虚拟化的定义

虚拟化是一种将物理资源抽象为逻辑资源的技术，通过在物理硬件与操作系统、应用程序之间构建虚拟化层，打破物理资源的限制，为用户提供灵活、高效的计算环境。它涵盖了三层重要含义：其一，虚拟化的对象广泛，涵盖服务器、存储、网络等各类 IT 资源；其二，借助虚拟化技术，能够向用户屏蔽底层物理资源的复杂细节，如硬件配置、物理位置等，使用户专注于自身业务需求；其三，用户在虚拟环境中，可无障碍地实现原本在真实物理环境中的功能，甚至能达成更多高级应用场景，如快速部署、灵活迁移等。

虚拟化的主要目标在于简化 IT 资源的管理与运维，为使用者提供统一、标准的资源访问接口。这使得无论是最终用户、应用程序，还是各类服务，在面对 IT 基础设施的动态变化时，都能最大程度降低受影响程度。例如，企业在进行服务器升级或存储扩容时，依托虚拟化技术，用户无需大幅调整应用程序，就能平稳过渡，保障业务的连续性。

从实际效益看，虚拟化技术优势显著。一方面，能显著提升硬件资源利用率，将一台物理服务器分割为多个虚拟机，每个虚拟机运行独立的操作系统与应用程序，避免物理资源闲置浪费；另一方面，大幅降低企业的硬件采购、能耗、运维等成本，以较少的物理设备满足多样的业务需求。在管理层面，通过集中化的虚拟化管理平台，管理员可便捷地对众多虚拟机进行批量部署、监控与调整，极大减轻管理负担。同时，虚拟化技术增强了系统的可靠性与灵活性，虚拟机之间相互隔离，一个虚拟机的故障不会波及其他，且可在不同物理主机间灵活迁移，有效应对突发硬件故障，确保业务稳定运行。

二、系统虚拟化

系统虚拟化作为虚拟化技术的基石，是在一台物理计算机系统上，通过虚拟化管理器（Virtual Machine Monitor，简称 VMM）虚拟出一台或多台虚拟机（Virtual Machine，简称 VM），每个虚拟机都拥有自己的虚拟硬件，进而提供独立的虚拟执行环境。形象地说，它就像是在一台物理主机内开辟出多个 “虚拟主机”，这些 “虚拟主机” 彼此隔离，却又共享物理机的硬件资源，用户在使用时，感觉如同独占一台物理设备。

从架构层面看，VMM 运行在硬件资源层上，处于物理硬件与虚拟机之间，承担着关键的桥梁作用。一方面，它负责为虚拟机提供虚拟的硬件资源，如同为每个 “虚拟主机” 配备虚拟的 CPU、内存、I/O 设备等，至少涵盖 CPU 虚拟化模块、内存虚拟化模块、I/O 设备虚拟化模块这三个基本模块，并且要配备完备的调度机制，以合理安排多个虚拟机对物理资源的使用，同时提供一套完整的管理接口，方便管理员进行管控；另一方面，Hypervisor 还承担着部分物理资源管理的角色，类似于操作系统对硬件的管理职能，包括管理底层物理资源、提供安全隔离机制以及维护系统时间等，确保各个虚拟机在稳定、安全的环境下运行，互不干扰。

以常见的服务器场景为例，一台配备了强大 CPU、大容量内存和高速磁盘阵列的物理服务器，通过系统虚拟化技术，可被分割为多个虚拟机。每个虚拟机都被分配适量的虚拟 CPU 核心、内存空间以及磁盘存储容量，能够独立安装操作系统，如 Wind