什么是虚拟化技术

从广义上理解，虚拟化技术是一种IT资源管理、优化技术，是将计算机上的各种资源（如CPU、内存、存储空间、网络适配器等）进行抽象、转换，分配给一个或者多个虚拟计算环境使用，实现IT资源的动态分配、灵活调度和跨域共享，从而提高IT资源利用率。
从狭义上理解，虚拟化技术是将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机，在一台计算机上同时运行多台逻辑计算机，每台逻辑计算机都是独立的，它们的工作互不影响，从而提高计算机的工作效率。
虚拟化技术的主要目标是简化IT资源的表示、访问和管理，并为这些资源提供标准接口，以减小IT基础设施变化对用户的影响。虚拟化技术可以降低资源用户与资源具体实现之间的耦合程度，让用户不再依赖于资源的某种特定实现。

在传统的物理架构下，软硬件紧密耦合，资源无法共享和动态调配，系统配置往往根据业务峰值来制定，这导致资源利用率低、灵活性差、结构僵化等问题。而虚拟化技术可将软硬件解耦，逻辑抽象出硬件资源，实现资源的共享和动态调配，从而提高资源利用率、灵活性和可扩展性等。

1. 提高资源利用率

在虚拟化前，每个应用程序都需要独立的硬件资源，例如独立的服务器、独立的操作系统、独立的存储设备等。这种方式会导致硬件资源的浪费，因为每个应用程序都需要独立的硬件资源，而这些资源在大部分时间并没有被充分利用。而在虚拟化后，计算资源被抽象成虚拟机，每个虚拟机都可以独立运行一个应用程序。虚拟机之间是相互隔离的，它们共享物理硬件资源，但是每个虚拟机都认为自己独占了这些资源。这种方式可以大大提高硬件资源的利用率，因为多个应用程序可以共享同一组硬件资源。

2. 提高资源利用的灵活性和可扩展性

在虚拟化前，如果需要增加一个新的应用程序，就需要购买新的硬件资源、安装新的操作系统等。而在虚拟化后，只需要创建一个新的虚拟机，就可以在其中运行新的应用程序，这样可以大大缩短应用程序的部署时间。同时，虚拟化还可以提供更好的可移植性，因为虚拟机可以在不同的物理硬件上运行，这样可以避免应用程序与特定硬件相关性强的问题。

3. 提高系统的可靠性和安全性

虚拟化通过隔离不同的应用程序和提供快速备份和恢复功能来避免应用程序之间的相互影响和恶意软件的传播和攻击。

4. 提高管理效率

虚拟化通过集中管理虚拟机来简化管理工作，减少管理成本和人力资源的浪费。

总之，虚拟化技术是一种非常重要的IT资源管理和优化技术，可以为企业和个人带来更高效、更灵活、更安全的IT资源管理和使用方式。虚拟化技术的应用可以提高IT资源利用率、减少能源消耗、降低成本、提高管理效率等，为企业和个人带来了更多的选择和更强的灵活性。

虚拟化技术经过多年的发展，已经成为一个庞大的技术家族，其技术种类繁多，实现的应用也自成体系。我们可以按照虚拟化实现方法、虚拟化实现机制、虚拟化架构模型以及虚拟化应用领域4个维度对虚拟化技术进行分类。

1. 按照虚拟化实现方法分类，虚拟化技术可以分为软件虚拟化技术和硬件辅助虚拟化技术。

①软件虚拟化是指在操作系统层面上实现虚拟化，通过在虚拟机和宿主机之间添加一个虚拟化层，来模拟一个完整的虚拟化环境。软件虚拟化的优点是可以在没有硬件支持的情况下实现虚拟化，但是由于需要在操作系统层面上进行虚拟化，因此会带来一定的性能损失。常见的软件虚拟化技术包括VMware Workstation、VirtualBox、QEMU等。

