云计算与虚拟化：定义、优缺点和主要区别

云计算和虚拟化是一样的吗？

虚拟化和云服务都从抽象资源创建环境，这就是为什么这些术语有时可以互换使用的原因。在我们详细探讨每种方法之前，让我们简要概述它们的主要特征，以了解它们之间的基本区别。主要区别在于虚拟化是一种技术，而云计算是一种环境。

云计算需要虚拟化吗？云计算使用服务器虚拟化作为服务的基础部分，帮助提供商汇集和交付资源。如果您已经拥有虚拟基础架构，则可以对其进行扩展并将其转变为云。为此，您需要汇集虚拟资源、编排它们并为用户创建自助服务门户。

然而，虽然作为云服务的一部分被广泛使用，但虚拟化并不是云存在的必要条件，也不等同于云环境。相反，现代云服务建立在虚拟化之上，以提供自动化和可扩展性。让我们更深入地了解这些方法，探索它们的工作原理，并讨论它们的优缺点。

什么是云计算？

云计算是一种用于按需从云中交付计算机系统资源和服务（如数据存储和计算能力）的方法。云是虚拟资源池。它们由管理和自动化软件编排，允许用户通过自动扩展和动态资源分配支持的自助服务门户访问它们。

所有服务和资源都托管在由云服务提供商 (CSP) 管理的远程数据中心。CSP 提供请求的资源并根据使用情况对其进行计费。组织通常采用云计算作为削减维护和管理自己的 IT 基础架构成本的战略的一部分，因为他们只需为使用的云资源付费。如果所需资源随时间变化，这种灵活性会派上用场。

根据美国国家标准与技术研究院(NIST) 的规定，云计算具有五个基本特征、三种服务模型和四种部署模型。

让我们从特征开始仔细研究其中的每一个：

1. 按需自助服务。客户可以通过自动化系统根据自己的需要提供额外的资源。这样的系统不应该需要与人工管理员交互。
2. 广泛的网络访问。资源应该可以通过网络随时且完全可用，允许用户从广泛的客户端平台访问它们。
3. 资源池。提供的资源汇集在一起​​，并根据消费者需求动态分配。从客户的角度来看，资源应该独立于硬件或物理位置。
4. 快速弹性。资源应该能够根据用户需求适当扩展。从消费者的角度来看，资源应该是无限的，能够随时快速提供更多资源。
5. 衡量服务。应该监控和控制资源的使用，因为用户通常按照他们使用的资源按比例收费。

云计算可以通过多种服务模式提供，每种模式都旨在满足不同的需求。三种最常用的服务模式是：

1. 基础设施即服务 (IaaS)提供计算资源，例如处理能力、内存、存储或数据中心空间。用户需要安装自己的软件才能使用提供的资源。
2. 平台即服务 (PaaS)提供功能齐全的开发环境来创建应用程序。PaaS 解决方案通常包括操作系统、编程环境、服务器和数据库。
3. 软件即服务 (SaaS)提供对应用程序的按需访问。

要充分了解云服务的工作原理，我们应该了解部署它们的四种主要方式：

1. 公共云服务通过公共网络提供，数据中心和基础设施通常由 CSP 维护。虽然提供商可以限制对其资源的访问，但他们无法控制访问其服务的用户集。根据Gartner 的预测，公共云服务市场预计将在 2021 年增长 23.1%，达到 3323 亿美元，高于 2020 年的 2700 亿美元。

2.私有云服务和资源只能在组织内部使用。它们通常由组织运行和维护，并通过安全的内部网络交付以满足内部需求。与其他部署类型相比，私有云服务相当昂贵。反过来，它们为组织提供了对安全性的更大控制，允许组织知道其数据的位置，并避免需要遵守多个司法管辖区的要求。

