云计算中的虚拟机

没有虚拟机的应用程序

如今，应用程序几乎是全球每个行业和公司的命脉，包括硬件、银行、酒店、航空公司、旅游、购物中心和互联网门户。要在竞争激烈的市场中取得成功，每个企业都必须拥有可靠、高效且可扩展的软件程序。

有人可能会说，在现代商业环境中，应用程序对公司的成功至关重要。此外，在考察应用程序时，请牢记这两个关键因素：

• 首先是创建和设计业务应用程序。
• 其次，为了使应用程序可供企业使用，需要将其托管在服务器上。

现在，让我们谈谈在虚拟机和容器开发之前，我们是如何托管应用程序的。

如果不使用虚拟机或云计算，托管应用程序就需要一台物理服务器。服务器的大小和速度是企业需要考虑的关键因素。由于公司可能会随着时间的推移而发展，因此在开始时准确预测应用程序的需求程度具有挑战性。最稳妥的做法是选择高端物理服务器，但这可能会很昂贵。

除了购买实际服务器的初始成本外，持续的月度运行成本还包括聘请人员来处理服务器维护、电力和冷却的能源成本以及操作系统许可费用。通常，服务器的容量仅被使用了 5-10%，这会导致公司蒙受巨大的经济损失。

如何托管应用程序？

首先，我们需要一台物理服务器。接下来，我们将在服务器之上安装操作系统，例如 Windows 或 Linux。然后，我们将把业务应用程序安装在操作系统之上。完成这些之后，我们的应用程序就可以使用了，用户将能够访问它。

需要记住的关键一点是，在启动新公司、新应用程序时，都需要新的物理服务器和操作系统许可。在安装完操作系统后，就可以安装新程序了。重要的是要记住，除了物理服务器的成本之外，还将产生持续的月度运营成本。

您可能会问，为什么我们不能将新应用程序安装在我们当前的物理服务器上，因为第一个服务器只使用了其容量的一小部分。虽然在某些情况下是可能的，但仅在某些情况下可行。

是什么阻止我们将应用程序托管在当前物理服务器上？

发生这种情况的原因有很多。一种可能性是，新应用程序可能与初始应用程序具有不同的依赖项。另一种可能性是，新应用程序需要不同版本的框架。或者，新应用程序可能需要一个完全不同的操作系统。还有一种情况是，两个应用程序都需要访问相同的资源，从而导致资源冲突。

一种解决方案是为每个应用程序购买一台新的物理服务器来解决当前的问题。这种方法导致应用程序与物理服务器之间直接对应。这种托管模型在虚拟化出现之前非常普遍。

云计算中的虚拟机是什么？

如今，虚拟化使我们能够最大程度地发挥物理服务器的潜力。请参考下面的图表，以更轻松地理解这个概念。上面的图表显示，主机操作系统安装在实际服务器上。本质上，操作系统直接安装在物理服务器上。已将一种称为虚拟机监视器的软件添加到操作系统中。这种 VMware 技术利用此虚拟机监视器对实际服务器的硬件进行虚拟化。

虚拟机是使用虚拟机监视器创建的。这项技术使我们能够在一台物理服务器上运行多个虚拟机，以满足我们公司的需求。第一个应用程序使用 VM1，第二个应用程序使用 VM2，依此类推。

更深入地查看上面的图表会发现，应用程序与实际服务器之间不再是一对一的关系。相反，每个新应用程序现在都需要安装在全新的虚拟机上。由于虚拟化，现在可以安全地在一台物理服务器上运行多个程序。

由于虚拟化，每个应用程序现在都像运行在自己的物理服务器上一样，拥有自己的处理器、内存和存储空间。虽然这些应用程序中的每一个都有自己的虚拟机，但它们实际上都运行在一台物理服务器上。

虚拟机和多个应用程序

将数字系统视为“笔记本电脑中的笔记本电脑”是一种思考方式。一台物理服务器可以支持许多同时运行的虚拟机。任何操作系统（如 Windows 或 Linux）以及满足实用程序要求所需的其他软件和依赖项都可以安装在每个数字计算机上。它们提供了分离任务、最大化宝贵资源利用率以及在配置和控制各种计算机系统方面获得灵活性的方法。

具有多个应用程序的虚拟机：假设我们想在一台物理服务器（Server 1）上运行应用程序 1、2 和 3。但我们现在无法在服务器硬件上启动这些应用程序。为了实现这一点，我们需要在物理服务器上安装 Windows 或 Linux 以及一个正常运行的系统。

