云计算与虚拟化

一、概念

 什么是云计算？

云计算（cloud computing）是分布式计算的一种，指的是通过网络“云”将巨大的数据计算处理程序分解成无数个小程序，然后，通过多部服务器组成的系统进行处理和分析这些小程序得到结果并返回给用户。

云计算是一种模型，它可以实现随时随地，便捷地，随需应变地从可配置计算资源共享池中获取所需的资源（例如：网络、服务器、存储、应用、及服务）。资源能够快速供应并释放。使管理资源的工作量和与服务器提供商的交互减小到最低限度。

云计算五大基本特质

1、按需自助服务
2、广泛网络接入
3、资源池化
4、快速弹性伸缩
5、可计量服务

云计算的四种部署模式

1、私有云
——企业利用自有或租用的基础设施资源自建的云；
2、社区云/行业云
——为特定社区或行业所构建的共享基础设施的云；（点对点专业领域）
3、公有云
——出租给公众的大型的基础设施的云；
4、混合云
——由两种或两种以上部署模式组成的云；

云计算的三种服务模式

1、云基础设施既服务（IaaS)
——出租处理能力、存储空间、网络容量等基本计算资源；
2、云平台即服务（PaaS)
——为客户开发的应用程序提供可部署的云环境；
3、云软件即服务（SaaS）
——在网络上提供可直接使的应用程序；

什么是虚拟化？

虚拟化的解释有很多这里举一下维基百科上对虚拟化的解释

在计算机技术中，虚拟化（技术）或虚拟技术（英语：Virtualization）是一种资源管理技术，是将计算机的各种实体资源（CPU、内存、磁盘空间、网路适配器等），予以抽象、转换后呈现出来并可供分割、组合为一个或多个电脑组态环境。由此，打破实体结构间的不可切割的障碍，使用户可以比原本的组态更好的方式来应用这些电脑硬体资源。这些资源的新虚拟部份是不受现有资源的架设方式，地域或物理组态所限制。一般所指的虚拟化资源包括计算能力和资料储存。

虚拟化方案

全虚拟化

全虚拟化是最早出现的虚拟化技术。顾名思义，全虚拟化中VM从头到脚都是虚拟化的，VM操作系统所发出的一切可能指令都由虚拟化层（即VM Manager, VMM或者Hyperviser）处理。

全虚拟化最先完全由软件实现，典型的实现是将客户VM的二进制代码进行翻译。后来出现了硬件辅助的全虚拟化，典型的如Intel-VT和AMD-V。

相对来说更加简单和易于实现，但由于有两层OS，管理开销更大，性能损耗大。

很多个人或者小型的组织使用的VMware Workstation和VirtualBox就属于这种软件辅助的全虚拟化，还有KVM等

半虚拟化

半虚拟化中客户VM知道其运行在虚拟平台上，并需要主动适应，这样的虚拟平台需要对所运行的客户机操作系统进行或多或少的修改使之适应虚拟环境。虚拟化层是直接安装在硬件设备上的，会接管虚机的指令。

这种技术不依赖于操作系统，但需要对虚拟层的内核进行开发，开发难度更大。

VMware ESX、Xen、华为的FusionSphere都是这种模式。

混合虚拟化

无需开发内核，可支持多种操作系统，但需要底层硬件的虚拟化支持。

KVM就是这种模式

操作系统级别虚拟化

常说的容器化就是一种OS级别虚拟化，也有人不把容器算作虚拟化方式的，目的是与VM方式区分开。

操作系统层上的虚拟化是指操作系统的内核可以提供多个互相隔离的用户态实例。这些用户态实例（经常被称为容器）对于它的用户来说就像是一台真实的计算机，有自己独立的文件系统、网络、系统设置和库函数等。

由于是OS提供的，这种方式往往非常高效，最核心的优点，也是Docker最鼓吹的——占用资源更少、启动更快，因为容器不需要像虚机一样运行客户端OS，容器底层是主机OS，其上只需运行需要的应用，同样做到了相互隔离，这种启动速度也使得容器可以不需要时关闭，释放主机资源。此外模块化程度更高，体积小，应用可以通过微服务技术部署在多个容器。劣势来说，首先容器是基于Host OS的，不同系统OS的区别也就使得容器不能在各种系统环境混用；安全性相对更差，因为容器需要与底层操作系统或者其他容器通信。

容器化的应用场景更多是在应用程序上，而不是隔离操作系统，可能这也是很多资料将其与其他虚拟化技术分隔开的原因。

主流的虚拟化方案

1、kvm

kvm自Linux2.6.20版本后就直接整合到Linux内核中，它依托CPU下虚拟化指令集（如Inter-VT、AMD-V）实现高性能的虚拟化支持。由于与Linux内核高度整合，因此在性能、安全性、兼容性、稳定性上都有很好的表现。

在KVM环境中运行的每一个虚拟化操作系统都将表现为单个独立的系统进程。因此它可以很方便地与Linux系统中的安全模块进行整合（SELinux），可以灵活地实现资源的管理及分配。

优势：

1、首先从现有形势来看，国内的阿里云，华为云，国外的AWS 之类的云服务提供商从几年前开始就均将技术路线向KVM进行切换，性能和稳定性经历了考研。
2、开源。不仅开源性能还比vmware、xen等老牌虚拟化服务好，费用基本可以无视，高度可定制。
3、已写入Linux内核，可以利用内核的优化和改进，是Linux的一部分，Linux活着可以不用太担心KVM死掉。且KVM本身是内核模块，结构更精简，无需对内核进行修改。
4、充分支持现有的硬件虚拟化功能，支持SR-IOV。

劣势：

需要支持虚拟化的处理器，如果CPU比较旧或者不支持虚拟化，KVM也就不能用了，因为KVM本身并不执行硬件模拟。

2、Hyper-V

微软家的，旧称Windows Server Virtualization。可以归属到半虚拟化

适合应用于小型组织或企业

优势：

1、Hyper-V建立在微内核化设计之上，因此设备驱动程序在控制层中独立运行和操作，可以保持最少的设备驱动程序管理；

2、初始化时间更短

劣势：

使用Hyper-V之前必须安装主OS，且由于架构问题，父OS的崩溃会使得所有的VM崩溃。

3. VMware vSphere

更适合大型组织或企业。

优势：

独立，无需像Hyper-V一样使用一个主OS控制所有的的虚拟化组件。

劣势：

1、需要硬件的支持。

2、由于设备驱动程序在体系结构的管理程序层中初始化，因此需要更多的初始化时间。该层中的任何损坏代码都可能导致初始化速度变慢，甚至导致服务器挂起或崩溃。

3、贵。

4、XEN

Xen是开放源代码虚拟机监视器，由XenProject开发，能够在单个计算机运行多达128个有完全功能的操作系统。支持半虚拟化和全虚拟化。

优势：

无需特殊硬件支持，就能达到高性能的虚拟化。即支持更广泛的CPU架构。

劣势：

版本更新需要对内核重新打补丁，重新编译整个内核。