虛擬化技術(shù)簡介

1、of38電子工業(yè)出版社云計算(第三版)配套課件云 計 算（第三版）CLOUD COMPUTING Third Edition主編：劉鵬 教授第 7 章虛擬化技術(shù)(一)本套PPT下載地址：http:/ 教授、博導(dǎo)、學(xué)科帶頭人，清華大學(xué)博士?，F(xiàn)任中國云計算專家咨詢委員會秘書長、中國信息協(xié)會大數(shù)據(jù)分會副會長、工業(yè)與信息化部云計算研究中心專家。 主持完成科研項目25項，發(fā)表論文80余篇，出版專業(yè)書籍15本。獲部級科技進(jìn)步二等獎4項、三等獎4項。主編了國內(nèi)第一本云計算教材云計算和第一本云計算編程書籍實戰(zhàn)Hadoop。創(chuàng)辦了知名的中國云計算（）和中國大數(shù)據(jù)（）網(wǎng)站。 曾率隊奪得2002 PennySort

2、國際計算機(jī)排序比賽冠軍，兩次奪得全國高?？萍急荣愖罡擢?，并三次奪得清華大學(xué)科技比賽最高獎。 榮獲“全軍十大學(xué)習(xí)成才標(biāo)兵”（排名第一）、南京“十大杰出青年”、江蘇省“333高層次人才培養(yǎng)工程”中青年科學(xué)技術(shù)帶頭人、清華大學(xué)“學(xué)術(shù)新秀”等稱號。劉 鵬7.1 虛擬化技術(shù)簡介7.2 服務(wù)器虛擬化7.3 存儲虛擬化7.4 網(wǎng)絡(luò)虛擬化7.5 桌面虛擬化of38云計算第三版配套PPT課件7.1 虛擬化技術(shù)簡介虛擬化技術(shù)是伴隨著計算機(jī)的出現(xiàn)而產(chǎn)生和發(fā)展起來的，虛擬化意味著對計算機(jī)資源的抽象。虛擬化技術(shù)已經(jīng)成為構(gòu)建云計算環(huán)境的一項關(guān)鍵技術(shù)。服務(wù)器虛擬化存儲虛擬化網(wǎng)絡(luò)虛擬化桌面虛擬化520世紀(jì)60年代IBM公司推

3、出虛擬化技術(shù)主要用于當(dāng)時的IBM大型機(jī)的服務(wù)器虛擬化虛擬化技術(shù)的核心思想是利用軟件或固件管理程序構(gòu)成虛擬化層，把物理資源映射為虛擬資源。在虛擬資源上可以安裝和部署多個虛擬機(jī)，實現(xiàn)多用戶共享物理資源。of38云計算第三版配套PPT課件77.1 虛擬化技術(shù)簡介虛擬化技術(shù)簡介云計算技術(shù)規(guī)模不斷增大成本逐漸上升管理日趨復(fù)雜of38云計算第三版配套PPT課件87.1 虛擬化技術(shù)簡介虛擬化技術(shù)簡介采用了多種技術(shù)業(yè)務(wù)之間孤立網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心高速扁平虛擬化虛擬數(shù)據(jù)中心of38云計算第三版配套PPT課件9l 實現(xiàn)資源的動態(tài)分配和調(diào)度，提高現(xiàn)有資源的利用率和服務(wù)可靠性l 提供自動化的服務(wù)開通能力，降低運(yùn)

4、維成本l 具有有效的安全機(jī)制和可靠性機(jī)制，滿足公眾客戶和企業(yè)客戶的安全需求l 方便系統(tǒng)升級、遷移和改造7.1 虛擬化技術(shù)簡介虛擬化技術(shù)簡介隨著云計算的發(fā)展，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心逐漸過渡到虛擬化數(shù)據(jù)中心，即采用虛擬化技術(shù)將原來數(shù)據(jù)中心的物理資源進(jìn)行抽象整合。of38云計算第三版配套PPT課件107.1 虛擬化技術(shù)簡介虛擬化技術(shù)簡介數(shù)據(jù)中心的虛擬化服務(wù)器虛擬化存儲虛擬化網(wǎng)絡(luò)虛擬化將一個或多個物理服務(wù)器虛擬成多個邏輯上的服務(wù)器把分布的異構(gòu)存儲設(shè)備統(tǒng)一為一個或幾個大的存儲池在底層物理網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)用戶之間增加一個抽象層7.1 虛擬化技術(shù)簡介7.2 服務(wù)器虛擬化7.3 存儲虛擬化7.4 網(wǎng)絡(luò)虛擬化7.5 桌面虛擬

