云計算基礎(chǔ)技術(shù)-虛擬化

1、第四章虛擬化技術(shù)Page 1目標l學完本課程后，您將能夠:p什么是虛擬化技術(shù)p計算虛擬化技術(shù)p存儲虛擬化技術(shù)p網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)p如何創(chuàng)建一個虛擬機Page 2目錄1. 虛擬化技術(shù)介紹虛擬化技術(shù)介紹2. 計算虛擬化技術(shù)3. 存儲虛擬化技術(shù)4. 網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)5. 創(chuàng)建虛擬機簡介Page 3什么是虛擬化lIT資源獨立l操作系統(tǒng)與硬件緊耦合l資源抽像成共享資源池l操作系統(tǒng)與硬件解耦，從資源池中分配資源虛擬化虛擬化前虛擬化后WindowsAPPLinuxAPPLinuxAPPServer 1Server 2Server 3APPWinLinuxAPPAPPWinLinuxAPP APPWinLinuxA

2、PP APPWinLinuxAPP APPWinLinuxAPP APPWinLinuxAPP資源池化虛擬化層虛擬化層虛擬化層Page 4虛擬化的起源虛擬化發(fā)展由來虛擬化技術(shù)推動力l60年代在大型機上虛擬技術(shù)已經(jīng)有所應(yīng)用l99年在小型機上已經(jīng)出現(xiàn)邏輯分區(qū)的應(yīng)用l2000年x86平臺虛擬技術(shù)開始出現(xiàn)l2001年x86平臺虛擬化技術(shù)在服務(wù)器上應(yīng)用lCPU速度越來越快，超出軟件對硬件性能的要求lINTEL和AMD在CPU里加入虛擬指令l企業(yè)成本壓力l環(huán)保壓力l不斷增長的業(yè)務(wù)壓力Page 5虛擬化的好處l提高硬件利用率l降低能耗，綠色節(jié)能l提高了IT運維效率，系統(tǒng)管理人員減少l操作系統(tǒng)和硬件的解耦Pa

3、ge 6虛擬化的本質(zhì)相對于硬件獨立相對于硬件獨立無需修改即可在任何服務(wù)器上運行虛擬機分區(qū)分區(qū)在單一物理服務(wù)器上同時運行多個虛擬機隔離隔離在同一服務(wù)器上的虛擬機之間相互隔離封裝封裝整個虛擬機都保存在文件中，而且可以通過移動和復制這些文件的方式來移動和復制該虛擬機Page 7虛擬化的本質(zhì)相對于硬件獨立相對于硬件獨立無需修改即可在任何服務(wù)器上運行虛擬機分區(qū)分區(qū)在單一物理服務(wù)器上同時運行多個虛擬機隔離隔離在同一服務(wù)器上的虛擬機之間相互隔離封裝封裝整個虛擬機都保存在文件中，而且可以通過移動和復制這些文件的方式來移動和復制該虛擬機Page 8虛擬化中的幾個重要概念物理機物理機虛擬機虛擬機硬件Host Ma

4、chine操作系統(tǒng)Host OS硬件Host Machine虛擬機監(jiān)控器Hypervisor虛擬機Guest Machine操作系統(tǒng)Guest OS虛擬機Guest Machine操作系統(tǒng)Guest OSPage 9業(yè)界主流虛擬化類型介紹寄居虛擬化宿主操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)應(yīng)用應(yīng)用虛擬化層裸金屬虛擬化虛擬化層應(yīng)用操作系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)控制臺應(yīng)用操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)虛擬化宿主操作系統(tǒng)虛擬容器應(yīng)用系統(tǒng)模板庫虛擬容器應(yīng)用系統(tǒng)模板庫混合虛擬化宿主操作系統(tǒng)應(yīng)用操作系統(tǒng)應(yīng)用操作系統(tǒng)應(yīng)用操作系統(tǒng)虛擬硬件管理寄居虛擬化寄居虛擬化裸金屬虛擬化裸金屬虛擬化操作系統(tǒng)虛擬化操作系統(tǒng)虛擬化混合虛擬化混合虛擬化優(yōu)點優(yōu)點 簡單、易于實現(xiàn)

