虚拟化的分类
虚拟化的分类主要包括服务器虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化、桌面虚拟化等。首先，服务器虚拟化利用虚拟化技术将一台物理服务器分割成多个独立的虚拟服务器。
每个虚拟服务器都有自己的操作系统和应用程序。
这些虚拟服务器可以独立运行，互不影响。
这种虚拟化技术可以提高服务器利用率、减少服务器数量、降低成本、增加系统灵活性和可维护性。
例如，VMware 的 vSphere 是一种广泛使用的服务器虚拟化技术。
其次，存储虚拟化将多个物理存储设备组合成一个或多个逻辑存储池，实现存储资源的统一管理和高效利用。
这种虚拟化技术可以简化存储管理，提高存储资源利用率，降低存储成本，并提供更好的数据保护和恢复能力。
例如，EMC的VPLEX就是典型的存储虚拟化技术。
第三，网络虚拟化利用虚拟技术对物理网络资源进行抽象，形成虚拟网络资源。
这种虚拟化技术可以提高网络的灵活性和可扩展性，实现网络资源的动态分配和高效利用，提高网络的安全性和可靠性。
例如，思科的Nexus1000V就是一种网络虚拟化技术。
最后，桌面虚拟化涉及在数据中心服务器上托管桌面环境及其应用程序，用户通过网络访问这些虚拟桌面。
这种虚拟化技术可以简化桌面管理，提高数据安全性，降低桌面维护成本，为用户提供灵活的桌面访问。
例如，VMware 的 HorizonView 是一种广泛使用的桌面虚拟化技术。
概括起来，虚拟化的分类包括服务器虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化和桌面虚拟化。
这些虚拟化技术都在各自的领域发挥着重要作用，为企业IT架构的转型和更新做出了贡献。
什么是虚拟化技术？虚拟化技术有哪些分类和方法？
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自从虚拟化被提出以来，虚拟化技术已经有很多种分类，方法也有很多种。
我们先来看看虚拟化技术是什么，它有哪些分类以及它采用了哪些方法。
如今，发达国家在设计、制造和加工技术方面已经达到了显着的自动化水平。
他们的产品设计普遍采用CAD、CAM、CAE和计算机仿真，公司管理层也引入了科学化、规范化的管理方法和手段，目前主要寻找制造系统自动化的出路。
为此，人们提出了许多新的制造系统，例如： 如敏捷制造、并行工程、计算机集成制造系统等。
近年来，从虚拟机的大规模部署到成功案例的出现，越来越多的制造企业开始关注虚拟化的启示。
科技带来了IT基础设施的优化和业务创新的推动，希望能与企业结合起来。
想方设法掌握新技术，开发先进制造系统和先进制造模式。
目前虚拟化在制造业计算机化中的应用主要是为了IT集成和节省成本，而在其他方面却很少。
事实上，由于虚拟化技术的特点，其应用价值可以用于远程办公、虚拟制造等制造行业，所有相关领域都可以考虑。
本文主要阐述了虚拟化技术及其在制造业中的应用现状，提出了虚拟化在制造业中的应用框架，并向相关人员介绍了该领域的应用研究进展和发展趋势。
1虚拟化技术
虚拟化是指创建运行程序或软件所需的执行环境。
使用虚拟化技术后，程序或软件不再具有对底层物理计算资源的独占访问权，它运行在完全相同的物理计算资源上，底层影响可能与之前运行的计算机结构完全不同。
虚拟化的主要目的是简化IT基础设施和资源的管理。
虚拟化消费者可以是最终用户、应用程序、操作系统、访问资源或与资源交互相关的其他服务。
因为虚拟化可以减少消费者和资源之间的耦合，消费者不再依赖于资源的具体实现。
因此，可以通过手动、半自动、或者通过对消费者管理影响最小的服务级别协议（SLA）等方式来实现资源管理。
1.1 虚拟化的分类
从虚拟化的目的来看，虚拟化技术主要分为以下几类：
（1）平台虚拟化（PlatformVirtualization），它是针对计算机和操作系统划分的虚拟化服务器虚拟化和桌面虚拟化。
