引言

    近年來，云計算無疑是最熱門的技術(shù)話題之一，云計算技術(shù)是IT產(chǎn)業(yè)界的一場偉大的技術(shù)革命，已經(jīng)成為了IT行業(yè)未來發(fā)展的方向。在云計算環(huán)境下，虛擬化理念得到了前所未有的普及，通過虛擬化可以為應(yīng)用提供靈活可變、可擴展的服務(wù)，它將應(yīng)用程序以及數(shù)據(jù)，在不同的層次以不同的面貌加以展現(xiàn)，從而使得不同層次的使用者、開發(fā)人員及維持人員，能夠方便的使用存儲的數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序。隨著智能終端的發(fā)展，隨時隨地方便的應(yīng)用成了企業(yè)或用戶的終極目標，所以加速著應(yīng)用虛擬化技術(shù)的快速發(fā)展。當前應(yīng)用虛擬化以嶄新的架構(gòu)和強大的功能，突破了應(yīng)用的瓶頸問題，滿足了巨大而迫切的市場需求。

    云計算將虛擬化和SaaS結(jié)合在一起，為部署定制和商業(yè)應(yīng)用創(chuàng)造了一個靈活的并且可擴展的環(huán)境，實現(xiàn)了按需定制和現(xiàn)收現(xiàn)付的訪問模式。SaaS是云計算上的應(yīng)用表現(xiàn)，云計算是SaaS的后端基礎(chǔ)服務(wù)保障，作為一種在21世紀開始興起的創(chuàng)新的軟件應(yīng)用模式，SaaS是軟件科技發(fā)展的最新趨勢。今天的SaaS，大家談?wù)摶�本上是基于瀏覽器的應(yīng)用，能夠滿足各種應(yīng)用的需求，而正是由于瀏覽器方式的限制，導致很多saas不能提供更為豐富的應(yīng)用服務(wù)，而且通過瀏覽器訪問使得SaaS應(yīng)用的實現(xiàn)過程過于緩慢等缺點，而應(yīng)用虛擬化正好解決了這些缺點，所以得到了業(yè)界很大的重視。

1 云計算及其虛擬化技術(shù)

    1．1 云計算

    1．1．1云計算的定史和特點

    云計算是分布式處理(Distributed Computing)、并行處理(Parallel Computillg)和網(wǎng)格計算(Grid Computillg)的延續(xù)和發(fā)展，或者說是這些計算機科學概念的商業(yè)實現(xiàn)。它不完全是計算，也不純粹是存儲，而是集計算和存儲于一身，將服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用程序以及數(shù)據(jù)庫等各種資源通過互聯(lián)網(wǎng)為用戶提供綜合服務(wù)的一種理念。云計箅環(huán)境具有以下特點：數(shù)據(jù)安全可靠、客戶端需求低、高靈活度、超大計算能力資源等。

    1．1．2云計算服務(wù)層次

    典型的云計算分為三個基本層次：基礎(chǔ)設(shè)施層、平臺層、應(yīng)用層，每一層都可以單獨為用戶提供服務(wù)，進而出現(xiàn)了三種不同的云服務(wù)類型：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)、平臺即服務(wù)(PaaS)和軟件即服務(wù)(SaaS)，根據(jù)所提供服務(wù)的類型劃分層次的云計算，其層次足可以完全分開的。也就意味著層次中的某一層可以不依賴于其他層單獨完成相應(yīng)的用戶請求。圖1所示的是云計算的服務(wù)層次及相應(yīng)的服務(wù)。

圖1 云計算的服務(wù)層次劃分

    1．1．3云計算技術(shù)層次

    云計算中所使用的技術(shù)主要是基于云計算系統(tǒng)所持有的屬性及系統(tǒng)設(shè)計需要來劃分云，它說明了軟硬件資源在云計算中的具體功能。云計算可分為：物理資源，虛擬化資源，系統(tǒng)管理和服務(wù)接口四個部分，所以云計算的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：虛擬化技術(shù)，并行編程模型，海量數(shù)據(jù)分布存儲技術(shù)，海量數(shù)據(jù)管理技術(shù)和云平臺管理技術(shù)等。

    1．2虛擬化技術(shù)

