操作系統(tǒng)是為整個數(shù)據(jù)中心提供分布式調(diào)度與協(xié)調(diào)功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心級彈性伸縮能力的軟件堆棧，它將所有數(shù)據(jù)中心資源當作一臺服務(wù)器來調(diào)度。數(shù)據(jù)中心操作系統(tǒng)大概經(jīng)歷了三個階段，本文就來介紹下操作系統(tǒng)的演變之路。

裸機時代

裸機時代的操作系統(tǒng)獨立于每個物理服務(wù)器設(shè)備上，每臺服務(wù)器上運行一個應(yīng)用程序，這時單臺服務(wù)器的性能限制了應(yīng)用程序的部署規(guī)模，而且不同應(yīng)用程序占用的資源不同，這樣在數(shù)據(jù)中心里有的服務(wù)器很忙，而有的服務(wù)器卻很閑，服務(wù)器部署的平均利用率僅能達到總?cè)萘康?0%~15%，造成了資源的極大浪費。裸機時代的操作系統(tǒng)，管理成本高昂，因為服務(wù)器數(shù)量太多難以管理，新服務(wù)器和應(yīng)用的部署時間長，硬件維護需要數(shù)天或數(shù)周才能完成，一旦承載應(yīng)用的服務(wù)器故障，就需要手工將應(yīng)用切換到其它服務(wù)器上來，往往給數(shù)據(jù)中心帶來嚴重損失。這時的操作系統(tǒng)兼容性較差，系統(tǒng)和應(yīng)用遷移到新的硬件需要和舊系統(tǒng)兼容的硬件系統(tǒng)，這是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心普遍采用的操作系統(tǒng)方式，雖然存在各樣那樣的弊端，但從數(shù)據(jù)中心誕生那日起，伴隨我們走過了數(shù)十年，裸機時代的操作系統(tǒng)占據(jù)了數(shù)據(jù)中心發(fā)展的大半程時間。

虛擬化時代

虛擬化，原本是指資源的抽象化，也就是單一物理資源的多個邏輯表示，或者多個物理資源的單一邏輯表示。具體到服務(wù)器虛擬化，就是多個物理資源的單一邏輯表示。虛擬化技術(shù)主要用來解決高性能的物理硬件產(chǎn)能過剩和老的舊的硬件產(chǎn)能過低的重組重用，透明化底層物理硬件，從而最大化的利用物理硬件。虛擬化在如今的IT技術(shù)領(lǐng)域火的不行，尤其是在數(shù)據(jù)中心，在任何一個系統(tǒng)里都強調(diào)虛擬化。實際上，虛擬化技術(shù)也在數(shù)據(jù)中心里得到了極大普及發(fā)展，最近這十年基本是虛擬化技術(shù)在數(shù)據(jù)中心逐漸發(fā)展壯大的過程。虛擬化以虛擬機為單位，將資源提供給用戶。虛擬化的操作系統(tǒng)可以將一臺高性能的服務(wù)器虛擬成多個虛擬機，在物理上虛擬機共享宿主服務(wù)器的硬件資源，而邏輯上各自獨立，可在各虛擬出的服務(wù)器上運行不同的應(yīng)用，各司其職，互不干擾。如此一來，可以大大提升服務(wù)器的使用率，降低數(shù)據(jù)中心的運營成本。虛擬化操作系統(tǒng)是對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心資源管理模式的變革，簡化服務(wù)器的部署、管理和維護工作。虛擬化時代掀起了新一代數(shù)據(jù)中心改革的大幕，一時間不僅是服務(wù)器，從網(wǎng)絡(luò)、存儲、安全等也都引入了虛擬化的概念，大力發(fā)展虛擬化技術(shù)，原理與服務(wù)器虛擬化類似，目的就是提升設(shè)備工作效率，以至于后來出現(xiàn)了虛擬化的數(shù)據(jù)中心，將整個數(shù)據(jù)中心都虛擬化起來。在虛擬化領(lǐng)域，還是當屬操作系統(tǒng)的虛擬化技術(shù)最為成熟，如今的數(shù)據(jù)中心操作系統(tǒng)里到處都是虛擬化的身影。核心技術(shù)有SDS、SDN、OpenStack等等，在亞馬遜、VMWare、阿里云都有規(guī)模部署，現(xiàn)在我們正處于虛擬化的時代。

以應(yīng)用為中心的時代

虛擬化構(gòu)成的集群仍然難以運維，尤其是出了故障后，不好分析故障原因和位置。用戶希望能夠直接獲取資源，快速啟動，服務(wù)可以無限擴展，應(yīng)用易于遷移。這時一切以應(yīng)用為中心，將數(shù)據(jù)中心所有資源進行整合，進行虛擬池化，CPU、內(nèi)存和I/O這些基本資源都虛擬出來，根據(jù)各個應(yīng)用，按需分配。這時出現(xiàn)了容器集群資源管理技術(shù)，這引領(lǐng)了最新一代的數(shù)據(jù)中心操作系統(tǒng)。容器并不包含一個單獨的操作系統(tǒng)，而是基于已有的基礎(chǔ)設(shè)施中操作系統(tǒng)提供的功能來運行的，它將應(yīng)用程序及所有程序的依賴環(huán)境打包到一個容器中，容器可以運行在任何一種服務(wù)器上。容器是完全使用沙箱機制，相互之間不會有任何接口，幾乎沒有性能開銷，可以很容易地在服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心中運行。最重要的是，他們不依賴于任何語言、框架包括系統(tǒng)。虛擬化時代是操作系統(tǒng)識別的資源隔離，到了以應(yīng)用為中心時代，容器本質(zhì)上是進程級的資源隔離。使用容器技術(shù)可以將數(shù)據(jù)中心所有的計算資源集中起來，對單個服務(wù)器的性能要求不高，這種整合后的資源可以形成強大的計算能力。每個具體應(yīng)用根據(jù)自身使用情況，申請容器資源，按需分配，達到資源利用的最大化。基于容器的操作系統(tǒng)技術(shù)在2014年誕生后，迅速獲得IBM、思科、微軟、HP、Vmware等廠商的廣泛認可，2015年2月就出現(xiàn)了專業(yè)版本，在京東私有云、阿里巴巴、騰訊游戲、百度開放云平臺上都有應(yīng)用，但是容器技術(shù)要在大部分的數(shù)據(jù)中心里普及應(yīng)用，還有相當長的路要走。

以應(yīng)用為中心的時代雖然很好，但是技術(shù)并不成熟，不像虛擬化技術(shù)是一項高度發(fā)展、非常成熟的技術(shù)。虛擬化軟件廠商已開發(fā)出了能處理成千上萬個虛擬機的管理系統(tǒng)，任何一個數(shù)據(jù)中心都能找到適合自己的系統(tǒng)。還有安全也是個大問題，以應(yīng)用為中心的容器技術(shù)很少提及安全，彼此鄰近的容器共享處理器、內(nèi)存和磁盤等資源，這種行為難為為人們深為擔憂，安全無法得到有效保證。

無論如何，如今是數(shù)據(jù)中心全面進入了虛擬化操作系統(tǒng)時代，先進的大型數(shù)據(jù)中心有個別的還嘗試部署以應(yīng)用為中心的容器技術(shù)，并嘗到了甜頭。不可否認，容器技術(shù)極具先進性，只是目前安全方面還有些令人擔憂，后續(xù)若能從安全角度多做文章，必將獲得更為廣泛應(yīng)用，將來的數(shù)據(jù)中心操作系統(tǒng)必將以應(yīng)用為中心。

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