5、虛擬機不依賴于操作系統(tǒng)支持多種操作系統(tǒng)，多種應(yīng)用 簡單、易于實現(xiàn) 管理開銷非常低 相對于寄居虛擬化架構(gòu)，沒有冗余，性能高 可支持多種操作系統(tǒng)缺點缺點 安裝和運行應(yīng)用程序依賴于主機操作系統(tǒng)對設(shè)備的支持 管理開銷較大，性能損耗大 虛擬層內(nèi)核開發(fā)難度大 隔離性差，多容器共享同一操作系統(tǒng) 需底層硬件支持虛擬化擴展功能廠家廠家VMware WorkstationWMware ESXServerCitrix XenServer華為 FusionSphereVirtuozzoRedhat KVM裸金屬虛擬化架構(gòu)與混合虛擬化架構(gòu)將是未來虛擬化架構(gòu)發(fā)展的趨勢Page 10目錄1. 虛擬化技術(shù)介紹2. 計算虛擬化

6、技術(shù)計算虛擬化技術(shù)3. 存儲虛擬化技術(shù)4. 網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)5. 創(chuàng)建虛擬機簡介Page 11計算虛擬化分類計算資源的虛擬化，可以歸結(jié)為三個方面：lCPU虛擬化l內(nèi)存虛擬化lIO虛擬化Page 12CPU虛擬化l虛擬機VM共享CPUp利用與原始操作系統(tǒng)類似的機制通過定時器中斷，在中斷觸發(fā)時陷入VMM，從而根據(jù)調(diào)度機制進行調(diào)度操作系統(tǒng)VMM硬件CPU指令1指令（1）Page 13CPU虛擬化-X86構(gòu)架lX86架構(gòu)存在虛擬化漏洞px86 ISA 中有19條敏感指令不是特權(quán)指令，因此 x86 無法使用經(jīng)典的虛擬化技術(shù)完全虛擬化l解決辦法p半虛擬化p全虛擬化p硬件輔助虛擬化Page 14內(nèi)存虛擬化l內(nèi)

7、存虛擬化：把物理機的真實物理內(nèi)存統(tǒng)一管理，包裝成多個虛擬機的內(nèi)存給若干虛擬機使用。Machine Physical MemoryVirtual Machine Monitor (VMM)Guest Physical Memory5132432145VM1VM4VM3VM2Page 15I/O虛擬化l 現(xiàn)實中的外設(shè)資源是有限的，為了滿足多個客戶機操作系統(tǒng)的需求，VMM必須通過I/O虛擬化的方式來復用有限的外設(shè)資源lVMM截獲客戶操作系統(tǒng)對設(shè)備的訪問請求，然后通過軟件的方式來模擬真實設(shè)備的效果Page 16Domain 0I/O虛擬化-前后端驅(qū)動模型l前端設(shè)備驅(qū)動將數(shù)據(jù)通過VMM提供的接口轉(zhuǎn)發(fā)到后

8、端驅(qū)動l后端驅(qū)動VM的數(shù)據(jù)進行分時分通道進行處理物理硬件（處理器，內(nèi)存，1/O設(shè)備）虛擬機監(jiān)控器內(nèi)核用戶態(tài)控制面板后端驅(qū)動設(shè)備驅(qū)動Domain U內(nèi)核用戶態(tài)前端驅(qū)動Page 17INTEL硬件對虛擬化的支持處理器輔助虛擬化技術(shù) VT-x: Virtualization Technology for IA-32I/O輔助虛擬化:直接I/O VT-d: Virtualization Technology for Directed I/O網(wǎng)絡(luò)輔助虛擬化技術(shù)VT-c: Virtualization Technology for Connectivity可信執(zhí)行技術(shù)TXT- Trusted Execut

9、ion TechnologyPage 18INTEL硬件對虛擬化的支持處理器輔助虛擬化技術(shù) VT-x: Virtualization Technology for IA-32I/O輔助虛擬化:直接I/O VT-d: Virtualization Technology for Directed I/O網(wǎng)絡(luò)輔助虛擬化技術(shù)VT-c: Virtualization Technology for Connectivity可信執(zhí)行技術(shù)TXT- Trusted Execution TechnologyPage 19目錄1. 虛擬化技術(shù)介紹2. 計算虛擬化技術(shù)3. 存儲虛擬化技術(shù)存儲虛擬化技術(shù)4. 網(wǎng)絡(luò)虛擬化