②硬件辅助虚拟化是指在硬件层面上实现虚拟化，通过在CPU中添加虚拟化指令集，来提高虚拟化的性能和效率。硬件辅助虚拟化的优点是可以在硬件层面上实现虚拟化，可以提高虚拟化的性能和效率，但是由于需要硬件支持，因此不是所有的CPU都支持硬件辅助虚拟化。常见的硬件辅助虚拟化技术包括Intel VT-x和AMD-V等。在使用这些技术的虚拟化软件中，常见的有VMware ESXi、Hyper-V等。

2. 按照虚拟化实现机制分类，虚拟化技术可以分为全虚拟化技术、半虚拟化技术和容器虚拟化技术。

①全虚拟化技术是一种在虚拟机中运行的操作系统不知道自己是在虚拟机中运行的虚拟化技术。它支持在虚拟机中运行多种操作系统，这些操作系统都认为自己是在物理服务器上运行的。全虚拟化技术通常使用虚拟机技术实现，可以在同一台物理服务器上运行多个虚拟机，每个虚拟机都有自己的操作系统、应用程序和文件系统，它们之间相互隔离，互不干扰。

②半虚拟化技术是一种在虚拟机中运行的操作系统知道自己是在虚拟机中运行的虚拟化技术。它支持在虚拟机中运行多种被修改的操作系统，这些操作系统都知道自己是在虚拟机中运行的，它们与虚拟化层之间可以直接通信，从而提高了性能。半虚拟化技术通常使用
虚拟机技术实现，可以在同一台物理服务器上运行多个虚拟机，每个虚拟机都有自己的操作系统、应用程序和文件系统，它们之间相互隔离，互不干扰。

③容器虚拟化技术是一种将应用程序及其依赖项打包成一个容器的虚拟化技术。容器虚拟化技术可以在同一台物理服务器上运行多个容器，每个容器都有自己的文件系统、网络和进程空间，但是它们共享同一个操作系统内核。容器虚拟化技术可以提高应用程序的可移植性和兼容性，同时也可以提高服务器的利用率和灵活性。

3. 按照虚拟化架构模型分类，虚拟化技术可以分为裸金属架构、寄居架构和混合架构。

①裸金属架构是一种直接在物理服务器上运行虚拟机的虚拟化技术。在裸金属架构中，虚拟机监控器（Virtual Machine Monitor，VMM）直接运行在物理服务器的硬件上，虚拟机则运行在VMM之上。裸金属架构可以提供接近于原生性能的虚拟化环境，但是需要支持硬件辅助虚拟化技术。

②寄居架构是一种在操作系统之上运行虚拟机的虚拟化技术。在寄居架构中，VMM运行在操作系统之上，虚拟机则运行在VMM之上。寄居架构可以实现更好的资源隔离和管理，但是需要操作系统的支持，同时也会带来一定的性能损失。

③混合架构是一种将裸金属架构和寄居架构相结合的虚拟化技术。在混合架构中，VMM直接运行在物理服务器的硬件上。混合架构中VMM只负责CPU和内存虚拟化，I/O设备的虚拟化由VMM和特权级操作系统共同完成。

4. 按照虚拟化应用领域分类，虚拟化技术可以分为服务器虚拟化技术、存储虚拟化技术、网络虚拟化技术、桌面虚拟化技术、应用程序虚拟化技术和平台虚拟化技术。

①服务器虚拟化技术是一种将一台物理服务器划分为多个虚拟机的虚拟化技术。它可以使多个虚拟机在同一台物理服务器上运行，从而提高服务器的利用率和灵活性。服务器虚拟化技术通常使用虚拟机技术实现，可以在同一台物理服务器上运行多个虚拟机，每个虚拟机都有自己的操作系统、应用程序和文件系统，它们之间相互隔离，互不干扰。

②存储虚拟化技术是一种将多个存储设备虚拟化为一个逻辑存储设备的虚拟化技术。它可以提高存储资源的利用率和可管理性，同时也可以提高数据的可靠性和可用性。存储虚拟化技术通常使用存储虚拟化器实现，存储虚拟化器可以将多个存储设备虚拟化为一个逻辑存储设备，从而使应用程序可以访问逻辑存储设备而不需要知道实际的存储设备。