服务器虚拟化是一种虚拟化模型，它通过确定资源优先级并将服务器资源分配给最需要的工作负载，减少为各个工作负载峰值保留的资源，从而简化管理并提高效率。
桌面虚拟化是一种提高人们对计算机的控制能力、降低计算机使用复杂度、为用户提供更加便捷、适用的使用环境的虚拟化模式。
平台虚拟化主要通过CPU虚拟化、内存虚拟化和I/O接口虚拟化来实现。
(2)资源虚拟化（ResourceVirtualization），针对特定计算机资源的虚拟化，如内存虚拟化、网络资源虚拟化等。
内存虚拟化是操作系统跨多个内部和外部内存的有机分布和组合这两者合为一个虚拟内存。
网络资源虚拟化最典型的例子就是网格计算。
网格计算使用虚拟化技术来逻辑地表示网络上的数据。
它动态地提供与程序所需的用户和应用程序相匹配的服务，同时提供简化的基础设施共享和访问。
目前，一些研究人员提出使用软件代理技术来虚拟化计算机网络空间资源，例如Gaia、NetChaser[21]和SpatialAgent。
(3)应用程序虚拟化（ApplicationVirtualization），包括仿真、仿真、解释技术等。
Java虚拟机一般是在应用层进行虚拟化。
基础——应用层虚拟化技术，通过存储用户个性化计算环境的配置信息，可以在每台计算机上重现用户的个性化计算环境。
服务虚拟化是近年来的研究热点。
服务虚拟化允许业务用户快速按需创建对虚拟服务的应用程序请求。
现代软件架构及其配置的复杂性阻碍了软件开发生命周期。
在应用层建立虚拟化模型可以提供最佳的开发、测试和运营环境。
(4) 代表层虚拟化。
应用程序与应用程序虚拟化类似，但不同的是，在表示层虚拟化中，应用程序运行在服务器上，客户端仅显示应用程序的UI和用户操作。
表示层虚拟化软件主要包括Microsoft Windows远程桌面（包括终端服务）、Citrix Metaframe演示服务器和Symantec PcAnywhere。
1.2 虚拟化方法
虚拟化一般指平台虚拟化，通过控制程序隐藏计算机平台的实际物理特征，为用户提供一个抽象、统一、模拟的计算环境。
通常虚拟化可以通过指令级虚拟化和系统级虚拟化来实现。
1.2.1 指令级虚拟化方法
实现指令集级虚拟化，即将特定硬件平台上的二进制代码转换为另一个平台上的二进制代码，以实现不同指令集之间的兼容，也称为作为“二进制翻译”。
这二进制翻译是通过模拟实现的，即 h. 在一个具有一定接口和功能的系统上，实现另一个具有不同接口和功能的系统。
二进制翻译的软件方法可以通过解释执行、静态翻译和动态翻译三种方式来实现。
近年来，二进制翻译系统的最新研究主要集中在运行时编译和自适应优化上，因为动态翻译和执行过程的时间开销主要包括四个部分：磁盘访问开销、内存访问开销、翻译和优化开销以及目标代码的执行开销。
为了提高二进制翻译系统的效率，应该减少后三个方面的开销。
目前典型的二进制翻译系统主要有Daisy/BOA、Crusoe、Aeries、IA-32EL、Dynamo动态优化系统和JIT编译技术等。
1.2.2 系统级虚拟化方法
系统虚拟化是指在一台物理机上虚拟出多个虚拟机。
从系统架构来看，虚拟机监视器（VMM）是整个虚拟机系统的核心。
他负责资源调度、分配和管理，确保多个虚拟机可以运行多个客户操作系统，同时相互隔离。
系统级虚拟化通过CPU虚拟化、内存虚拟化和I/O虚拟化来实现。
(1)CPU虚拟化
CPU虚拟化为每个虚拟机提供一个或多个虚拟CPU，及时共享和复用物理CPU。
一个物理CPU一次只能被一个虚拟CPU使用CPU使用率。
VMM需要为每个虚拟CPU适当分配时间片，并维护所有虚拟CPU的状态。
当虚拟CPU的时间片到期需要切换时，需要保存当前虚拟CPU的状态，并将调度的虚拟CPU的状态加载到物理CPU中。
X86的主要CPU虚拟化方法包括：动态二进制翻译、半虚拟化和预虚拟化技术。
为了弥补处理器虚拟化的缺陷，现有的虚拟机系统采用硬件辅助虚拟化技术。