10、技術(shù)5. 創(chuàng)建虛擬機簡介Page 20什么是存儲虛擬化l存儲虛擬化的概念p存儲虛擬化是在存儲設(shè)備上加入一個邏輯層，通過邏輯層訪問存儲資源p對管理員來說，可以很方便的調(diào)整存儲資源，提高存儲利用率p對終端用戶來說，集中的存儲設(shè)備可以提供更好的性能和易用性l存儲虛擬化的實現(xiàn)方式p裸設(shè)備+邏輯卷p存儲設(shè)備虛擬化p主機存儲虛擬化+文件系統(tǒng)Page 21存儲虛擬化的原理主機存儲虛擬化+文件系統(tǒng)存儲設(shè)備虛擬化裸設(shè)備+邏輯卷Page 22裸設(shè)備+邏輯卷的結(jié)構(gòu)用用戶虛擬戶虛擬機機主機內(nèi)核空間用用戶虛擬戶虛擬機機后端卷掛載驅(qū)動后端卷掛載驅(qū)動前端驅(qū)動前端驅(qū)動前端驅(qū)動前端驅(qū)動邏輯卷邏輯卷邏輯卷邏輯卷通用塊層通用塊層設(shè)

11、備驅(qū)動層設(shè)備驅(qū)動層存儲設(shè)備Page 23存儲設(shè)備虛擬化的結(jié)構(gòu)用用戶虛擬戶虛擬機機用用戶虛擬戶虛擬機機管理節(jié)點管理節(jié)點后端卷掛載驅(qū)動后端卷掛載驅(qū)動前端驅(qū)動前端驅(qū)動前端驅(qū)動前端驅(qū)動存儲管理存儲管理邏輯卷邏輯卷邏輯卷邏輯卷通用塊層通用塊層設(shè)備驅(qū)動層設(shè)備驅(qū)動層FusionStorageS5500T主機內(nèi)核空間計算節(jié)點計算節(jié)點存儲管理存儲管理Page 24存儲虛擬化+文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)用用戶虛擬戶虛擬機機用用戶虛擬戶虛擬機機后端卷掛載驅(qū)動后端卷掛載驅(qū)動前端驅(qū)動前端驅(qū)動前端驅(qū)動前端驅(qū)動鏡像文件鏡像文件通用塊層通用塊層設(shè)備驅(qū)動層設(shè)備驅(qū)動層SANNAS主機內(nèi)核空間本地磁盤NFSNFS文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)文件系

12、統(tǒng)主機用戶空間用戶態(tài)掛載驅(qū)動用戶態(tài)掛載驅(qū)動Page 25存儲虛擬化類型虛擬化類型虛擬化類型裸設(shè)備裸設(shè)備+邏輯卷邏輯卷存儲設(shè)備虛擬化存儲設(shè)備虛擬化主機存儲虛擬化主機存儲虛擬化+文文件系統(tǒng)件系統(tǒng)支持的業(yè)務(wù)精簡置備磁盤（僅限華為IPSAN3900）全量快照精簡置備磁盤差量快照鏈接克隆精簡置備磁盤差量快照存儲冷熱遷移磁盤擴容精簡磁盤空間回收鏈接克隆支持的存儲類型IPSANFCSAN本地存儲華為5500T華為FusionStorageIPSANFCSANNAS本地存儲Page 26目錄1. 虛擬化技術(shù)介紹2. 計算虛擬化技術(shù)3. 存儲虛擬化技術(shù)4.4. 網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)5. 創(chuàng)建虛擬機簡介P

13、age 27網(wǎng)絡(luò)虛擬化的背景傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心云數(shù)據(jù)中心計算虛擬化服務(wù)器交換機服務(wù)器交換機虛擬機遷移Page 28虛擬交換技術(shù)PCICPU網(wǎng)卡網(wǎng)線物理交換機服務(wù)器vSwitcheSwitchQBG123123描述：服務(wù)器內(nèi)部描述：服務(wù)器內(nèi)部CPUCPU實現(xiàn)虛擬交換功能；實現(xiàn)虛擬交換功能； 優(yōu)點：功能擴展靈活；優(yōu)點：功能擴展靈活；缺點：消耗服務(wù)器缺點：消耗服務(wù)器CPUCPU，性能較低；，性能較低；描述：網(wǎng)卡實現(xiàn)完整的虛擬交換功能；描述：網(wǎng)卡實現(xiàn)完整的虛擬交換功能；優(yōu)點：性能高、節(jié)省服務(wù)器優(yōu)點：性能高、節(jié)省服務(wù)器CPUCPU資源；資源；缺點：依賴特殊網(wǎng)卡硬件；缺點：依賴特殊網(wǎng)卡硬件；描述：物理交換機實現(xiàn)