5、化一個物理的服務(wù)器虛擬成若干個獨(dú)立的邏輯服務(wù)器，比如分區(qū)；把若干分散的物理服務(wù)器虛擬為一個大的邏輯服務(wù)器，比如網(wǎng)格技術(shù)of38云計算第三版配套PPT課件7.2 服務(wù)器虛擬化7.2.1 服務(wù)器虛擬化的層次7.2.2 服務(wù)器虛擬化的底層實現(xiàn)7.2.3 虛擬機(jī)遷移7.2.4 隔離技術(shù)7.2.5 案例分析 of38云計算第三版配套PPT課件14圖7-1 寄居虛擬化架構(gòu)客戶虛擬機(jī)客戶虛擬機(jī)客戶虛擬機(jī)虛擬機(jī)管理器（VMM）主機(jī)操作系統(tǒng)物理機(jī)（底層硬件）7.2 服務(wù)器虛擬化服務(wù)器虛擬化的層次寄居虛擬化l 寄居虛擬化的虛擬化層一般稱為虛擬機(jī)監(jiān)控器（VMM）l 這類虛擬化架構(gòu)系統(tǒng)損耗比較大l 就操作系統(tǒng)層的虛擬

6、化而言，沒有獨(dú)立的Hypervisor層l 如果使用操作系統(tǒng)層虛擬化，所有虛擬服務(wù)器必須運(yùn)行同一操作系統(tǒng)of38云計算第三版配套PPT課件15圖7-2 裸機(jī)虛擬化架構(gòu)客戶虛擬機(jī)客戶虛擬機(jī)客戶虛擬機(jī)Hypervisor物理機(jī)（底層硬件）7.2 服務(wù)器虛擬化服務(wù)器虛擬化的層次裸機(jī)虛擬化l 架構(gòu)中的VMM也可以認(rèn)為是一個操作系統(tǒng)，一般稱為Hypervisorl Hypervisor實現(xiàn)從虛擬資源到物理資源的映射l Hypervisor實現(xiàn)了不同虛擬機(jī)的運(yùn)行上下文保護(hù)與切換，保證了各個客戶虛擬系統(tǒng)的有效隔離of38云計算第三版配套PPT課件167.2 服務(wù)器虛擬化服務(wù)器虛擬化的層次完全虛擬化具有很好的

7、兼容性，在服務(wù)器虛擬化中得到廣泛應(yīng)用。半虛擬化技術(shù)降低了由于虛擬化而引入的系統(tǒng)性能損失。完全虛擬化VMM無法直接捕獲特權(quán)指令解決方案半虛擬化of38云計算第三版配套PPT課件7.2 服務(wù)器虛擬化7.2.1 服務(wù)器虛擬化的層次7.2.2 服務(wù)器虛擬化的底層實現(xiàn)7.2.3 虛擬機(jī)遷移7.2.4 隔離技術(shù)7.2.5 案例分析 of38云計算第三版配套PPT課件7.2 服務(wù)器虛擬化服務(wù)器虛擬化的底層實現(xiàn)CPU虛擬化虛擬CPU的正確運(yùn)行是要保證虛擬機(jī)指令正確運(yùn)行，現(xiàn)有的實現(xiàn)技術(shù)包括模擬執(zhí)行和監(jiān)控執(zhí)行調(diào)度問題是指VMM決定當(dāng)前哪個虛擬CPU在物理CPU上運(yùn)行，要保證隔離性、公平性和性能。物理CPU虛擬CP