CPU虚拟化需要解决的问题是：①虚拟CPU的正确运行。
虚拟CPU正确运行的关键是保证虚拟机指令正确执行并且虚拟机不受影响，即指令的执行结果不改变其他虚拟机的结果。
目前主要通过模拟和监控来执行。
②虚拟CPU调度。
虚拟CPU调度是指VMM确定物理CPU上当前运行的是哪个虚拟CPU，以保证虚拟机之间的隔离、虚拟CPU性能和调度公平性。
虚拟机环境的调度要求是充分利用CPU资源、支持CPU精确分配、性能隔离、考虑虚拟机之间的不对称性、考虑虚拟机之间的依赖关系。
常见的CPU调度算法有BVT、SEDF、CB等
(2)内存虚拟化
VMM通常采用块共享的思想来虚拟化计算机的物理内存。
VMM将机器的内存分配给每个虚拟机，并管理机器内存和虚拟机内存之间的映射关系。
这些内存在虚拟机看来是一个连续的物理地址空间，从地址0开始。
内存虚拟化后，内存地址有三种类型的地址：机器地址、伪物理地址和虚拟地址。
在X86的内存寻址机制中，VMM可以以页为单位建立虚拟地址和机器地址的映射关系，并利用页权限设置来实现不同虚拟机之间的内存隔离和保护。
为了提高地址转换的性能，增加了TLB，以实现虚拟地址到物理地址的高效转换，通常采用复合映射的思想，通过MMU半虚拟化和影子页来实现页表虚拟化。
表。
虚拟机无法访问虚拟机监视器数据。
因此，需要一种隔离机制。
这种隔离机制主要是通过改变客户操作系统或者段保护来实现的。
存储虚拟化的优化机制包括按需分页、虚拟内存、内存共享等。
(3) I/O虚拟化
由于I/O设备异构性强，维护难度大内部状态控制，VMM系统对I/O设备虚拟化、软件模拟和直接I/O访问具有全虚拟化和半虚拟化 以及其他设计理念。
近年来，越来越多的学者将I/O虚拟化的研究重点集中在共享网络设备的虚拟化上，并提出将IOVM结构映射到多核服务器平台上。
除了增加吞吐量和固有的并行数据流，再加上串行功能和基于数据包的协议之外，I/O 设备还应该考虑传统的 PCI 兼容的 PCIExpre ss 硬件，并构建适当的总线适配器以补偿单个主机的影响。
不需要特殊的驱动程序。
有研究人员重点研究外部存储虚拟化，提出在SAN中的存储虚拟化系统中运行SCSI目标仿真器，存储目标主机的动态物理信息，利用映射表的方法改变SCSI命令地址。
使用位图技术来管理可用空间等想法。
存储虚拟化系统应提供逻辑卷大小、杂项功能、数据镜像和快照等功能，并兼容集群主机和多种操作系统。
由于带外存储虚拟化可以全面提高存储区域网络的服务质量，并且通过使用顺序操作，带外虚拟化与带内虚拟化相比具有高性能和良好可扩展性的优点， Redo - 协议和协议完整性验证：为磁盘虚拟化元数据设计基于关系模型的组织方法，提供一致且持久的数据 可以形成带外虚拟化系统。
1.3 虚拟化管理
虚拟化管理主要指管理具有多个虚拟机的系统。
多虚拟机系统是指基于多计算系统资源的抽象表示来配置自己的资源。
构建虚拟计算机系统，主要包括虚拟机动态迁移技术和虚拟机管理技术。
(1) 虚拟机之间的迁移
使用虚拟化作为管理现有资源并提高其在网络计算中的利用率的手段。
在物理服务器按需运行时迁移服务。
通过移动代理技术、分布式虚拟机等提高资源利用率和服务可用性，并通过寻找最优服务策略迁移到可重构、分布式虚拟机。
为了将虚拟机上运行的操作系统和应用程序从一个物理节点迁移到另一个运行节点，同时保持来宾操作系统和应用程序不间断，一些研究人员提出了以数据为中心的迁移环境，使用户操作环境成为一个实现远程迁移和无缝重构；
一些研究人员还提出了程序执行环境的按需动态配置机制。
在物理服务器上迁移虚拟机并进行自动化虚拟服务器管理时，必须考虑较高的服务质量要求和资源管理成本。
一些研究人员提出了虚拟机管理程序驱动的方法来支持网络上移动IP虚拟机的实时迁移，另一方面，虚拟机可以实时迁移其分布式计算资源，提高迁移性能，减少网络恢复延迟，并实现虚拟化。
高可靠性 提供容错能力。
