引導(dǎo)語(yǔ)

虛擬化技術(shù)提升了IT敏捷性、靈活性和可擴(kuò)展性，是云計(jì)算中最關(guān)鍵也最核心的原動(dòng)力

云計(jì)算市場(chǎng)概況01

2020年，疫情推動(dòng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化進(jìn)程加速，且國(guó)家政策強(qiáng)調(diào)要加快5G網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)度，而"數(shù)字基建"則成為其中最關(guān)鍵的一環(huán)。根據(jù)IDC最新發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，中國(guó)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生量約占全球數(shù)據(jù)產(chǎn)生量的23%。

2021年國(guó)內(nèi)IT支出超過(guò)3萬(wàn)億美元，其中IT服務(wù)和企業(yè)級(jí)軟件增速最快，整體達(dá)到全球增速的兩倍。根據(jù)國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心，預(yù)計(jì)至2023年，政府和大型企業(yè)上云率將超過(guò)60%。在中國(guó)，2019年云計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模約為1,334億元，增速38.61%，領(lǐng)先于全球平均增速。預(yù)計(jì)到2023年，中國(guó)云計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模可達(dá)4,000億人民幣。數(shù)據(jù)量的崛起、豐富的應(yīng)用場(chǎng)景是催生國(guó)內(nèi)企業(yè)上云的必要條件。

云計(jì)算02

在傳統(tǒng)的IT架構(gòu)中，操作系統(tǒng)扮演著管理計(jì)算機(jī)硬件與軟件資源的重要角色；而隨著IT架構(gòu)進(jìn)入云計(jì)算時(shí)代，其所需要的也是對(duì)應(yīng)的“云操作系統(tǒng)”。以虛擬化及容器為代表的云基礎(chǔ)軟件負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)中心存算資源進(jìn)行高效的調(diào)配管理，并合理分配給上層應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)"軟件定義數(shù)據(jù)中心"，成為云計(jì)算時(shí)代重要的基礎(chǔ)設(shè)施。云計(jì)算主要由5大關(guān)鍵技術(shù)支撐分別是編程模型技術(shù)、數(shù)據(jù)管理技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、虛擬化技術(shù)和云計(jì)算管理平臺(tái)技術(shù)。

虛擬化與其技術(shù)路徑梳理03

虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)配置和擴(kuò)展計(jì)算和存儲(chǔ)的云計(jì)算資源，而邏輯上以單一整體的服務(wù)形式呈現(xiàn)給用戶，成為了唔記算中最關(guān)鍵、最核心的技術(shù)原動(dòng)力。而其核心優(yōu)勢(shì)在于提升 IT 資源使用效率，降低成本。通過(guò)虛擬化技術(shù)將現(xiàn)有服務(wù)器轉(zhuǎn)化成一個(gè)擁有巨大計(jì)算及存儲(chǔ)資源池，應(yīng)用系統(tǒng)可以自由調(diào)用這個(gè)“池”中的所有資源，IT 評(píng)測(cè)數(shù) 據(jù)顯示使用虛擬化技術(shù)可以使服務(wù)器資源的利用率從 5%~10%提高到 60%~80%，實(shí)現(xiàn)成本的節(jié)約和提高資源的利用。

全虛擬化、半虛擬化是兩種典型技術(shù)路線。虛擬化是使得多個(gè)客戶操作系統(tǒng)（Guest OS）共享原始底層硬件資源的過(guò)程，其核心是如何解決Guest OS發(fā)出的特權(quán)指令執(zhí)行和對(duì)宿主機(jī)硬件資源的調(diào)用問(wèn)題。從X86服務(wù)器的架構(gòu)來(lái)看，其CPU細(xì)分了Ring 0-3四種執(zhí)行狀態(tài)，其中Ring 0是操作系統(tǒng)內(nèi)核的執(zhí)行狀態(tài)——內(nèi)核態(tài)（Kernel Mode），Ring 3為用戶態(tài)（User Mode），而不同虛擬化技術(shù)之間的核心區(qū)別就是Guest OS運(yùn)行在宿主機(jī)CPU的何種執(zhí)行狀態(tài)之上。

全虛擬化 vs. 半虛擬化：兩者之間的核心區(qū)別在于是否要對(duì)Guest OS的內(nèi)核進(jìn)行修改。全虛擬化無(wú)需對(duì)Guest OS的內(nèi)核進(jìn)行特殊配置，部署靈活便利且具有較好的兼容性好，但缺點(diǎn)在于Guest OS無(wú)法直接管理底層硬件，通過(guò)hypervisor管理底層硬件需要有轉(zhuǎn)換開銷，性能落后于半虛擬化。半虛擬化過(guò)事先經(jīng)過(guò)修改的客戶機(jī)操作系統(tǒng)內(nèi)核共享宿主底層硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，優(yōu)點(diǎn)在于性能但同時(shí)也損失了部署的靈活性和兼容性（無(wú)法支持Windows等閉源操作系統(tǒng)）。