③网络虚拟化技术是一种将物理网络设备虚拟化为多个逻辑网络设备的虚拟化技术。它可以提高网络资源的利用率和可管理性，同时也可以提高网络的可靠性和可用性。网络虚拟化技术通常使用网络虚拟化器实现，网络虚拟化器可以将物理网络设备虚拟化为多个逻辑网络设备，从而使应用程序可以访问逻辑网络设备而不需要知道实际的网络设备。

④桌面虚拟化技术是一种将多个虚拟桌面运行在一台物理计算机上的虚拟化技术。桌面虚拟化技术可以将多个用户的桌面环境隔离开，从而提高桌面资源的利用率，简化桌面管理和配置，同时也可以提高桌面的安全性和可靠性。

⑤应用程序虚拟化技术是一种将应用程序和其依赖的库文件打包成一个独立的虚拟化容器，从而可以在不同的操作系统和环境中运行的虚拟化技术。应用程序虚拟化技术可以简化应用程序的部署和管理，同时也可以提高应用程序的可移植性和安全性。

⑥平台虚拟化技术是一种将整个操作系统和应用程序打包成一个独立的虚拟化容器从而可以在不同的硬件和操作系统中运行的虚拟化技术。平台虚拟化技术可以简化应用程序的部署和管理，同时也可以提高应用程序的可移植性和安全性。

虚拟化技术种类繁多，下面简要介绍几种当前应用较为广泛的虚拟化技术：VMware的vSphere、思杰的XenServer、微软的Hyper-V、KVM和Docker。

1. VMware的vSphere：VMware的vSphere是一套服务器虚拟化解决方案，其核心组件为VMware ESXi。ESXi是一款可以独立安装和运行在裸机上的系统，与其他VMwareWorkstation软件不同的是，它不再依存于宿主操作系统。在ESXi安装好以后，可以通过vSphere Client远程连接控制，在ESXi服务器上创建多个虚拟机，再为这些虚拟机安装好Linux/Windows Server系统，使之成为能提供各种网络应用服务的虚拟服务器。ESXi可以从内核级支持硬件辅助虚拟化，运行于其中的虚拟服务器在性能与稳定性上不亚于普通的硬件服务器，而且更易于管理与维护。

2. 思杰的XenServer：思杰的XenServer是一款开源的虚拟化平台，通过它可以在一台物理服务器上运行多个虚拟机。XenServer支持多种操作系统，包括Windows.Linux和Solaris等。XenServer的虚拟化技术基于Xen Hypervisor，它可以将物理服务器的资源划分至多个虚拟机中，每个虚拟机都可以独立运行自己的操作系统和应用程序。XenServer还提供了一些高级功能，如动态内存管理、虚拟机快照等。

3. 微软的Hyper-V：微软的Hyper-V是一款虚拟化平台，通过它可以在Windows Server操作系统上运行多个虚拟机。Hyper-V支持多种操作系统，包括Windows、Linux和FreeBSD等。Hyper-V的虚拟化技术基于Windows Hypervisor，它可以将物理服务器的资源划分至多个虚拟机中，每个虚拟机都可以独立运行自己的操作系统和应用程序。Hyper-V还提供了一些高级功能，如动态内存管理、虚拟机快照等。

4. KVM：KVM是一款开源的虚拟化平台，通过它可以在Linux操作系统上运行多个虚拟机。KVM的虚拟化技术基于Linux内核，通过它可以将物理服务器的资源划分至多个虚拟机中，每个虚拟机都可以独立运行自己的操作系统和应用程序。KVM支持多种操作系统，包括Windows、Linux和FreeBSD等。KVM还提供了一些高级功能，如动态内存管理、虚拟机快照等。

5. Docker：Docker是一款开源的容器化平台，通过它可以在一台物理服务器上运行多个容器。Docker的容器化技术基于Linux内核，通过它可以将物理服务器的资源划分到多个容器中，每个容器都可以独立运行自己的应用程序。Docker支持在多种操作系统部署，包括Windows、Linux和macOS等。Docker还提供了一些高级功能，如容器快照等。