一些研究机构通过设计通用的硬件抽象层来实现多个虚拟机的移植，使移动设备在环境中高效执行。
虚拟机的迁移步骤一般包括启动迁移、存储迁移、虚拟机冻结和运行虚拟机恢复。
(2)虚拟机管理
有了多个虚拟机，一个很重要的方面就是减少用户对动态复杂的物理设备的管理和维护，通过软件和工具来管理任务。
目前典型的多虚拟机服务器管理软件是Virtual Infrastructure。
它通过VirtualCenter管理服务器的虚拟机池，通过VMotion完成虚拟机迁移，通过VMFS管理多个虚拟机的文件系统。
其次，Parallax 是 Xen 的多虚拟机管理器。
它通过消除写共享、改进客户端缓存来构建整个系统，同时还使用快照和写时复制机制来实现块级共享并使用副本来确保可用性保证。
Hypervisor直接控制Parallax使用的物理磁盘，Parallax运行物理设备驱动程序，并为虚拟磁盘映像VDI的本地虚拟机提供公共块接口。
2虚拟化在制造计算机化中的应用
2.1虚拟化在制造信息化中的应用框架
当今的制造业正在向精密化、自动化、柔性化、集成化方向发展。
在这种趋势下，诞生了许多先进制造技术和先进制造模式。
这些先进制造技术和先进制造模式需要提供更高水平的计算能力。
因此，在制造计算机化中，需要建立面向虚拟化的资源分配架构，提供面向客户的服务，管理和维护面向服务水平协议（SLA）的资源分配系统。
虚拟化在制造信息技术中主要用于集中IT管理、应用集成、工业控制、虚拟制造等。
最底层是虚拟计算资源池（VirtualCluster），由多台运行虚拟化软件（VMM）的物理服务器（PhysicsMachine）组成 任务要求：虚拟计算资源池的虚拟化管理软件（VMS）提供集中化、 IT环境的操作自动化和资源优化能力，可以快速部署虚拟机的向导和模板。
虚拟计算资源池中的虚拟机封装了各种类型的客户操作系统（GuestOS）以及运行在其上的数据层和服务层应用程序（App），形成由公司共同设计和制造的完整系统的表示层提供。
为用户提供多种形式的数据处理和显示功能。
在图1的上下文中，虚拟计算资源池的动态资源调度引擎（DRS）可以持续监控物理机之间的资源利用率，并根据反映业务需求和不断变化的可用资源优先级的预定规则跨多个虚拟机执行调度机器之间。
在制造业信息化中，集中IT管理、应用集成、工业控制、虚拟制造等各种应用需求以各种服务的形式封装在虚拟机中，如制造任务协同服务、资源管理服务等。
接入服务、WWW服务、工业控制服务、应用系统集成服务、数据管理服务、高性能计算服务、工具集服务等。
同时，支持所有应用需求的数据库也被封装到虚拟机中。
例如，企业模型数据库、制造资源数据库、产品模型数据库、专业知识数据库、用户信息数据库等。
虚拟化的独特优势使得能够保证关键业务在所有虚拟机中持续可靠地运行。
2.2 虚拟化在制造信息化应用框架中的作用
虚拟化在制造信息化中的主要应用包括：
请大神介绍一下虚拟化可以划分为哪些类型，各种类型有什么优缺点以及有什么代表性的产品？
目前虚拟化主要可以分为三种类型：主机虚拟化、裸机虚拟化和操作系统虚拟化。主机虚拟化是通过直接安装并运行应用程序来实现的。
最大的优点是易于实施。
但由于它主要依赖于主机操作系统对设备的支持，因此性能损失较大。
实现此类虚拟化的产品主要有VMwareworkstations和virtualPC。
操作系统虚拟化易于实施、易于管理、快速启动。
但由于多个容器共享一个操作系统，隔离性比较差。
实现此类虚拟化的产品主要有Docker。
裸机虚拟化是指这种虚拟化不依赖于操作系统，可以同时支持多个操作系统和多个应用程序。
因此技术难度要求比较高，开发也比较困难。
大的。
实施此类虚拟化的供应商必须具备一定的技术能力。
国外比较知名的有VMware Vsphere，国内的有云虹CNware等。
另外，由于国家安可战略的实施，进一步重视网络信息的安全。
在服务器虚拟化方面，尽可能选择国产产品比较好。