我们在主机操作系统之上安装一个称为虚拟机监视器的程序，以允许这些应用程序运行。虚拟机监视器负责创建和管理虚拟机。因此，我们在虚拟机监视器之上创建三个虚拟机来托管这三个应用程序。然后，如下图所示，我们将每个应用程序托管在每个虚拟机内部。

使用虚拟机的云计算的优势

• 安全性与隔离：虚拟机在各个实例之间提供强大的隔离。由于每个虚拟机（VM）都有自己的操作系统、存储和专用资源，因此一个程序影响其他应用程序的可能性降低了。
• 旧版应用程序支持：您可以使用虚拟机（VM）来运行需要特定操作系统或软件版本的旧版应用程序，从而在不重写或修改它们的情况下实现旧版应用程序的现代化。
• 硬件抽象：虚拟机（VM）对底层物理硬件进行抽象，消除了跨主机或云环境迁移虚拟机实例时对硬件兼容性的担忧。
• 应用程序隔离：虚拟机（VM）非常适合将不同的工作负载或应用程序彼此隔离。这在多个租户共享同一基础设施的环境中尤其有用。
• 快照和克隆：虚拟机（VM）可以轻松克隆，并且可以创建快照。这使得复制或备份周期以便于灾难恢复、增强和满足需求变得快速而简单。
• 硬件虚拟化：虚拟机（VM）可以通过利用现代 CPU 的硬件虚拟化功能来提高性能并确保与各种主机系统的兼容性。
• 多租户和资源共享：虚拟机（VM）在保持强大的安全性和隔离功能的同时，促进了多个用户或客户之间的有效资源共享。
• 应用程序开发和测试：虚拟机（VM）在整个软件开发生命周期中提供稳定的环境，并且可以临时配置以满足开发、测试和调试需求。
• 灾难恢复：通过使用虚拟系统的快照和快照进行灾难恢复场景，可以在发生故障时迅速恢复应用程序和服务。
• 支持有状态应用程序：虚拟机（VM）是运行有状态程序（如数据库）的绝佳选择，这些程序需要强大的隔离和持续的存储。

使用虚拟机的云计算的缺点

• 为每个应用程序构建不同的虚拟机需要相当大的成本和维护开销。
• 重要的是要理解，应用程序 1 到 3 不能直接在虚拟机中使用。
• 虚拟机只是底层硬件的一部分，因为它的功能是对服务器硬件资源进行虚拟化。
• 因此，我们无法直接使用硬件来运行程序。为了使程序在虚拟机上运行，必须安装操作系统。
• 由于我们的例子中有三个虚拟机，我们必须在每个虚拟机上都安装一个操作系统。通常，我们可以在 Linux 和 Windows 之间进行选择。我们在数字系统上安装的运行设备称为客户操作系统。
• 虚拟机（VMs）存在正向开销，因为每个 VM 都应该运行一个完整的客户操作系统。
• 与裸机或容器化系统相比，这种开销可能导致性能下降和资源消耗增加。
• 有限的可扩展性：由于管理多个操作系统实例可能成为需要快速扩展的应用程序的限制因素，因此虚拟机（VMs）的可扩展性可能不如容器。
• 资源分配粒度较差：在资源分配方面，虚拟机（VMs）提供的粒度不如容器。将虚拟机（VM）中的不同进程分配给特定数量的资源（CPU、RAM）更加困难。
• 大型镜像文件：在云环境中，虚拟机（VM）镜像的大小比容器镜像大，这可能会影响存储和传输成本。
• 有限的可移植性：虽然虚拟机（VMs）可以具有可移植性，但容器通常比 VM 更具可移植性。在不同虚拟化系统或云提供商之间移动虚拟机（VMs）可能需要额外的设置和工作。
• 复杂的管理：管理虚拟机（VMs）可能比容器化解决方案更复杂、更耗时。这包括客户操作系统的修补、更新和维护。
• 虚拟机监视器开销：与容器的轻量级隔离不同，虚拟机（VMs）需要虚拟机监视器层进行虚拟化，这增加了更多的开销和复杂性。
• 微服务架构的有限优势：VM 更适合运行单体应用程序而不是微服务，因为为每个 VM 维护整个操作系统的开销可能会抵消微服务架构的一些优势。
• 供应商锁定：某些虚拟化平台和管理工具可能通过将组织锁定在特定的供应商生态系统中，从而限制了灵活性和互操作性。
• 兼容性问题：在运行不同客户操作系统的虚拟机（VMs）之间迁移应用程序时，可能会出现兼容性问题。这些应用程序是为在特定操作系统上运行而设计的。
• 许可费用：如果虚拟化平台有相关的许可费用，则在云环境中雇用虚拟机的总成本可能会增加。
• 服务器资源浪费：安装三个操作系统需要大量的服务器硬件。这浪费了重要的服务器资源，例如 RAM、磁盘空间、内存和处理器时间，这些都是运行虚拟机所必需的。
• 管理人员更新操作系统所需的时间：系统管理员必须在所有运行相同操作系统的虚拟机上安装操作系统提供的任何更新或补丁。由于此过程，每次安装都需要大量管理工作。
• 虚拟机启动所需时间：正如我们已经介绍过的，虚拟机本质上是一台计算机内的计算机，配备有独立的操作系统。虚拟机操作系统必须先启动才能工作，这可能需要一些时间。