3. 社区云服务由邻近的几个组织创建，以解决共同的挑战和问题。社区云通常可以获得公共云的成本优势，同时提供更高的隐私、安全性和法规遵从性。

4. 混合云使用至少两种不同的部署方法来创建专门的统一云服务来满足组织的特定需求。混合云还可能意味着每组云服务客户 (CSC) 的云服务基础架构实际上与其他 CSC 的基础架构分离。

从安全角度来看，私有云和混合云是大多数组织的首选，而公有云被证明更具成本效益。一些组织还使用多云方法，或由多个云供应商提供的多个云服务组成的环境，这些云服务可以是公共的，也可以是私有的。

云计算可用于完全或部分替换 IT 基础架构，该服务可根据需要自动扩展以满足公司的所有计算需求，而无需公司维持自己的员工并购买自己的硬件。这使得云计算具有成本效益并提高了业务效率，使公司能够专注于其核心产品。

云计算的好处和挑战

作为 IT 服务的一部分，云计算一直在增长，到 2021 年创造了超过3000 亿美元的收入。企业似乎继续采用云基础设施和服务。

让我们从云计算的六大优势开始探讨云计算的优缺点：

成本效益。云计算服务本身并不便宜，但其现收现付定价模式使组织能够明智地规划其基础设施费用。例如，组织可以在需要时通过点击几下轻松扩展其存储容量，而无需在不需要那么多资源的情况下连续几个月多付钱。

此外，借助云计算，企业无需购买任何物理硬件，也无需在其安装、存储、配置和管理上花钱。

敏捷。借助云计算，组织可以获得更大的灵活性并加快其流程。例如，您可以在几分钟内部署企业应用程序，而无需等待数周的 IT 团队审核和批准您的请求、购买硬件和安装软件。

此外，依靠云供应商处理所有基础架构、存储和托管问题，您的专家可以花更多时间完成业务目标、优化工作流程和改善客户服务。

可扩展性。企业极大地受益于云服务提供的弹性。企业无需购买在流量下降期间仍未使用的多余存储单元和硬件，而是可以根据当前需求扩大和缩小容量。

流动性。云计算允许您的员工在世界任何地方通过智能手机和笔记本电脑访问公司数据和资源。在后 Covid 时代，这种移动性对于安排高效的远程工作特别有帮助。

安全。每个像样的 CSP 都会仔细监控其服务的安全性，努力将数据泄露和其他安全事件的可能性降到最低，以保持良好的声誉。企业可以使用云计算基础设施，而不必担心管理基本的网络安全程序。此外，云服务会备份您的数据，让您在发生问题时轻松恢复。

能见度。基于云的系统确保所有文档都存储在一个地方。由于所有员工都访问相同的信息，您可以记录对文档的任何修订或更新，从而保持数据一致并消除人为错误和数据重复。

虽然采用云计算的优势显而易见，但也存在许多问题和挑战，使供应商和客户的生活变得更加艰难：

• 企业费用高。可负担性是云计算的主要优势之一，但随着用户拉取越来越多的资源，维持低成本变得困难。为大公司保持云计算的成本效益是每个服务提供商目前面临的挑战。
• 隐私问题。当涉及到云计算时，隐私问题是一个突出的问题。云计算受到严格监控，每个用户操作都为提供商所知。提供商经常处理可能被滥用的个人用户信息。
• 不可用风险。如果云服务不可用，用户将被切断重要数据和计算资源。对于公司而言，这可能会导致业务损失。因此，确保高可用性是任何云提供商的首要任务。
• 性能问题。缺乏资源、错误或基础设施缺陷可能会导致性能不佳，从而损害用户体验。
• 可靠性差。例如，由于同步问题导致的低可靠性会严重影响用户体验并导致重要数据丢失。提供商需要确保他们的服务按预期工作。
• 黑客和内部风险。尽管云供应商关注服务安全，但他们仍然无法保证完美保护免受严重黑客攻击。此外，云计算不能保护公司系统和数据免受疏忽用户和恶意内部人员的侵害。

