CCNA中的虚拟化基础概念

虚拟化是指操作虚拟计算机的过程。 在虚拟化技术中，所使用的软件允许您在单一机器上运行虚拟系统、硬件以及应用程序。 通常，它被用来在单一设备上运行各种操作系统，包括Windows和Linux。 为了充分利用硬件资源，虚拟化技术可以将庞大的系统拆分成多个较小的子系统。 比如，以服务器为例。 通过虚拟化技术，你可以将一台服务器用于多种不同的功能，而不需要为每项功能分别使用多台服务器。 因此，可以将其中一个服务器专门用于管理邮件和应用程序，而不需要为每个用于网络、电子邮件以及应用程序的服务器分配专门的资源。这样一来，这些服务器就能得到更充分的利用。 通过这样做，可以最大限度地提高服务器的效率。 通过利用服务器的硬件资源，比如处理器、RAM以及存储设备，虚拟化技术可以将一台物理服务器转化为多个虚拟PC（即虚拟机器），这些虚拟机器可以充当数字计算机的角色。 每台虚拟机都独立运行，就像真正的计算机一样。 因此，虚拟化是充分利用单台机器的理想方式。

这些大型数据中心为公众提供网站托管服务，从而利用云计算技术来提供服务。 云计算的基础在于对服务器的完全虚拟化。 这个大型数据中心使用一台高端服务器来托管多个网站。这些网站可以从任何公共IP地址访问，并且需要不同的认证方式来进行访问。 用户只支付了他自己真正需要的服务所对应的费用。 如果某个网站只需要 10GB 的存储空间来托管，那么客户只需为 10GB 的存储空间支付相应的费用即可。 他不需要为整个存储区域网络或网络连接存储系统的内存配置支付费用。 只有计算机硬件的虚拟化技术才能够实现这一点。 虚拟机器可以包括计算机、服务器、路由器、防火墙等设备。 你可以在物理主机上创建一台虚拟机，然后根据需要在该虚拟机中再创建更小的虚拟机。

虚拟化的关键组成部分：

以下列表包含了虚拟网络结构的这三个要素：

• 主机机器：虚拟网络结构中的第一个要素就是主机。所谓主机，指的是运行着虚拟机的实际硬件设备。它包含了CPU、内存以及存储设备等组件。虚拟机会根据在虚拟化过程中所设定的配置来使用这些资源。为了实现对虚拟机的创建和管理，人们会使用虚拟化软件来操作这些实际存在的计算机。
• 虚拟机器：虚拟机器构成了虚拟网络结构中的剩余部分。存在于主机上的虚拟对象被称为虚拟机器。它实际上是在复制一个物理设备。换句话说，一个虚拟主机会创建一个拥有所需所有资源的虚拟机器。每个虚拟设备都认为自己是在系统中唯一的设备。不过，主机上可能包含多种虚拟设备。这种多用途特性正是虚拟化的主要目标所在。
• 虚拟机管理程序：Hypervisor是虚拟网络结构中的最后一个组成部分。 虚拟化的核心组件就是管理程序。 它的另一个名称是“虚拟机管理器”。 本质上，超管理器是一种用于创建和管理主机上的虚拟计算机的软件。 管理程序的主要功能是控制虚拟设备，并为这些虚拟设备提供适当的系统资源。 根据它们的运作方式，可以将超管分为两种类型。 以下是一些例子：
  • 类型1管理程序（裸金属管理程序）：裸金属管理程序，也被称为类型1管理程序，是一种直接安装在主机硬件上的软件。它们运行在独立的操作系统上。数据中心中使用的设备通常都采用这种管理程序。类型1管理程序具有高可用性、高性能以及良好的可扩展性等优点，因为它们可以直接访问系统资源。这类管理程序的例子包括VMware ESXi和Hyper-V。
  • 类型2虚拟机管理程序：托管式虚拟机管理程序与直接运行在硬件上的Type 1虚拟机不同，Type 2虚拟机也被称为“托管虚拟机”。它们是在安装在硬件上的操作系统上运行的。 在这个系统中，每台虚拟机都在Hypervisor上运行。 通常，这种虚拟机管理程序可以使得多个操作系统能够在同一台物理硬件上同时运行。 只有一种操作系统，而Hypervisor就存在于这种操作系统中。 我们还可以在此基础上构建其他操作系统。 对于类型2的Hypervisor（托管型Hypervisor）来说，并不需要使用管理控制台程序。 这项福利非常重要。 反过来，这也会提升这种管理程序的受欢迎程度。 第二类虚拟机管理程序的例子包括：VMware Fusion、VirtualBox、Virtual PC、Mac OS X Parallels以及VMware Workstation（即托管型虚拟机管理程序）。

