软考基础知识之虚拟化、云计算与物联网

随着信息技术的迅猛发展，虚拟化、云计算以及物联网（IoT）已经成为推动现代科技革命的关键力量。虚拟化技术使得资源利用更加高效，云计算提供了弹性、便捷的服务模式，而物联网则实现了物理世界与数字世界的深度融合。本文将探讨这些前沿技术的基本概念、应用场景以及它们如何共同塑造未来的信息技术生态系统。你的支持是我继续分享知识的动力。如果有任何疑问或需要进一步的帮助，欢迎随时留言。也可以加入微信公众号[Dot

小码编匠

1383人浏览 · 2024-09-11 23:37:27

小码编匠 · 2024-09-11 23:37:27 发布

前言

随着信息技术的迅猛发展，虚拟化、云计算以及物联网（IoT）已经成为推动现代科技革命的关键力量。虚拟化技术使得资源利用更加高效，云计算提供了弹性、便捷的服务模式，而物联网则实现了物理世界与数字世界的深度融合。

本文将探讨这些前沿技术的基本概念、应用场景以及它们如何共同塑造未来的信息技术生态系统。

虚拟化、云计算与物联网

虚拟化、云计算与物联网是一组新技术，这些技术目前都是业内的热点。对于这些技术需要读者了解其基本概念及相关的结构与应用。

虚拟化

虚拟化（Virtualization）技术最早出现在 20 世纪 60 年代的 IBM 大型机系统，在 20世纪 70 年代的 System 370 系列中逐渐流行起来，这些机器通过一种叫虚拟机监控器（Virtual Machine Monitor， VMM）的程序在物理硬件之上生成许多可以运行独立操作系统软件的虚拟机（Virtual Machine）实例。随着近年多核系统、集群、网格甚至云计算的广泛部署，虚拟化技术在商业应用上的优势日益体现，不仅降低了 IT 成本，而且还增强了系统安全性和可靠性，虚拟化的概念也逐渐深入到人们日常的工作与生活中。虚拟化是一个广义的术语，对于不同的人来说可能意味着不同的东西，这要取决他们所处的环境。

在计算机科学领域中，虚拟化代表着对计算资源的抽象，而不仅仅局限于虚拟机的概念。例如对物理内存的抽象，产生了虚拟内存技术，使得应用程序认为其自身拥有连续可用的地址空间（Address Space），而实际上，应用程序的代码和数据可能被分隔成多个碎片页或段，甚至被交换到磁盘、闪存等外部存储器上，即使物理内存不足，应用程序也能顺利执行。

虚拟化技术的分类

虚拟化技术是一个非常广的概念，所以其具体内容可分成不同层面的几大类型。

1、平台虚拟化

平台虚拟化（ Platform Virtualization）是针对计算机和操作系统的虚拟化。我们通常所说的虚拟化主要是指平台虚拟化技术，通过使用控制程序（Control Program，也称为 Virtual Machine Monitor 或 Hypervisor），隐藏特定计算平台的实际物理特性，为用户提供抽象的、统一的、模拟的计算环境。虚拟机中运行的操作系统称为客户机操作系统（Guest OS），运行虚拟机监控器的操作系统称为主机操作系统（Host OS），当然某些虚拟机监控器可以脱离操作系统直接运行在硬件之上（如 VMWARE 的 ESX 产品）。运行虚拟机的真实系统称为主机系统。

2、资源虚拟化

资源虚拟化（Resource Virtualization），针对特定的系统资源的虚拟化，比如内存、存储、网络资源等。

3、应用程序虚拟化

应用程序虚拟化（Application Virtualization），包括仿真、模拟、解释技术等。

虽然上面对虚拟化的分类已较为精确，但这种分类并不是绝对的，一个优秀的虚拟化软件往往融合了多项技术。例如 VMware Workstation 是一个著名的全虚拟化的 VMM，但是它使用了一种被称为动态二进制翻译的技术把对特权状态的访问转换成对影子状态的操作，从而避免了低效的 Trap-And-Emulate 的处理方式，这与超虚拟化相似，只不过超虚拟化是静态地修改程序代码。对于超虚拟化而言，如果能利用硬件特性，那么虚拟机的管理将会大大简化，同时还能保持较高的性能。

虚拟化模式

虚拟化可以通过很多方法来证实。它不是一个单独的实体，而是一组模式和技术的集合，这些技术提供了支持资源的逻辑表示所需的功能，以及通过标准接口将其呈现给这些资源的消费者所需的功能。这些模式本身都是前面介绍过的各种不同虚拟形式的重复出现。

下面是在实现虚拟化时常常使用的一些模式和技术。

云计算

云计算是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按

需提供给计算机和其他设备。云其实是网络、互联网的一种比喻说法。

云计算的核心思想，是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户按需服务。提供资源的网络称为云。

狭义云计算指 IT 基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需资源；广义云计算指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需服务。这种服务可以是 IT 和软件、互联网相关，也可是其他服务。

通俗一点来说，提供资源的网络称为云。

云中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获取，按需使用，随时扩展，按使用付费。这种特性经常被称为像水电一样使用 IT 基础设施。这就好比是从古老的单台发电机模式转向了电厂集中供电的模式。

它意味着计算能力也可以作为一种商品进行流通，就像煤气、水电一样，取用方便，费用低廉。最大的不同在于，它是通过互联网进行传输的。

物联网

顾名思义，物联网（ The Internet of Things， IoT）是实现物物相连的互联网络。

其内涵包含两个方面：

第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上延伸和扩展的网络；

第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，使其进行信息交换和通信。

物联网是将无处不在的末端设备和设施，包括具备“ 内在智能” 的传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等和“ 外在使能” 的，如贴上 RFID 的各种资产、携带无线终端的个人与车辆等“ 智能化物件或动物” 或“ 智能尘埃”，通过各种无线、有线的长距离/短距离通信网络实现互联互通、应用大集成，以及基于云计算的 SaaS营运等模式。提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持等管理和服务功能。实现对“ 万物” 的“ 高效、节能、安全、环保” 的“ 管、控、营” 一体化。