谎言与真相:虚拟化已死?

作者: 陈博

来源: 中国科学报

发布日期: 2023-04-12 20:34:26

本文探讨了关于虚拟化的几个常见误解,包括虚拟化在数据中心全面上云中的角色、虚拟化是否为落后技术、虚拟化是否只适合通用应用、虚拟化是否与硬件无关以及虚拟化是否只能支持小规模数据中心。文章通过详细的技术发展历程和实际应用案例,逐一反驳了这些误解,强调了虚拟化技术在云计算和数据中心中的基础性作用,以及其在不同应用场景中的持续价值和重要性。

谎言与真相:虚拟化已死?

最近网络上有一篇热帖《虚拟化,一个时代的落幕》,大有“苍天已死,黄天当立,岁在甲子,天下大吉”的意思。细细算来,从上世纪60年代,IBM划时代的推出基于大型机的虚拟化,到今天也差不多一个甲子了,是不是真的虚拟化已死,黄天当立?让我们尝试着透过层层迷雾,揭开虚拟化的谎言与真相。

谎言1:数据中心全面上云,虚拟化靠边站。

要搞清楚这个问题,先要回顾一下虚拟化的技术内涵和发展历程。通常,我们说虚拟化,包含三个部分,即计算虚拟化、存储虚拟化和网络虚拟化。其中计算虚拟化发展的历史最长,可以追溯到1959年,牛津大学的计算机教授,克里斯•托弗在国际信息处理大会上发表了一篇名为《大型高速计算机中的时间共享》的学术报告,他在文中首次提出了“虚拟化”的基本概念,这篇文章也常被认为是云技术的鼻祖。

存储虚拟化出现的时间较晚,1987年,加州大学伯克利分校提出的RAID技术,将多块硬盘通过硬件或软件方式结合成虚拟的单块大容量的磁盘来使用,可以认为是存储虚拟化的起源。网络虚拟化则完全是为了应对云计算的快速发展,当集群规模达到一定程度后,传统的网络技术,不够灵活,管理复杂,SDN即应运而生。由此可以看到,自始至终,虚拟化都是云的基础性技术,没有好的虚拟化就没有好的云基础设施。

谎言2:虚拟化是落后技术,将为容器所替代。虚拟化,或者说是计算虚拟化,在x86时代得到了长足的发展。最早出现的是完全虚拟化,即在HostOS的基础上,迭加一个HyperVisor层,以纯软件的VMM模拟完整的底层硬件,包括CPU、内存、时钟、外设等,这样GuestOS及之上的应用,不需要做任何适配就可以在虚拟机上运行。

带来的问题是,所有指令都需要软件转换,VMM的设计会比较复杂,系统整体性能受到影响。为了解决性能问题,出现了半虚拟化,半虚拟化是一种通过修改GuestOS部分访问特权状态的代码,以便直接与VMM交互的技术,部分硬件接口以软件的形式提供给GuestOS。这样做可以提升虚机性能,带来的问题是GuestOS必须进行适配,甚至运行在虚拟机中的应用程序也需要修改,不能直接运行于HostOS之上。

因此,硬件辅助虚拟化技术得到发展,这个技术方向是由芯片厂商大力倡导的,Intel-VT和AMD-V是目前x86平台上可用的两种硬件辅助虚拟化技术,华为的鲲鹏-V是基于ARM技术的硬件辅助虚拟化。硬件辅助虚拟化最大的优势是由CPU来提供虚拟指令,不需要VMM来进行捕获和转换,可以极大提升虚拟化的性能,同时又能具有全虚拟化隔离硬件差异,GuestOS和应用无需适配的优势,是虚拟化目前的主流。