工作：

虚拟机管理程序是一种计算机程序，它负责分配实际的资源，使得虚拟计算机能够利用这些资源。虚拟机管理程序有两种类型：一种是“裸机级”虚拟机管理程序，它像操作系统一样运行虚拟机器，让虚拟机器在系统的硬件上运行；另一种则是“托管式”虚拟机管理程序，它的行为更类似于普通的程序，可以根据需要启动或停止其运行。

虚拟化的类型：

还有多种类型的虚拟化技术，这些技术可以应用于IT架构中的其他组件。具体包括：

• 数据虚拟化：数据虚拟化能够将来自多个来源的数据整合在一起，使得任何应用程序都能访问这些数据，而无需考虑数据的来源、位置或格式。在那些需要访问数据的应用程序与存储数据的系统之间，会建立一层软件层。这一层会接收来自应用程序的数据请求，然后返回来自不同系统的结果。
• 应用程序虚拟化：您可以使用应用程序虚拟化技术来运行软件，而无需将其直接安装在操作系统中。例如，您可以在Linux系统下运行Windows应用程序。这可以通过使用服务器、应用程序流处理方式来实现，或者直接在终端设备上运行整个应用程序，同时该应用程序在运行时环境中进行运行，而不是在原生硬件上运行。服务器负责完全运行应用程序，并将用户界面提供给客户端设备。
• 网络虚拟化：通过网络虚拟化技术，服务器可以立即被分配特定的网络组件和功能，比如IP地址配置和文件共享功能。这样一来，网络管理员就可以在不影响物理硬件的情况下，对这些组件进行更改和管理。
• 桌面虚拟化：这样，你就可以在同一台机器上运行不同的操作系统。这可以通过本地桌面虚拟化或虚拟桌面基础设施来实现。虚拟桌面基础设施会在本地计算机上运行管理程序，从而让该计算机能够运行另一个操作系统。而虚拟桌面基础设施则会在中央服务器上运行多个桌面环境，然后将这些桌面环境传输给通过客户端设备登录的用户。
• 存储虚拟化：由于存储虚拟化技术的存在，网络上的所有存储设备，包括独立存在的存储设备以及安装在单个服务器上的存储设备，都可以被当作一个单一的存储设备来访问和管理。这些存储设备可以被重新分配给任何联网的虚拟机，因为所有的存储设备都存储在一个共同的池中。

虚拟化的优势：

• 对现有资源或硬件的充分利用。
• 许多机器的安装过程所需时间较短。
• 通过提供多种服务，可以减少系统停机的时间。
• 单一管理，简单维护
• 减少开支
• 提高效率，同时节省服务器资源。
• 安全性
• 与传统的系统相比，这种方式使得反制病毒攻击变得非常简单。如果需要的话，甚至还可以重新创建或删除该虚拟计算机。

虚拟化的缺点：

虚拟化技术也可能存在安全问题。如果管理程序受到攻击，那么所有相关的虚拟机和操作系统都会面临风险。由于虚拟机可以通过管理程序在没有真实网络的情况下相互连接，因此很难发现可疑的活动。

结论：

尽管存在诸多不足之处，但虚拟化技术似乎仍将是未来科技领域中的下一个重大发展趋势。 因为几乎所有的数据都存储在云端上。 虚拟化技术是一种有效的手段，可以在技术需求日益增加的情况下，有效降低成本，同时提升生产效率。 所谓“容器”应用程序，可以让用户在同一台机器上同时运行多个程序。 这些程序可以是系统库、工具，也可以用任何语言编写的代码。 容器使得在相同的环境中开发分布式应用程序、云原生应用程序以及其他类型的应用程序成为可能。