    1．2．1應(yīng)擬化技術(shù)概述

    云計算中的核心技術(shù)就是虛擬化，可以說虛擬化是云計算區(qū)別于傳統(tǒng)計算模式的重要特點。采用虛擬化可以將應(yīng)用程序的整個執(zhí)行環(huán)境以打包的形式轉(zhuǎn)到云計算平臺中的其他節(jié)點處，實現(xiàn)了程序的執(zhí)行環(huán)境與物理環(huán)境的隔離，使得應(yīng)用程序的環(huán)境改變變得易于實現(xiàn)。正是由于虛擬化技術(shù)的成熟和廣泛應(yīng)用，云計算中的計算、存儲、應(yīng)用和服務(wù)都變成了資源，這些資源可以被動態(tài)擴一展和配置，云計算最終才能在邏輯上以單一整體的形式呈現(xiàn)。隨著虛擬化技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬化概念巳經(jīng)延伸到IT技術(shù)的多個層面，目前的虛擬化技術(shù)主要包括：完全虛擬化、準虛擬化、操作系統(tǒng)層虛擬化、硬件虛擬化、應(yīng)用虛擬化等。

    1．2．2虛擬化技術(shù)在云計算環(huán)境中的應(yīng)用

    云計算環(huán)境的特征體現(xiàn)在虛擬化、分布式和動態(tài)可擴展。虛擬化是它的主要特點，通過虛擬平臺進行管理、擴展、遷移、備份，這些操作都通過虛擬化層次完成。很多軟件和硬件可以把各種IT資源、軟件、硬件、操作系統(tǒng)和存儲網(wǎng)絡(luò)等要素都進行虛擬化，放在云計算平臺中統(tǒng)一管理。虛擬化技術(shù)打破了物理結(jié)構(gòu)之間的壁壘，代表著把物理資源轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嬁晒芾碣Y源的必然趨勢。未來的資源將透明地運行在各種物理平臺上，資源的管理都按邏輯方式進行，完全實現(xiàn)資源的自動化分配，而虛擬化技術(shù)則是實現(xiàn)這一理想的唯一工具。虛擬化技術(shù)的統(tǒng)一底層基礎(chǔ)構(gòu)架、統(tǒng)一標準化、統(tǒng)一管理手段三個特征，極大推動了云計算平臺的發(fā)展，可以說虛擬化是云計算的前提，云計算是虛擬化的最終目的。

2 應(yīng)用虛擬化

    2．1應(yīng)用虛擬化的概念

    SaaS和云計算作為近幾年IT界討論的熱點，它們之間存在著重要的關(guān)系，saaS是云計算上的應(yīng)用表現(xiàn)，云計算是SaaS的后端基礎(chǔ)服務(wù)保障。SaaS是一種以互聯(lián)網(wǎng)為載體。以瀏覽器為交互方式，把服務(wù)端的程序軟件傳給遠程用戶來提供軟件服務(wù)的應(yīng)用模式。也就是說如今的saaS，大家談?wù)摶�本上就談�(wù)摰氖腔�于瀏覽器的應(yīng)用，而正是由于這種方式的限制，導致很多SaaS不能提供更為豐富的應(yīng)用服務(wù)，而且在此模式下saaS應(yīng)用的實現(xiàn)過程過于緩慢等，基于以上的缺點，應(yīng)用虛擬化應(yīng)運而生，應(yīng)用虛擬化的出現(xiàn)，解決了信息化的困惑，必將為信息化建設(shè)的推進奠定劃時代的意義。

    應(yīng)用虛擬化用于提供對集中化應(yīng)用資源的多用戶遠程訪問，從而將應(yīng)用作為一種服務(wù)交付給用戶。其基本原理是：分離應(yīng)用程序的計算邏輯和顯示邏輯，即界面抽象化，而不用在用戶端安裝軟件。當用戶訪問虛擬化后的應(yīng)用時，用戶計算機只需把用戶端人機交互數(shù)據(jù)傳給服務(wù)器端。服務(wù)器端會為用戶開設(shè)獨立的會話來運行應(yīng)用程序的計算邏輯，并把處理后的顯示邏輯傳回用戶端，從而使得用戶獲得如同在本地運行應(yīng)用程序一樣的體驗感受。虛擬化原理如圖2所示。