既然我们已经介绍了主要的云计算优缺点，那么让我们开始探索虚拟化的优缺点。

什么是虚拟化技术？

虚拟化是允许您在单个物理计算机或服务器上创建多个模拟环境和虚拟机的技术。Gartner将这项技术定义为“对资源用户隐藏这些资源的物理性质和边界的 IT 资源的抽象”。由于虚拟化，组织可以运行不同的操作系统、存储设备、计算机生成的硬件版本或应用程序，同时共享单个主机的资源。

虚拟化的核心是管理程序——一种可以是计算机软件、固件或硬件的仿真器。管理程序既可以在操作系统内部工作，也可以在干净的硬件上工作。它们用于在单个物理机器上运行多个隔离的虚拟系统，通常具有完全模拟的硬件。例如，这允许在单个物理服务器上放置多个虚拟服务器，从而允许用户提高其基础架构的效率。

虚拟化的三个关键用例：

• 虚拟机是包含功能齐全的操作系统的虚拟环境。从用户的角度来看，虚拟机可能与安装在实际硬件上的软件无法区分。虚拟桌面和服务器就是这方面的突出例子。
• 虚拟资源技术用于将单个物理资源划分为多个虚拟资源，或者相反，将多个物理资源集中到单个虚拟资源中。内存和存储是资源虚拟化的常见目标。
• 虚拟应用程序通过使用软件容器在操作系统级别执行，从而产生不需要安装并可立即运行的独立软件和数据库。

虽然虚拟资源和虚拟应用程序通常用作解决方案的一部分，但虚拟机本身可用于提供可控的工作环境和高效的高级客户端-服务器架构。

虚拟化最初是作为在多个应用程序之间划分计算资源的一种手段而开发的。最终，这项技术发展到完全抽象软件和硬件层，使它们彼此独立。现在软件和物理基础设施的几乎每个方面都可以抽象和虚拟化。

就像在云计算中一样，我们可以根据任务区分六大类型的虚拟化：

1. 桌面虚拟化允许您在同一台计算机上运行多个桌面操作系统，每个操作系统都在自己的虚拟机中。它还允许用户通过任何机器从任何位置虚拟访问他们的桌面。
2. 网络虚拟化将硬件元素和功能抽象为在管理程序上运行的软件。换句话说，网络虚拟化创建了一个网络“视图”，管理员可以使用它从单个控制台管理网络。管理员可以在不触及底层物理组件的情况下修改和控制基础设施元素。
3. 存储虚拟化允许您将网络上的所有存储设备作为单个设备进行访问和管理。这种类型的虚拟化可以更轻松地为虚拟机配置存储，并最大限度地利用网络上的所有可用存储。
4. 数据虚拟化意味着从各种来源收集数据并在一个地方进行管理，而与来源、格式或位置无关。当其他类型的集成不可行、不可取或负担得起时，数据虚拟化可以帮助打破数据孤岛。
5. 应用程序虚拟化帮助用户从服务器远程访问应用程序。它不同于桌面虚拟化，因为只有应用程序在虚拟环境中运行，而最终用户设备上的操作系统在本地运行。
6. 服务器虚拟化掩盖了服务器的使用。物理服务器分为若干个虚拟服务器，每个虚拟服务器可以独立运行自己的操作系统。服务器虚拟化通过在子服务器资源中部署主服务器资源来提高性能并降低运营成本。

虚拟化方法的优点和缺点

除了创建具有成本效益的 IT 基础架构之外，虚拟化还可以在许多方面使组织受益。例如，它可用于软件测试和开发、产品演示和培训。您还可以在灾难恢复中使用虚拟化，因为它允许您在几分钟内部署备份和其他资源。

