虚拟化架构是一种把物理硬件资源,比如服务器、存储设备、网络设备,通过虚拟化技术抽象成虚拟资源的方法。这种架构允许将一台物理服务器分割成多个虚拟服务器,每个虚拟服务器都可以独立运行自己的操作系统和应用程序,从而实现资源的共享、灵活性和高效利用。
虚拟化架构有几种不同的类型,现阶段主要包括寄居架构、裸金属架构和容器化架构等。
寄居架构是一种虚拟化架构,其特点是在操作系统之上安装和运行虚拟化程序,这种架构依赖于宿主操作系统对设备的支持和物理资源的管理。在寄居架构中,虚拟化软件作为宿主操作系统上的一个应用程序来运行,并通过宿主操作系统来访问和管理物理硬件资源。
工作原理:首先在物理服务器上安装一个宿主操作系统,比如 Windows 或者 Linux,然后,在宿主操作系统上安装虚拟化软件,比如 VMware workstation 或者 VirtualBox,这些虚拟化软件会创建一个或者多个虚拟机,每个虚拟机都可以运行自己的操作系统和应用程序,这些虚拟机共享宿主操作系统的物理资源,并通过虚拟化软件进行资源分配和管理。
它的优点是简单且便于实现,不需要特殊的硬件支持,只需要在现有的物理服务器上安装虚拟化软件即可,虚拟机只是宿主操作系统的一个进程,彼此之间的隔离性比较好,一个虚拟机的故障不会影响其他虚拟机或者宿主操作系统。但是这种架构下,性能会收到宿主操作系统的限制,而且如果宿主操作系统出现故障,虚拟机会收到影响。寄居架构对宿主操作系统的硬件兼容性要求较高,可能是需要特定的驱动程序或者更新来支持虚拟化功能。
寄居架构适用于个人用户、开发测试环境和小型企业等场景。
裸金属架构也被叫做裸机云,是一种直接在硬件上安装虚拟化软件的架构方法。与寄居架构不同的是,裸金属架构不依赖于任何宿主操作系统,它直接将 Hypervisor(虚拟化层)安装在物理服务器的硬盘上,从而接管所有的硬件资源。在这种架构中,Hypervisor 负责直接与硬件交互,并管理其上运行的多个虚拟机,由于 Hypervisor 层非常小且专注于资源管理,因此蓝屏几率较小,即时其中一个虚拟机操作系统发生蓝屏,也不会影响到其他虚拟机或者整个系统。
它的优点包括:
但是,裸金属架构的部署和管理相对复杂,需要专业的虚拟化知识和经验,而且,是需要特定的硬件支持来实现最佳性能。
现下用的比较多的有 VMware ESXi(广泛应用的企业级裸金属 Hypervisor,直接在物理服务器上安装)、Microsoft Hyper-V(微软提供的 Hypervisor,是 Windows Server 的一部分)、KVM(开源的裸金属 Hypervisor,通常与 Linux 操作系统搭配使用) 等。
容器化架构也是一种虚拟化架构形式,也是现代企业研发中应用最为广泛的一种,它与传统的虚拟化技术有所不同。在容器化架构中,应用程序以及所有依赖项都被打包到一个独立的容器中,而不是为每个应用程序分配一个完整的虚拟机,这个容器共享同一个操作系统内核,但每个容器都有自己的文件系统和资源隔离。
容器化架构的核心优势在于轻量级和快速部署,由于容器只包含应用程序及其依赖项,不包括整个操作项,因此它通常比虚拟机更小、更快速,使得容器非常适合于快速迭代开发、持续集成和持续交付以及微服务架构。
容器化架构还提供了强大的编排和管理工具,用于自动化容器的部署、扩展和管理,这些工具可以处理容器的生命周期管理、负载均衡、服务发现和自动修复等功能,从而提高了系统的可靠性和可伸缩性。
现阶段常用容器化架构技术有:
虚拟化架构技术是可以为现代应用架构带来很多好处,包括提高系统性能。我从以下几个方面来总结如何利用虚拟化架构特性来提高系统性能。
虚拟化允许根据应用程序的需求动态分配资源,比如 CPU、内存和存储,可以监控每个虚拟机的资源使用情况,并根据需要增加活减少资源,这种灵活性可以确保每个应用程序都获得所需的资源,从而提高整体系统性能。
通过虚拟化技术可以将服务部署在不同的服务器上,可以实现负载均衡,确保每个服务器都得到充分利用,有助于避免资源瓶颈,提高系统吞吐量和响应时间。
虚拟化架构可以提供高可用功能,确保在物理服务器发生故障时,虚拟机能够自动迁移到其他可用的服务器上,这可以减少停机时间,提高系统的整体可用性。
通过定期备份虚拟化应用和异地恢复节点上复制虚拟化应用,可以实现快速的灾难恢复,在发生自然灾害或者其他紧急情况时,可以快速恢复,减少损失。
虚拟化技术使应用程序与底层硬件分离,这就可以在不中断业务的情况下升级或者更换物理硬件,有助于延长硬件的生命周期,降低维护成本。
虚拟化技术提供了隔离性,可以将不同的应用程序和服务部署在不同的虚拟机上,有助于防止安全漏洞和恶意软件的传播,提高系统的安全性。
通过集中管理虚拟机,可以简化系统管理任务,比如部署、更新、监控等,可以减少管理开销,提高管理效率。