圖2 應(yīng)用虛擬化原理

    國內(nèi)外有不少科研機構(gòu)已經(jīng)開展了一些云計算環(huán)境下應(yīng)用虛擬化方面的研究，一些IT廠商紛紛推出了各自的應(yīng)用虛擬化產(chǎn)品，如：Vmware TninApp、Cjtrix XenApp和MicmsoftApp-V等，但總體宗旨都是將應(yīng)用程序的應(yīng)用界面和實際應(yīng)用分開，在用戶訪問服務(wù)器發(fā)布的應(yīng)用時，在服務(wù)器上會為用戶開設(shè)獨立的會話，占用獨立的內(nèi)存空間，應(yīng)用程序的計算邏輯指令在這個會話空間中運行，應(yīng)用程序的界面會通過協(xié)議傳送到用戶計算機上，用戶計算機只需要通過網(wǎng)絡(luò)把鍵盤、鼠標及其他外設(shè)的操作傳送到服務(wù)器端，從服務(wù)器端接收變化的應(yīng)用程序界面，并且在用戶端顯示出來就可以獲得在本地運行應(yīng)用一樣的訪問感受，最終實現(xiàn)用戶客戶端使用人員不受終端設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，在任何時間、任何地點、使用任何設(shè)備、采用任何網(wǎng)絡(luò)連接，都能夠高效、安全地訪問服務(wù)器上的各種應(yīng)用軟件。

    2.2 應(yīng)用虛擬化的優(yōu)勢

    把應(yīng)用程序從操作系統(tǒng)解放出來，使應(yīng)用程序不受用戶端計算機環(huán)境變幻等帶來的影響，帶來了極大的機動性、靈活性、IT效率以及安全性和控制力。從用戶角度而言，用戶無需在自己的計算機上安裝完整的應(yīng)用程序，也不受自身有限的計算條件的限制即可獲得極高的用戶體驗。應(yīng)用虛擬化在云計算環(huán)境中的應(yīng)用比基于瀏覽器的應(yīng)用會更有效、快速地推動SaaS時代的到來，它具有以下幾點優(yōu)勢：

    （1）應(yīng)用虛擬化可以實現(xiàn)基于瀏覽器方式無法實現(xiàn)的應(yīng)用，讓SaaS應(yīng)用更豐富。從而提供更多的應(yīng)用給用戶。

    （2）應(yīng)用虛擬化可以以最快的速度實現(xiàn)SaaS，比如：要改寫當前的成熟應(yīng)用，使用瀏覽器編程，會遇到大量的問題，除了內(nèi)在邏輯，還有大量的優(yōu)化，而使用應(yīng)用虛擬化，無須重寫應(yīng)用，就可以直接將現(xiàn)有應(yīng)用轉(zhuǎn)變?yōu)镾aaS模式，這也是為什么運營商對使用應(yīng)用虛擬化技術(shù)實現(xiàn)SaaS非常有興趣的原因之一。

    （3）虛擬的應(yīng)用使用和操作都與原來應(yīng)用沒有任何差別，用戶體驗沒有任何變化，所以更容易成功被接受。

    （4）可以在同一臺計算機上運行不同版本的應(yīng)用程序[2]，透過應(yīng)用虛擬化，使用者可以在相同的機器上運行不同版本的相同軟件。

    （5）應(yīng)用虛擬化對于終端的廣泛支持也會進一步推動其成功，其需要滿足一定條件的設(shè)備即可，包括電視、pc和瘦客戶端等，而并不需要終端必須運行瀏覽器。