真相1:虚拟化技术是云的基石,虚拟化数据中心和云各有场景,将长期并存。

真相2:容器也是虚拟化技术的一个门类,两者的应用场景不同,没有必要技术焦虑。

谎言3:虚拟化只适合通用应用,无法支持关键应用。这个误读来自于对虚拟化的刻板印象——虚拟化就是需要指令转化,资源消耗大,性能和可靠性存在隐患,不能支持关键应用。

诚然,过去的虚拟化较多的承载一些桌面云、办公OA系统、企业网站等相对通用,对性能和稳定要求相对较低的应用。

但是随着虚拟化技术的发展,如前文所述的硬件辅助虚拟化,解决了从应用到CPU之间的性能损耗;Intel和华为主导的Nof+标准协议,通过SPDK实现跨层直通,进一步解决了应用到外部存储之间的数据访问性能,使得虚拟化能够和高可靠、高性能的外部存储结合起来,提供确定性的SLA,越来越多关键应用如企业的设计平台、证券的交易系统、医院的HIS系统开始部署在虚拟机之上。

真相3:虚拟化改进了性能和可靠性,在支持好通用应用的基础上,逐步走向关键应用。

谎言4:虚拟化是纯软件,和硬件没有关系。前文已经提到过硬件辅助虚拟化,足够说明虚拟化不止是软件,需要关注软件与硬件的协同和互补。我们还应当看到超融合,这是虚拟化的一个十分重要的应用场景,通过虚拟化软件定义超融硬件,以软硬一体的方式来进行一站式部署,逐步成为虚拟化的主流部署方式。

当前,超融合有一个明显的趋势,就是走向专用的超融合硬件。思科(Cisco)的HyperFLex,就定义了四种超融合节点,包括面向单纯计算的UCS系列硬件,和面向存算均衡的混合节点,以及面向高性能场景的全闪存+NVMe的节点,以及面向边缘的的节点。慧与(HPE)的Nimble和易安信(EMC)的VxRail也定义了一系列的超融合专属硬件。

真相4:虚拟化不止软件,还要关注硬件,关注全栈能力,虚拟化是数据中心软件和硬件的粘合剂。

谎言5:虚拟化只能支持小规模数据中心,无法应用于中大型数据中心。的确,对于小规模数据中心,虚拟化极轻极简,是主流选择,但是并不意味着虚拟化不能应用于大型数据中心。从技术架构上看,数据中心虚拟化合包含四个部分,即计算虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化和运维管理平台。

这其中计算虚拟化和存储虚拟化支持的规模取决与厂商的软件能力,目前主流厂商使用分布式架构提供上千节点的支持能力并不鲜见。VMware的vSAN之所以限定在64节点,更多的是一种商业考虑而非技术约束。网络虚拟化即SDN,则更是为大型数据中心所生,一般中小型数据中心反而很难应用SDN的能力。

唯一的瓶颈在于运维管理平台,对于大型数据中心除了普通的设备管理和日常运维,更重要的是服务提供,这部分能力随着运维管理平台发展成为兼顾管理员视角和租户视角的私有云管平台也能得到解决。因此,虚拟化支持中大型数据中心不是一个技术问题。

真相5:虚拟化将长期在中大型数据中心中占有一席之地。

关于虚拟化,有太多误读和误解,但是回归技术本身,我们会发现它仍然是一个快速发展和产生突破的技术方向。

回归业务逻辑,我们会发现虚拟化仍然是广大客户的真实诉求和务实选择。不识庐山真面目,只缘身在此山中。事实是,虚拟化已经无处不在——既是公有云的坚实基础,又是广大企业IT客户的可靠拍档,以至于大家常常忽略它的存在,忽略了它才是数据中心的根技术,忽略了它一直扮演着数据中心软硬件之间粘合剂的角色,忽略了它才是企业数字化转型需要夯实的“第一公里”,需要我们长期的研究、积累和发展。

UUID: f2877347-7e49-4827-91dc-7ba7dacdf677

原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/AI语料库-20240917-V2/AI语料库/中国科学报公众号-pdf2txt/2023/中国科学报_2023-04-12_谎言与真相:虚拟化已死?.txt

是否为广告: 否

处理费用: 0.0073 元