虚拟化的主要优势：

• 有效利用资源。现代服务器的计算能力很少得到充分利用。虚拟化允许您将多个虚拟服务器放置在单个物理服务器上，从而实现有效的服务器整合和充分利用计算能力。它还可以节省硬件资源并提供灵活且易于管理的解决方案，可以根据需要快速配置，从而实现成本效益和灵活、动态的基础架构。
• 硬件独立。通过完全虚拟化，虚拟软件在用户指定的虚拟硬件上运行，同时与主机的实际物理硬件完全分离。
• 隔离。虚拟机的操作系统与主机的操作系统完全隔离。对虚拟操作系统所做的任何更改都不会反映在主机操作系统上。
• 封装。虚拟机完全封装在一个文件中，如果需要，该文件易于管理、备份或移动。
• 冗余。可以在单独的硬件上部署多个虚拟机副本，以提供冗余并确保高可用性。
• 最少的停机时间。应用程序或系统崩溃可能会导致停机并中断您的工作流程。但是通过虚拟化，管理员可以同时运行多个虚拟机，并在出现问题时在它们之间切换。运行多个物理服务器会更昂贵。
• 最长正常运行时间。虚拟机的部署速度比物理服务器快得多，这使它们成为最大化正常运行时间的绝佳工具。

但是，虚拟化有一些缺点：

• 昂贵的初始投资。从长远来看，虚拟化会带来效率并有助于降低运营成本。但在一开始，它需要大量投资。对于可能无法一次性为所需基础设施分配资金的中小型企业而言，采用虚拟化可能是一项挑战。
• 资源分配。一旦虚拟化对系统进行了分区，一些系统就有可能运行得非常好，而其他系统可能无法为用户提供足够的资源来满足他们的需求。资源分配问题通常发生在向虚拟化的转变中，可以通过与服务提供商一起进行容量规划来解决。
• 服务器蔓延。由于可以在几分钟内创建虚拟服务器，因此您的员工可能倾向于过于频繁地创建新服务器而没有考虑后果。这种服务器蔓延会削弱原本健康的环境。因此，必须了解如何管理虚拟机、谁在做什么以及使用什么系统。
• 备份问题。在虚拟化环境中，没有可以备份数据和系统的实际硬盘驱动器。您必须为数据备份配置其他工具，以简化此过程并允许将备份存储在一个位置以便于跟踪和访问。
• 缺乏自动化和弹性。虚拟机的部署或收回受到硬件功能的限制。您不能简单地添加超出硬件限制的更多资源。无论您的工作量如何，根据始终保持一定最低数量的硬件的必要性，资源支出是有限制的。另一个问题是用户无法根据需要自动配置资源。您必须聘请其他专家来部署、维护和收回虚拟机。
• 需要基础设施。最终，尽管存在一定程度的抽象，虚拟机仍然是组织 IT 基础架构的一部分。它们需要硬件维护和人员，而虚拟机本身也需要与物理机类似的维护水平。

云计算和虚拟化比较

这两种方法都可以帮助企业优化其 IT 基础架构。但是，它们的工作方式不同，应该帮助组织实现不同的目标。

以下是虚拟计算与云计算的简明比较：

云服务是在考虑最终用户的情况下创建的。他们不是成为公司 IT 基础架构的一部分，而是将其替换为自动化的按需服务，该服务不需要使用它的组织进行任何管理或特定知识。

从使用和运行服务的公司的角度来看，这使得云服务成为一种完全不同的体验。这些关键差异也是决定使用自己的解决方案进入市场的开发人员区分这两个概念的原因。

虚拟化和云计算都可以帮助您的组织以方便且经济高效的方式优化其 IT 基础架构。您的选择应取决于您公司的目标、需求、所需的基础设施和预算。您也可以选择同时使用两者。虚拟化在云计算中之所以重要，是因为它带来了自动化和可扩展性。

然而，随着云计算环境和虚拟化技术可以为您的组织带来广泛的好处，一些挑战也随之而来。例如，要正确构建和管理您的 IT 基础架构，您需要找到经验丰富且知识渊博的专家。我们有专门的团队提供云计算和虚拟化开发服务、云平台工程和云基础设施管理服务。我们的专业开发人员随时准备根据您的业务需求帮助您在云和虚拟化领域创建强大的解决方案。