企业在做出决定时，仔细权衡这些缺点与采用虚拟机（VMs）的优点，并考虑其业务独特的工作负载需求至关重要。其他选项包括研究无服务器计算和容器技术。

云计算中的虚拟化包含什么？

在云计算中，虚拟化是指创建物理资源（如网络组件、存储设备和计算机硬件）的虚拟实例或表示。这些虚拟实例，有时称为虚拟化资源或虚拟机（VM），它们模仿其物理对应物的特性和行为，同时独立运行并共享主机系统的物理资源。

云计算虚拟化的重要概念和组成部分包括：

• 虚拟机监视器：它允许将资源分配给虚拟机（VM），并对它们背后的物理硬件进行抽象。
• 虚拟计算机或 VM：虚拟化了的硬件和软件环境，是隔离的实例或 VM。
• 隔离：虚拟化通过在 VM 之间提供严格的隔离，确保一个虚拟机中的操作不会影响另一个虚拟机中的操作。每个虚拟机的功能就像它托管在另一台实际计算机上一样。
• 存储和网络虚拟化：云计算通常包括存储和网络资源的虚拟化，除了服务器（VM）之外，还可以动态分配和管理。

它使企业能够提供弹性的计算环境，以适应不断变化的业务需求，简化管理，并最大化其硬件投资。

虚拟化是云计算的一项基本技术。一台物理服务器必须划分为多个逻辑服务器。划分后，每个逻辑服务器都可以运行自己的操作系统和应用程序集，就像一台物理服务器一样。

虚拟化对软件开发人员和测试人员尤其有用。它使他们能够构建在各种环境中运行的代码，更重要的是，能够测试该代码。虚拟化有三种主要用途：

• 网络虚拟化
• 服务器虚拟化
• 存储虚拟化。

云计算中的网络虚拟化

将可用带宽划分为不同的通道是最大化网络资源的一种方法。

这些通道可以即时分配给特定的服务器或设备，并彼此独立运行，从而实现更有效的资源利用。

云计算网络虚拟化的重要概念和组成部分包括：

• 虚拟网络：在通用物理网络架构之上运行的虚拟网络，是概念上划分的网络。尽管共享相同的物理资源，但每个虚拟网络都彼此独立运行。
• 叠加网络：在叠加网络中，使用封装技术在实际网络之上创建虚拟网络段。
• 通过虚拟机监视器的网络虚拟化：在基于虚拟机监视器的网络虚拟化中，网络资源在虚拟机监视器级别进行虚拟化。虚拟机监视器的虚拟交换机控制虚拟机之间的网络流量，并将它们连接到实际网络。
• 虚拟存储池：存储虚拟化通过合并来自多个设备和位置的物理存储资源来构建一个虚拟存储池。在管理下，此池显示为一个单一的存储系统。
• 存储虚拟化层抽象：该层有助于隐藏底层物理存储硬件的复杂性。它为存储资源的供应和管理提供了标准化接口。
• 精简配置：由于存储虚拟化，虚拟存储卷可以在需要时才分配。这最大限度地减少了浪费并最大化了存储利用率。
• 动态配置：虚拟化存储可以动态分配、扩展和提供，以适应不断变化的工作负载需求。
• 数据迁移：存储虚拟化允许数据在各种存储设备和层之间轻松移动和迁移，而不会干扰正在运行的应用程序。
• 数据分层：存储虚拟化支持数据分层，这使得数据可以根据消耗趋势和性能需求在各种存储类型（如 HDD 和 SSD）之间自动转移。
• 快照和复制：虚拟化存储通常提供快照、克隆和数据复制等功能，用于数据保护、备份和灾难恢复。
• 聚合管理：存储虚拟化通过提供对整个存储基础设施的集中监控和管理，简化了管理任务。
• 供应商中立：存储虚拟化通过防止供应商锁定并允许混合和匹配来自不同供应商的存储设备，最大化了硬件灵活性。
• 混合云连接：网络虚拟化可以通过促进云环境和本地数据中心之间的通信来实现混合云场景。