    2.3 應(yīng)用虛擬化的模式研究

    在應(yīng)用虛擬化的研究過程中，有必要對應(yīng)用虛擬化的模式問題進行相關(guān)研究，也就是研究如何從實體的應(yīng)用得到抽象的、用戶理解的虛擬化應(yīng)用，以及什么樣的實體應(yīng)用可以虛擬化為目標虛擬化應(yīng)用。我們把實際的、物理執(zhí)行的應(yīng)用系統(tǒng)或應(yīng)用軟件稱為實體應(yīng)用(EA)，而把用戶調(diào)用的虛擬化以后的應(yīng)用稱為虛擬化應(yīng)用（VA）。一方面，實體應(yīng)用到虛擬化應(yīng)用的過程相當于一個映射，這個過程首先需要一些基礎(chǔ)條件的支持，如虛擬化計算、存儲和虛擬操作系統(tǒng)等，最終實現(xiàn)一個虛擬化應(yīng)用的運行環(huán)境；另一方面，這個虛擬化過程需要若干模型的支持，包括實體應(yīng)用關(guān)系的描述、實體與虛擬化應(yīng)用映射關(guān)系的描述、以及虛擬化范式，以確定哪些實體應(yīng)用可以虛擬化為特定的虛擬化應(yīng)用；在該系統(tǒng)支持下，實體應(yīng)用與虛擬化應(yīng)用之間可以存在一對一、一對多、多對一、多對多等多種虛擬化模式，以滿足實際業(yè)務(wù)的需求。最終，應(yīng)用軟件或應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng) 過虛擬化過程，可以以一種透明的方式提供給用戶使用。

    從實體應(yīng)用到虛擬化應(yīng)用的映射關(guān)系角度考慮，主要有四種虛擬化模式，分別是單一映射虛擬化模式(a)、拆分虛擬化模式(b)、組合虛擬化模式(c、d)和復雜虛擬化模式(e)。圖3給出了主要的應(yīng)用虛擬化模式。

圖3 主要的應(yīng)用虛擬化模式

3 應(yīng)用虛擬化需要重視的問題

    任何技術(shù)從萌芽到成型，再到成熟，都需要經(jīng)歷一個過程。應(yīng)用虛擬化技術(shù)在云計算環(huán)境中的應(yīng)用作為一項有著廣泛應(yīng)用前景的新興前沿技術(shù)，處在成型階段的它，也面臨著一些問題。

    首先是可用性問題。應(yīng)用虛擬化會有集中存儲在一個地方，使用者透過網(wǎng)絡(luò)下載，所以在架構(gòu)設(shè)計上，必須考慮網(wǎng)絡(luò)的負載，以及使用者的并發(fā)量；此外，應(yīng)用虛擬化由于本身的技術(shù)框架的限制，并不是每個應(yīng)用程序均可以進行虛擬化，所以必須考慮其虛擬化之后的可用性問題。

    其次是安全問題。使用者對于應(yīng)用虛擬化只有使用的能力，安全性的管理還是由管理員負責，管理員除了管理一些常用的應(yīng)用設(shè)置外，還需要考慮到對于企業(yè)的機密軟件是否允許使用者離線使用，避免在公司的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境外讓有心人士輕易地泄露公司機密。而且在云計算復雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，對于原本就病毒、木馬、黑客滿天飛的互聯(lián)網(wǎng)，讓架于云計算環(huán)境之上的應(yīng)用虛擬化的安全問題進一步加深。當然，由于虛擬過的應(yīng)用程序是在虛擬的執(zhí)行空間運行，所以在一定程度上可以避免惡意軟件或者病毒的攻擊。

4 結(jié)語

    云計算作為互聯(lián)網(wǎng)全球統(tǒng)一化的必然趨勢，其統(tǒng)一虛擬的基礎(chǔ)設(shè)施平臺，方便透明的上層調(diào)用接口，計算信息的資源共享等特點完全是在充分考慮了各行各業(yè)的整合需求下才形成的拯救互聯(lián)網(wǎng)的諾亞方舟。盡管，目前應(yīng)用虛擬化還處在探索測試的階段，但相信隨著云計箅的發(fā)展以及應(yīng)用虛擬化的日趨成熟，該技術(shù)必會給云計算的發(fā)展帶來偉大的變革。本文圍繞云計算環(huán)境下應(yīng)用虛擬化的問題研究總結(jié)了應(yīng)用虛擬化的原理、優(yōu)勢，提出單映射、拆分映射、聚合映射、復雜映射四種主要的應(yīng)用虛擬化映射模式，為構(gòu)建虛擬化應(yīng)用提供了實踐經(jīng)驗支持。

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本文標題：云計算環(huán)境下的應(yīng)用虛擬化的研究

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