8、U抽象客戶操作系統(tǒng)物理CPU虛擬CPU抽象物理CPU虛擬CPU抽象1218of38云計算第三版配套PPT課件197.2 服務(wù)器虛擬化服務(wù)器虛擬化的底層實現(xiàn)內(nèi)存虛擬化內(nèi)存虛擬化技術(shù)把物理內(nèi)存統(tǒng)一管理，包裝成多個虛擬的物理內(nèi)存提供給若干虛擬機(jī)使用，每個虛擬機(jī)擁有各自獨(dú)立的內(nèi)存空間。機(jī)器地址虛擬內(nèi)存的管理包括3種地址物理地址虛擬地址of38云計算第三版配套PPT課件207.2 服務(wù)器虛擬化服務(wù)器虛擬化的底層實現(xiàn)I/O設(shè)備虛擬化I/O設(shè)備虛擬化技術(shù)把真實的設(shè)備統(tǒng)一管理起來，包裝成多個虛擬設(shè)備給若干個虛擬機(jī)使用，響應(yīng)每個虛擬機(jī)的設(shè)備訪問請求和I/O請求。I/O設(shè)備虛擬化同樣是由VMM進(jìn)行管理的全虛擬化半

9、虛擬化軟件模擬of38云計算第三版配套PPT課件7.2 服務(wù)器虛擬化7.2.1 服務(wù)器虛擬化的層次7.2.2 服務(wù)器虛擬化的底層實現(xiàn)7.2.3 虛擬機(jī)遷移7.2.4 隔離技術(shù)7.2.5 案例分析 of38云計算第三版配套PPT課件227.2 服務(wù)器虛擬化虛擬機(jī)遷移虛擬機(jī)遷移是將虛擬機(jī)實例從源宿主機(jī)遷移到目標(biāo)宿主機(jī)，并且在目標(biāo)宿主機(jī)上能夠?qū)⑻摂M機(jī)運(yùn)行狀態(tài)恢復(fù)到其在遷移之前相同的狀態(tài)，以便能夠繼續(xù)完成應(yīng)用程序的任務(wù)。從虛擬機(jī)遷移的源與目的地角度可分為物理機(jī)到虛擬機(jī)的遷移（P2V）虛擬機(jī)到虛擬機(jī)的遷移（V2V）虛擬機(jī)到物理機(jī)的遷移（V2P）of38云計算第三版配套PPT課件云計算中心的物理服務(wù)器有時

10、候需要定期進(jìn)行升級維護(hù)，當(dāng)升級維護(hù)服務(wù)器時，管理員可以將其上面的虛擬機(jī)遷移到其他服務(wù)器，等升級維護(hù)完成之后，再把虛擬機(jī)遷移回來7.2 服務(wù)器虛擬化虛擬機(jī)遷移實時遷移（LiveMigration），就是保持虛擬機(jī)運(yùn)行的同時，把它從一個計算機(jī)遷移到另一個計算機(jī)，并在目的計算機(jī)恢復(fù)運(yùn)行的技術(shù)。云計算中心的物理服務(wù)器負(fù)載經(jīng)常處于動態(tài)變化中，當(dāng)一臺物理服務(wù)器負(fù)載過大時，若此刻不可能提供額外的物理服務(wù)器，管理員可以將其上面的虛擬機(jī)遷移到其他服務(wù)器，達(dá)到負(fù)載平衡第二第一23of38云計算第三版配套PPT課件24圖7-3 虛擬機(jī)遷移示意圖硬件HypervisorVM VM 硬件HypervisorVM VM

11、服務(wù)器 1服務(wù)器 27.2 服務(wù)器虛擬化虛擬機(jī)遷移of38云計算第三版配套PPT課件7.2 服務(wù)器虛擬化虛擬機(jī)遷移步驟1預(yù)遷移（Pre-Migration）步驟2預(yù)定資源（Reservation）步驟3預(yù)復(fù)制（InterativePre-Copy）步驟4停機(jī)復(fù)制（Stop-and-Copy）步驟5提交（Commitment）步驟6啟動（Activation）25of38云計算第三版配套PPT課件267.2 服務(wù)器虛擬化虛擬機(jī)遷移第一階段，Push階段。第二階段，Stop-and-Copy階段。第三階段，Pull階段。實際上，遷移內(nèi)存沒有必要同時包含上述三個階段，目前大部分的遷移策略只包含其中的

