云计算与虚拟化

虚拟化将物理机器抽象为灵活、隔离的虚拟资源，而云计算则在此基础上提供弹性、按需的计算服务。

Definition

虚拟化创建计算资源的抽象、隔离实例——可以是整个机器或进程环境——使其与特定硬件解耦；云计算利用虚拟化通过网络向多个租户提供可计量、按需、弹性可扩展的计算和存储。

Scope

本主题涵盖机器虚拟化（管理程序和虚拟机）和操作系统级虚拟化（容器）；NIST 标准化的云服务和部署模型（IaaS、PaaS、SaaS；公共云、私有云、混合云）；弹性、多租户和资源隔离；以及在数据中心调度虚拟化工作负载的集群管理器和编排系统。

Core questions

• 管理程序和容器如何提供隔离和资源共享，它们之间有何不同？
• IaaS、PaaS 和 SaaS 服务模型提供什么，面向哪些用户？
• 虚拟化工作负载如何在数据中心大规模调度和隔离？

Key theories

机器虚拟化

管理程序在多个具有强隔离性的虚拟机之间复用物理硬件；半虚拟化（如 Xen）通过向客户操作系统呈现修改后的硬件接口，实现接近原生的性能。

云服务和部署模型

NIST 框架通过五个基本特征、三种服务模型（基础设施即服务、平台即服务和软件即服务）和四种部署模型定义了云计算，为该领域提供了共享词汇。

集群管理和编排

大规模集群管理器将各种虚拟化和容器化工作负载打包到共享机器上，以提高利用率，同时尊重隔离和优先级，Borg 等系统即是例证。

Clinical relevance

虚拟化和编排是所有公共云和私有云的运营基础；它们决定了数据中心硬件的使用效率、工作负载之间的隔离程度以及服务如何根据需求弹性扩展。

History

硬件虚拟化最初在大型机上得到应用，后于21世纪初由 Xen 和 VMware 在商用服务器上复兴；NIST 定义（2011年）标准化了云术语，容器技术和 Borg 等集群管理器随后推动了向定义现代云操作的细粒度、编排部署的转变。

Debates

虚拟机与容器的比较

虚拟机以更高的开销提供强大的硬件级隔离，而容器共享主机内核，实现轻量级、快速启动，但隔离性较弱；隔离强度和效率之间的权衡推动了部署中的持续选择。

Key figures

• Paul Barham
• John Wilkes
• Michael Armbrust
• Peter Mell

Seminal works

• armbrust2010
• barham2003
• mell2011

Frequently asked questions

虚拟机和容器有什么区别？

虚拟机虚拟化整个计算机，在管理程序上运行自己的客户操作系统，提供强大的隔离。容器在操作系统层面进行虚拟化，共享主机内核，这使得它更轻量、启动更快，但租户之间的隔离性较弱。