14、虛擬交換功能；描述：物理交換機實現(xiàn)虛擬交換功能；優(yōu)點：可繼承交換機的二層特性；優(yōu)點：可繼承交換機的二層特性；缺點：規(guī)格小、擴展困難、缺點：規(guī)格小、擴展困難、HypervisorHypervisor均不支持。均不支持。Page 29華為方案與技術(shù)的關(guān)聯(lián)l華為當前的網(wǎng)絡(luò)虛擬化解決方案：p分布式虛擬交換支持vSwitch和eSwitch兩種方式p華為支持網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供的大二層解決方案計算節(jié)點vSwitcheSwitch物理交換機分布式虛擬交換集中管理Page 30目錄1. 虛擬化技術(shù)介紹2. 計算虛擬化技術(shù)3. 存儲虛擬化技術(shù)4. 網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)5.5. 創(chuàng)建虛擬機簡介創(chuàng)建虛擬機簡介Page 31“攢

15、”（虛擬）機之預(yù)算篇用途用途數(shù)量CPU內(nèi)存內(nèi)存硬盤硬盤文秘用來文本編輯2臺2GMHz、1核2G10G美工用來圖像處理1臺2GMHz、4核4G80G文件共享服務(wù)器1臺2GMHz、1核2G500G合計合計4臺780%=6核1080%=8G600G虛擬化技術(shù)大幅提升資源利用率，所以6核CPU當7核用，8G內(nèi)存當10G用一臺低端服務(wù)器上（1萬塊），可部署4臺虛擬機。作用相當于4臺PC成本大幅下降Page 32“攢”（虛擬）機之硬件篇物理硬件華為虛擬化技術(shù)虛擬硬件云數(shù)據(jù)中心管理員虛擬機使用者虛擬機下發(fā)指令Page 33“攢”（虛擬）機之軟件篇虛擬機使用者瘦終端 PC 網(wǎng)絡(luò)虛擬機安裝操作系統(tǒng)（可選）安裝各

16、種應(yīng)用軟件Page 34虛擬機創(chuàng)建過程 先從存儲的池子里撈了個100G硬盤，是個虛擬的，還是空的從一堆物理服務(wù)器中找了一臺，這臺服務(wù)器上正好有兩個空閑的CPU(虛擬的)，2G空閑的內(nèi)存，1塊虛擬網(wǎng)卡把這個虛擬的硬盤掛到這臺物理服務(wù)器上用這些CPU，內(nèi)存，硬盤啟動了一個無系統(tǒng)的虛擬機找來一個Win7,offcice,foxmail的ISO文件使用CIFS協(xié)議將ISO掛載到VNA節(jié)點，設(shè)置虛擬機從虛擬光驅(qū)啟動，加載ISO文件VNC登錄界面按照提示安裝系統(tǒng)大功告成大功告成您稍等，馬上您稍等，馬上給您攢一個給您攢一個我要一個虛擬機，雙我要一個虛擬機，雙CPUCPU，2G2G內(nèi)存，內(nèi)存，100G100G

17、硬盤，硬盤，1 1塊網(wǎng)卡塊網(wǎng)卡操作系統(tǒng)是操作系統(tǒng)是Windows7Windows7，裝了，裝了officeoffice，foxmailfoxmail虛擬機規(guī)格虛擬機規(guī)格塊存儲資源塊存儲資源服務(wù)器集群服務(wù)器集群虛擬機虛擬機安裝安裝OS業(yè)務(wù)要求業(yè)務(wù)要求虛擬磁盤虛擬磁盤Page 35總結(jié)l虛擬化技術(shù)l計算虛擬化技術(shù)l存儲虛擬化技術(shù)l網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)Page 36思考題l主流的虛擬化類型有哪些？有什么區(qū)別？l計算虛擬化包含哪些方面？各自的技術(shù)原理如何？l存儲虛擬化有幾個類型？l網(wǎng)絡(luò)虛擬化有幾種實現(xiàn)方式？Page 37習題l判斷題1. 裸金屬虛擬化由于性能較高，支持多種操作系統(tǒng)將會是未來發(fā)展的方向。 （ )l多選題1. 網(wǎng)絡(luò)虛擬化的實現(xiàn)方式有哪些？ ( )A. eSwitch。B. vSwitch。C. 物理交換機。D. 網(wǎng)絡(luò)路由器。Page 38縮略語（1）APP: Application, 應(yīng)用。CPU: Central Process Unit, 中央處理器。IO: Input an