云计算中的服务器虚拟化

云计算存储虚拟化的重要概念和组成部分包括：

• 多租户：网络虚拟化有助于为共享基础设施中的不同用户或客户创建独立、隔离的虚拟网络。
• 弹性和可扩展性：由于网络虚拟化，云提供商可以快速响应不断变化的需求，这使得能够即时创建、修改和删除虚拟网络。
• 网络分段：网络虚拟化允许精细的网络分段，从而可以出于速度和安全原因将不同的虚拟网络彼此隔离。
• 安全与隔离：虚拟网络通过在不同租户环境之间创建屏障，阻止对私有信息的非法访问，从而提高了安全性。
• 自动化和编排：网络虚拟化通过程序化编排和管理，实现了虚拟网络的自动化配置、设置和管理。
• 负载均衡和流量路由：网络虚拟化可以集成防火墙服务、负载均衡和流量路由等功能，以提高应用程序性能和安全性。
• 弹性和可扩展性：随着存储需求的增长，可以通过将更多的物理存储设备添加到虚拟池中来水平扩展虚拟化存储。
• 性能优化：存储虚拟化可以通过优先处理关键应用程序并根据工作负载需求动态分配资源来提高性能。
• 数据迁移和移动性：虚拟化存储支持工作负载和数据移动性，能够将应用程序和数据无缝地转移到各种平台和存储设备。
• 与云服务集成：以减少所需存储空间。
• 与云服务集成：存储虚拟化可以与云存储服务集成，通过允许在本地和云存储之间无缝传输数据来实现混合云场景。

在云计算系统中，车库虚拟化增强了存储资产管理、可扩展性和效率。它使云提供商和企业能够优化存储消耗，提高数据安全性、可用性，并提供更灵活、更经济的存储解决方案，以满足各种应用程序和包的需求。

云计算中的存储虚拟化

云计算服务器虚拟化的重要概念和组成部分包括：

• 虚拟机监视器：虚拟机监视器（Hypervisor）是促进虚拟机创建、部署和管理软件层。它们划分和抽象物理服务器的资源，以便虚拟机可以使用它们。
• 虚拟计算机或 VM：虚拟机（VMs）是共享硬件的虚拟化服务器的独立实例。
• 资源池化：通过服务器虚拟化，可以共享 CPU、内存、存储和网络带宽等物理资源。这些资源可以共享并动态分配给不同的虚拟机。
• 整合：服务器虚拟化允许多个虚拟机在一台物理服务器上运行，从而实现服务器整合。这降低了硬件成本并优化了资源利用率。
• 弹性和可扩展性：为了适应不断变化的工作负载需求，可以快速创建、复制和扩展（向上或向下）虚拟机（VMs）。这种动态配置提高了敏捷性和灵活性。
• 实时迁移：某些虚拟化平台允许虚拟机（VMs）在物理主机之间迁移，而不会出现停机或服务中断。
• 备份和灾难恢复：可以通过虚拟机快照和镜像来实现数据安全、备份和灾难恢复。
• 测试和开发：虚拟机（VMs）因提供可靠、隔离且易于复制和丢弃的环境而被广泛用于测试和开发。
• 资源分配：服务器虚拟化的细粒度资源分配功能允许管理员为每个虚拟机（VM）分配不同数量的 CPU、内存和存储。
• 支持旧版应用程序：服务器虚拟化允许旧版应用程序在现代技术上运行，而无需更改或重写应用程序代码。
• 多租户：使用虚拟机（VMs），不同的用户组或客户可以在共享物理基础设施的同时保持彼此隔离，在隔离的多租户环境中。
• 混合云集成：服务器虚拟化可以通过允许虚拟机（VMs）在本地数据中心和云环境之间无缝迁移来支持混合云场景。

结论

总之，数字计算机实现了计算机资源的高效、可扩展和灵活的使用，这是云计算的基础。通过使用虚拟化硬件，虚拟机（VMs）提高了整体性能并提供了出色的隔离。这使得能够使用单个物理工具来运行多个远程位置。云提供商提供从基本开发环境到前沿、可扩展解决方案的各种复杂程度的虚拟机（VMs）。

在云计算中，虚拟机（VMs）的主要优势是成本效益、适应性、隔离性、可扩展性和总资源性能。这些优势使得虚拟机（VMs）非常适合各种任务，例如 Web 托管、开发、测试、处理大量数据和灾难恢复。