硬件輔助的虛擬化：通過(guò)硬件技術(shù)的輔助使得虛機(jī)性能接近物理機(jī)。在硬件輔助的虛擬化中，CPU本身就為Hypervisor提供了便利，可以識(shí)別指令，從而避免異常，可以簡(jiǎn)化指令的處理過(guò)程而提升性能。硬件輔助虛擬化擬化技術(shù)常用于優(yōu)化全虛擬化和半虛擬化產(chǎn)品，目前主要的硬件輔助虛擬化技術(shù)有Intel的VT-x和AMD的AMD-V兩種，同時(shí)市面上的主流全虛擬化和半虛擬化產(chǎn)品基本都支持硬件輔助虛擬化，包括KVM，VMware vSphere、Xen、Oracle VirtualBox等。

根據(jù)Statista數(shù)據(jù)，全球虛擬化市場(chǎng)規(guī)模將從2018年的57億美元增長(zhǎng)至2025年的90億美元，2018-2025年CAGR為7%。

云發(fā)展及超融合推動(dòng)虛擬化市場(chǎng)發(fā)展04

云服務(wù)

目前云計(jì)算主要分為三種部署形式，分別為公有云、私有云及混合云，而三種部署形態(tài)各有優(yōu)劣。

企業(yè)在使用公有云的服務(wù)上十分簡(jiǎn)便，只需購(gòu)買 IaaS 服務(wù)但因其可控性較低，所以國(guó)內(nèi)企業(yè)依舊偏好私有云及混合云，然而使用私有云及混合云則需要采購(gòu)相應(yīng)的軟硬件 產(chǎn)品及集成服務(wù)，且虛擬化及云管理軟件在私有云建設(shè)中不可或缺。

2020年中國(guó)私有云市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)超過(guò)700億元，政府、金融是兩大重點(diǎn)下游行業(yè)。由于政府、金融等領(lǐng)域客戶對(duì)于數(shù)據(jù)安全及存算資源自主的考量，私有云仍是政府、金融上云的首要選擇。

混合云是私有云和公有云的結(jié)合，兩者間有一個(gè)或多個(gè)連接點(diǎn)。其目標(biāo)是創(chuàng)建一個(gè)管理。良好的混合云 管理環(huán)境，結(jié)合來(lái)自各種云計(jì)算模式的服務(wù)和數(shù)據(jù)，建立一個(gè)統(tǒng)一、自動(dòng)化和管理良好的計(jì)算環(huán)境?；旌?云的需求主要源自私有云及公有云本身存在的不足。與前兩者相比，混合云兼顧安全及可控、可擴(kuò)展、更 節(jié)省。隨著用戶對(duì)云計(jì)算技術(shù)要求的提高，擁有數(shù)據(jù)安全性強(qiáng)又具有高速計(jì)算能力和額外的硬件支持的混合云成為用戶的最佳選擇。

Market Research Future 預(yù)計(jì)未來(lái)我國(guó)混合云有望進(jìn)入快速增長(zhǎng)期，2017 年全球混合云市場(chǎng)規(guī)模約 400 億美元，預(yù)計(jì) 2023 年將達(dá)到 1400 億美元，復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 24%?；旌显茢?shù)倍于私有云市場(chǎng)規(guī)模，進(jìn)一 步提振虛擬化需求。

超融合

目前主流的超融合系統(tǒng)均基于 Hypervisor 服務(wù)器虛擬化技術(shù)。此技術(shù)能將安裝于虛擬機(jī)中的應(yīng)用方便在不同物理節(jié)點(diǎn)之間遷移，同時(shí)也能享受虛擬化平臺(tái)提供的保障可用性的措施， 在可用性方面甚至比物理機(jī)環(huán)境更為便利。超融合的蓬勃發(fā)展有望進(jìn)一步降低搭建私有云/混合云的難度， 加速私有云/混合云滲透率提升。與傳統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)相比，使用超融合架構(gòu)既能提升效率，節(jié)省空間，又能減少成本。根據(jù) VMware 公布，傳統(tǒng)存儲(chǔ)列陣系統(tǒng)成本為 134942美元，而使用超融合架構(gòu)成本僅為 68386美元，降低了約 60%。目前，全球超融合市場(chǎng)規(guī)模 27 億美元，IDC 預(yù)測(cè)，到 2022 年，全球超融合市場(chǎng)規(guī)模將達(dá) 56 億美元。而中國(guó)超融合市場(chǎng)尚在起步階段，其市場(chǎng)規(guī)模較少，但增長(zhǎng)速度十分迅猛。

目前華為、新華三、深信服是超融合市場(chǎng)前三強(qiáng)。超融合是基于虛擬化或者容器技術(shù)的存儲(chǔ)與計(jì)算的一體化方案，幫助用戶在本地簡(jiǎn)單快捷地部署云式基礎(chǔ)架構(gòu)，可用于建立私有云并可延展至公有云，實(shí)現(xiàn)混合云架構(gòu)。2020年中國(guó)超融合市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)突破100億元，華為、新華三、深信服三家公司位于市占率前三，創(chuàng)業(yè)公司SmartX近年來(lái)快速發(fā)展，目前已占據(jù)近4%的市場(chǎng)份額。

