云計算中虛擬化的 4 大優勢
1. 成本效益
從本質上講，虛擬化最大限度地減少了硬件蔓延。團隊可以將多個虛擬機整合到單個物理主機上，而不是為每個工作負載部署單獨的服務器。這大大減少了前期硬件投資和持續維護。
結果如何？更低的功耗、更低的冷卻要求和更小的數據中心占用空間，所有這些都會隨著時間的推移轉化為可觀的成本節省。
2. 可擴展性和靈活性
在虛擬化環境中擴展不僅更容易，而且是內置的。與通常需要手動配置的傳統基礎設施不同，虛擬機和容器可以在幾分鐘內以編程方式克隆或調整大小。
需要部署 10 個新實例來處理流量尖峰？這是虛擬化云中的一個簡單自動化腳本。想要在使用率下降時縮小規模？資源可以同樣快速地釋放。這種動態資源控制允許云原生應用程序按需擴展，而不受硬件限制的限制。
3. 災難恢復和備份
虛擬化通過抽象簡化了備份和恢復策略。由于虛擬機在一天結束時是文件，因此可以以最低的復雜性對它們進行快照、復制和還原。
在實踐中，這意味著組織可以：
- 拍攝正在運行的系統的時間點快照
- 跨數據中心克隆 VM 以實現地理冗余
- 使用編排工具自動進行故障轉移和恢復
4. 提高資源利用率
傳統 IT 通常會導致基礎設施未得到充分利用，例如以 20% 到 30% 的容量運行的服務器。虛擬化通過允許精確的資源分配來翻轉該模型。內存、CPU 和存儲可以根據實際需求進行預置，而不是根據最壞情況的估計進行預置。
例如，運行五個輕負載 VM 的單個主機可能會達到 70-80% 的利用率，而不會犧牲性能。這種優化使組織能夠從每臺服務器中獲取最大價值，從而減少浪費和運營開銷。
挑戰和注意事項
與任何強大的技術一樣，虛擬化也有其自身的一系列注意事項。要有效地實施它，需要注意系統架構、安全策略和許可的細微差別。
性能開銷
盡管虛擬機管理程序的效率越來越高，但虛擬化仍然引入了一個抽象層，這可能會影響性能，尤其是對于 I/O 密集型或實時工作負載。
讓我們來分析一下：
- 當多個 VM 爭奪物理內核時，會出現 CPU 開銷。
- 如果存儲和網絡未配置為處理并發需求，則會出現 I/O 瓶頸。
- 由于客戶機系統和主機系統之間有額外的軟件層，延遲 （延遲信息） 略有增加。
在高性能環境中，必須通過資源固定、優化驅動程序，甚至完全繞過關鍵工作負載的虛擬化來緩解這些問題。
安全風險
虛擬化的多租戶特性意味著隔離至關重要。配置失誤或 Hypervisor 中的漏洞可能會允許惡意活動在 VM 之間傳播，或者更糟糕的是，會破壞主機系統本身。
一些主要風險包括：
- VM 逃避攻擊，即遭到入侵的 VM 會中斷隔離。
- 配置錯誤的虛擬交換機或共享存儲暴露了敏感數據。
- 虛擬機管理程序或來賓作系統的不一致修補會創建攻擊面。
許可和合規性
在審計期間，這個領域經常讓團隊感到驚訝。許多軟件供應商根據物理內核、套接字甚至虛擬實例的數量來構建許可證，而這些規則并不總是與動態云工作負載保持一致。
如果出現以下情況，虛擬化設置很容易不合規：
- VM 蔓延會導致許可應用程序的部署無法跟蹤。
- 軟件在多個主機之間復制以進行故障轉移。
- 工作負載在具有特定駐留要求的區域或數據中心之間移動。
使用案例和示例
云服務提供商
AWS、Microsoft Azure 和 Google Cloud Platform （GCP） 等領先的云平臺都建立在強大的虛擬化框架之上。
- AWS：最初基于 Xen 管理程序，AWS 過渡到其自定義 Nitro 系統（輕量級管理程序和專用硬件的組合），以優化安全性、性能和成本。Nitro 使 EC2 實例能夠更接近裸機運行速度，同時保持租戶隔離。
- Azure：Microsoft 利用其企業級虛擬機管理程序 Hyper-V 來運行虛擬機和容器。Azure 的結構控制器管理數千個 VM，確保跨數據中心的可用性和擴展。
- GCP：Google 使用 KVM（基于內核的虛擬機），這是一種集成到其 Compute Engine 服務中的原生 Linux 虛擬機管理程序。GCP 還支持嵌套虛擬化，這對于在 VM 中運行自己的虛擬機管理程序的客戶來說非常有價值。
這些平臺展示了虛擬化如何在不犧牲性能或安全性的情況下支持大規模多租戶架構。
企業 IT 環境
虛擬化通常用于企業環境中，以整合工作負載、延長硬件生命周期和簡化系統管理。
考慮一家中型公司，它曾經維護 30 臺物理服務器，每臺服務器專用于單個工作負載。通過采用服務器虛擬化，它將這一數量減少到 5 臺運行數十個 VM 的高容量主機。這不僅降低了硬件成本和能耗，而且還大大降低了系統維護和升級的破壞性。
企業還使用虛擬化來實施私有云，使部門能夠按需配置資源，而無需訪問公有云。這在具有嚴格數據管理要求的行業中尤其有價值。
為了了解虛擬化在更廣泛的云模型中的位置，私有云與公有云的比較提供了關鍵見解。
開發和測試
很少有領域像軟件開發和 QA 那樣直接從虛擬化中受益。
原因如下：開發人員需要一致、隔離的環境來構建、測試和部署應用程序。虛擬機和容器允許團隊在本地或暫存環境中復制生產環境，而不會影響實時系統。
典型的工作流可能包括：
- 啟動虛擬機以測試新的作系統級功能。
- 使用容器（例如 Docker）為微服務構建可重現的環境。
- 在隔離的 CI/CD 管道中運行自動化測試，然后在執行后拆除這些環境。
這種方法可以提高測試可靠性，加快開發周期，并降低由于環境不匹配而導致部署錯誤的風險。
結論
虛擬化不僅僅是一種工具，還是使現代云計算成為可能的基礎設施層。將硬件抽象為可擴展、靈活且可移植的單元，使組織能夠優化資源使用、更快地部署應用程序并確保系統彈性。
從超大規模云平臺到企業 IT 部門和敏捷開發團隊，虛擬化支持創新，同時保持基礎架構的效率和成本效益。隨著云采用率的增長和工作負載的日益復雜，虛擬化將繼續成為數字化轉型的關鍵支柱。