12、一個或者兩個階段。內(nèi)存的遷移是虛擬機(jī)遷移最困難的部分of38云計算第三版配套PPT課件277.2 服務(wù)器虛擬化虛擬機(jī)遷移遷移方案優(yōu)勢與劣勢Stop-and-Copyl 方法比較簡單l 總遷移時間也最短l 停機(jī)時間無法接受Stop-and-Copy和Pull階段結(jié)合l 停機(jī)時間很短l 總遷移時間很長l Pull階段復(fù)制造成的性能下降Push和Stop-and-Copy階段結(jié)合l 平衡了停機(jī)時間和總遷移時間之間的矛盾l 需要有一種算法能夠測定工作集，以避免反復(fù)重傳l 可能會占用大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬，對其他服務(wù)造成影響of38云計算第三版配套PPT課件28虛擬機(jī)這種系統(tǒng)級別的封裝方式意味著遷移時VM的所有

13、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，包括協(xié)議狀態(tài)（如TCP連接狀態(tài)）以及IP地址都要隨之一起遷移。在局域網(wǎng)內(nèi)，可以通過發(fā)送ARP重定向包，將VM的IP地址與目的機(jī)器的MAC地址相綁定，之后的所有包就可以發(fā)送到目的機(jī)器上。7.2 服務(wù)器虛擬化虛擬機(jī)遷移網(wǎng)絡(luò)資源的遷移of38云計算第三版配套PPT課件29l 遷移存儲設(shè)備的最大障礙在于需要占用大量時間和網(wǎng)絡(luò)帶寬，通常的解決辦法是以共享的方式共享數(shù)據(jù)和文件系統(tǒng)，而非真正遷移。l 目前大多數(shù)集群使用NAS（Network Attached Storage，網(wǎng)絡(luò)連接存儲）作為存儲設(shè)備共享數(shù)據(jù)。l NAS實際上是一個帶有瘦服務(wù)器的存儲設(shè)備，其作用類似于一個專用的文件服務(wù)器。l 在局

14、域網(wǎng)環(huán)境下，NAS已經(jīng)完全可以實現(xiàn)異構(gòu)平臺之間，如NT、UNIX等的數(shù)據(jù)級共享。l 基于以上的考慮，Xen并沒有實現(xiàn)存儲設(shè)備的遷移，實時遷移的對象必須共享文件系統(tǒng)。7.2 服務(wù)器虛擬化虛擬機(jī)遷移存儲設(shè)備的遷移of38云計算第三版配套PPT課件本章未完待續(xù)百度排名首位的大數(shù)據(jù)資料和交流中心百 度 排 名 首 位 的 云 計 算 資 料 和 交 流 中 心終生免費(fèi)的智能硬件大數(shù)據(jù)托管平臺掃一掃，進(jìn)入萬物云終 生 免 費(fèi) 的 環(huán) 境 大 數(shù) 據(jù) 共 享 平 臺掃一掃，進(jìn)入環(huán)境云一攬子解決方案 云計算、大數(shù)據(jù)時代，社會亟需相關(guān)人才！而高校缺平臺、缺人才、缺經(jīng)驗！怎么辦？ 建設(shè)一個Hadoop實驗平臺 一套開源的Hadoop一體機(jī)和開發(fā)環(huán)境，詳細(xì)的指導(dǎo)書籍和實驗設(shè)計。 培養(yǎng)一支云計算師資隊伍 來自云計算高手的系列培訓(xùn)， 早在2010年就培訓(xùn)了全國第一批云計算師資力量。 營造一個大數(shù)據(jù)科研環(huán)境 為科研提供技術(shù)支持，與大數(shù)據(jù)應(yīng)用相結(jié)合，讓科研邁上新臺階。了 解 詳 情學(xué) 習(xí) 云 計 算 必 須 關(guān) 注 的 公 眾 號知名微信公眾號推薦劉鵬看未來云計算頭條云創(chuàng)大數(shù)據(jù)中國大數(shù)據(jù)微信號： chinacloudnj微信號： cstorbigdata資源豐富、分析深入、更新及時的云計算知識共享平臺。微信號：lpoutlook微信號： cStor_cn國內(nèi)大數(shù)據(jù)龍頭