引言

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

    云計算將虛擬化和SaaS結合在一起，為部署定制和商業應用創造了一個靈活的并且可擴展的環境，實現了按需定制和現收現付的訪問模式。SaaS是云計算上的應用表現，云計算是SaaS的后端基礎服務保障，作為一種在21世紀開始興起的創新的軟件應用模式，SaaS是軟件科技發展的最新趨勢。今天的SaaS，大家談論基本上是基于瀏覽器的應用，能夠滿足各種應用的需求，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用服務，而且通過瀏覽器訪問使得SaaS應用的實現過程過于緩慢等缺點，而應用虛擬化正好解決了這些缺點，所以得到了業界很大的重視。

1 云計算及其虛擬化技術

    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)和網格計算(Grid Computillg)的延續和發展，或者說是這些計算機科學概念的商業實現。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，將服務器、網絡、應用程序以及數據庫等各種資源通過互聯網為用戶提供綜合服務的一種理念。云計箅環境具有以下特點：數據安全可靠、客戶端需求低、高靈活度、超大計算能力資源等。

    1．1．2云計算服務層次

    典型的云計算分為三個基本層次：基礎設施層、平臺層、應用層，每一層都可以單獨為用戶提供服務，進而出現了三種不同的云服務類型：基礎設施即服務(IaaS)、平臺即服務(PaaS)和軟件即服務(SaaS)，根據所提供服務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的用戶請求。圖1所示的是云計算的服務層次及相應的服務。

圖1 云計算的服務層次劃分

    1．1．3云計算技術層次

    云計算中所使用的技術主要是基于云計算系統所持有的屬性及系統設計需要來劃分云，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，系統管理和服務接口四個部分，所以云計算的關鍵技術主要包括：虛擬化技術，并行編程模型，海量數據分布存儲技術，海量數據管理技術和云平臺管理技術等。

    1．2虛擬化技術

    1．2．1應擬化技術概述

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

    1．2．2虛擬化技術在云計算環境中的應用

    云計算環境的特征體現在虛擬化、分布式和動態可擴展。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、操作系統和存儲網絡等要素都進行虛擬化，放在云計算平臺中統一管理。虛擬化技術打破了物理結構之間的壁壘，代表著把物理資源轉變為邏輯可管理資源的必然趨勢。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，完全實現資源的自動化分配，而虛擬化技術則是實現這一理想的唯一工具。虛擬化技術的統一底層基礎構架、統一標準化、統一管理手段三個特征，極大推動了云計算平臺的發展，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 應用虛擬化

    2．1應用虛擬化的概念

    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系，saaS是云計算上的應用表現，云計算是SaaS的后端基礎服務保障。SaaS是一種以互聯網為載體。以瀏覽器為交互方式，把服務端的程序軟件傳給遠程用戶來提供軟件服務的應用模式。也就是說如今的saaS，大家談論基本上就談論的是基于瀏覽器的應用，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用服務，而且在此模式下saaS應用的實現過程過于緩慢等，基于以上的缺點，應用虛擬化應運而生，應用虛擬化的出現，解決了信息化的困惑，必將為信息化建設的推進奠定劃時代的意義。

    應用虛擬化用于提供對集中化應用資源的多用戶遠程訪問，從而將應用作為一種服務交付給用戶。其基本原理是：分離應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用時，用戶計算機只需把用戶端人機交互數據傳給服務器端。服務器端會為用戶開設獨立的會話來運行應用程序的計算邏輯，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用程序一樣的體驗感受。虛擬化原理如圖2所示。

圖2 應用虛擬化原理

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

    2.2 應用虛擬化的優勢

    把應用程序從操作系統解放出來，使應用程序不受用戶端計算機環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。應用虛擬化在云計算環境中的應用比基于瀏覽器的應用會更有效、快速地推動SaaS時代的到來，它具有以下幾點優勢：

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

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

    （3）虛擬的應用使用和操作都與原來應用沒有任何差別，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用程序[2]，透過應用虛擬化，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 應用虛擬化的模式研究

    在應用虛擬化的研究過程中，有必要對應用虛擬化的模式問題進行相關研究，也就是研究如何從實體的應用得到抽象的、用戶理解的虛擬化應用，以及什么樣的實體應用可以虛擬化為目標虛擬化應用。我們把實際的、物理執行的應用系統或應用軟件稱為實體應用(EA)，而把用戶調用的虛擬化以后的應用稱為虛擬化應用（VA）。一方面，實體應用到虛擬化應用的過程相當于一個映射，這個過程首先需要一些基礎條件的支持，如虛擬化計算、存儲和虛擬操作系統等，最終實現一個虛擬化應用的運行環境；另一方面，這個虛擬化過程需要若干模型的支持，包括實體應用關系的描述、實體與虛擬化應用映射關系的描述、以及虛擬化范式，以確定哪些實體應用可以虛擬化為特定的虛擬化應用；在該系統支持下，實體應用與虛擬化應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，以滿足實際業務的需求。最終，應用軟件或應用系統經 過虛擬化過程，可以以一種透明的方式提供給用戶使用。

    從實體應用到虛擬化應用的映射關系角度考慮，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給出了主要的應用虛擬化模式。

圖3 主要的應用虛擬化模式

3 應用虛擬化需要重視的問題

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

    首先是可用性問題。應用虛擬化會有集中存儲在一個地方，使用者透過網絡下載，所以在架構設計上，必須考慮網絡的負載，以及使用者的并發量；此外，應用虛擬化由于本身的技術框架的限制，并不是每個應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用設置外，還需要考慮到對于企業的機密軟件是否允許使用者離線使用，避免在公司的網絡環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絡環境下，對于原本就病毒、木馬、黑客滿天飛的互聯網，讓架于云計算環境之上的應用虛擬化的安全問題進一步加深。當然，由于虛擬過的應用程序是在虛擬的執行空間運行，所以在一定程度上可以避免惡意軟件或者病毒的攻擊。

4 結語

    云計算作為互聯網全球統一化的必然趨勢，其統一虛擬的基礎設施平臺，方便透明的上層調用接口，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的整合需求下才形成的拯救互聯網的諾亞方舟。盡管，目前應用虛擬化還處在探索測試的階段，但相信隨著云計箅的發展以及應用虛擬化的日趨成熟，該技術必會給云計算的發展帶來偉大的變革。本文圍繞云計算環境下應用虛擬化的問題研究總結了應用虛擬化的原理、優勢，提出單映射、拆分映射、聚合映射、復雜映射四種主要的應用虛擬化映射模式，為構建虛擬化應用提供了實踐經驗支持。

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本文標題：云計算環境下的應用虛擬化的研究

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