綜上可知，隨著云計(jì)算市場(chǎng)教育的逐步完成，國(guó)內(nèi)私有云/混合云建設(shè)進(jìn)入加速期，超融合顯著降低私 有云/混合云建設(shè)難度有望推動(dòng)私有云/混合云滲透率提升，虛擬化市場(chǎng)有望迎來(lái)快速增長(zhǎng)期。

云基礎(chǔ)軟件05

服務(wù)器虛擬化

服務(wù)器虛擬化是將虛擬化技術(shù)應(yīng)用在服務(wù)器上，物理資源抽象成邏輯資源，讓CPU、內(nèi)存、磁盤、I/O等硬件變成可以動(dòng)態(tài)管理的“資源池”，使一臺(tái)服務(wù)器變成幾臺(tái)甚至上百臺(tái)相互隔離的虛擬服務(wù)器。服務(wù)器虛擬化技術(shù)作為云計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)層面（IaaS）的核心技術(shù)，打破了計(jì)算機(jī)內(nèi)部實(shí)體結(jié)構(gòu)間不可切割的障礙，使用戶能夠以比原本更好的配置方式來(lái)應(yīng)用計(jì)算機(jī)硬件資源，為實(shí)現(xiàn)云數(shù)據(jù)中心奠定了基礎(chǔ)。2020年服務(wù)器虛擬化市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到44.8億元，增長(zhǎng)率為19.6%，到2024年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到90.4億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)19.3%。

桌面云

桌面云是一種基于虛擬化技術(shù)的終端操作系統(tǒng)交付與管理方案，為用戶提供安全數(shù)據(jù)保護(hù)、高效桌面管理及靈活用戶訪問(wèn)服務(wù)。目前行業(yè)中的主流桌面云方案是以VDI(虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu))、IDV(智能桌面虛擬化)架構(gòu)為主，教育、醫(yī)療、金融、能源、政府等行業(yè)需求旺盛，這部分客戶主要還是以私有化部署方式為主，會(huì)自主采購(gòu)VDI硬件（瘦客戶機(jī)）以及軟件設(shè)施。2019年中國(guó)桌面云軟件市場(chǎng)已超過(guò)30億元，其中華為、深信服等公司占據(jù)行業(yè)龍頭地位。

存儲(chǔ)虛擬化

存儲(chǔ)虛擬化作用在一個(gè)或者多個(gè)實(shí)體上，這些實(shí)體則是用來(lái)提供存儲(chǔ)資源或服務(wù)，將異構(gòu)的存儲(chǔ)資源通過(guò)一定的手段統(tǒng)一管理，組成一個(gè)巨大的“存儲(chǔ)池”，將資源的邏輯映像與物理存儲(chǔ)分開，從而為系統(tǒng)提供一張簡(jiǎn)化、無(wú)縫的存儲(chǔ)資源虛擬視圖。市場(chǎng)頗受關(guān)注的軟件定義存儲(chǔ)又叫Server SAN、分布式存儲(chǔ)均屬于存儲(chǔ)虛擬化范疇。軟件定義存儲(chǔ)（SDS）是一種能將存儲(chǔ)軟件與硬件分隔開的存儲(chǔ)架構(gòu)，SDS一般都在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)或x86系統(tǒng)上執(zhí)行，從而消除了軟件對(duì)于專有硬件的依賴性，根據(jù)需求擴(kuò)展的存儲(chǔ)能力和升級(jí)、降級(jí)硬件，大幅提高靈活性。

跨云管理平臺(tái)

跨云管理平臺(tái)是數(shù)據(jù)中心資源的統(tǒng)一管理平臺(tái)，管理多個(gè)開源或者異構(gòu)的云計(jì)算資源及產(chǎn)品，比如同時(shí)管理華為云、阿里云、AWS等公有云/私有云資源，管理OpenStack、VMware、Docker等云基礎(chǔ)軟件，同時(shí)由于云管平臺(tái)往往需要對(duì)接管理多個(gè)廠商的產(chǎn)品，因此第三方中立性對(duì)于云管平臺(tái)而言尤為重要。

由于目前國(guó)內(nèi)政企仍在大量采用混合云架構(gòu)、多云部署，近年來(lái)國(guó)內(nèi)第三方云管平臺(tái)市場(chǎng)維持高速增長(zhǎng)，2019年國(guó)內(nèi)第三方云管平臺(tái)市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)達(dá)到27.3億元，且行業(yè)整體增速高達(dá)40%。神州數(shù)碼（云角）、IBM、中軟國(guó)際等公司在國(guó)內(nèi)的云管平臺(tái)市場(chǎng)居于領(lǐng)先位置。

審核編輯 ：李倩