云計(jì)算課件：2-虛擬化關(guān)鍵技術(shù)

1、虛擬化的關(guān)鍵技術(shù)虛擬化的關(guān)鍵技術(shù)虛擬化技術(shù)給數(shù)據(jù)中心管理帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)：提升基礎(chǔ)設(shè)施利用率，減少運(yùn)營(yíng)開銷成本通過(guò)整合應(yīng)用棧和即時(shí)應(yīng)用鏡像部署可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)管理的高效敏捷虛擬化三個(gè)重要階段：3.1 創(chuàng)建虛擬化解決方案虛擬化解決方案的創(chuàng)建由服務(wù)提供商和服務(wù)集成商完成虛擬化解決方案是由一系列虛擬鏡像或虛擬器件組成創(chuàng)建基本的虛擬鏡像創(chuàng)建、組裝、發(fā)布虛擬器件鏡像管理物理機(jī)環(huán)境到虛擬機(jī)環(huán)境的轉(zhuǎn)換3.1.1 創(chuàng)建基本虛擬鏡像虛擬機(jī)通過(guò)虛擬化軟件套件模擬的、具有完整硬件功能的、運(yùn)行在一個(gè)隔離環(huán)境中的邏輯計(jì)算機(jī)系統(tǒng)客戶操作系統(tǒng)虛擬機(jī)里的操作系統(tǒng)虛擬鏡像虛擬機(jī)的存儲(chǔ)實(shí)體，它通常是一個(gè)或多個(gè)文件，包括虛擬機(jī)的配置信息和磁盤

2、數(shù)據(jù)，還可能包括內(nèi)存數(shù)據(jù)基本概念使用場(chǎng)景：開發(fā)和測(cè)試環(huán)境虛擬鏡像類型停機(jī)狀態(tài)下創(chuàng)建的鏡像運(yùn)行狀態(tài)下快照鏡像3.1.1 創(chuàng)建基本虛擬鏡像最基本的虛擬鏡像的流程創(chuàng)建虛擬機(jī)安裝操作系統(tǒng)關(guān)停虛擬機(jī)在虛擬化管理平臺(tái)上選擇虛擬機(jī)類型，并設(shè)定虛擬硬件參數(shù)選擇客戶機(jī)操作系統(tǒng)并安裝關(guān)停虛擬機(jī)，保存生成的虛擬機(jī)鏡像和配置文件3.1.2 創(chuàng)建虛擬器件鏡像計(jì)算機(jī)器件和虛擬器件計(jì)算機(jī)器件具有特定功能和有限的配置能力的計(jì)算設(shè)備硬件防火墻、家用路由器虛擬器件服務(wù)器虛擬化技術(shù)和計(jì)算機(jī)器件技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物包括了預(yù)安裝、預(yù)配置的操作系統(tǒng)、中間件和應(yīng)用的最小化的虛擬機(jī)3.1.2 創(chuàng)建虛擬器件鏡像虛擬器件應(yīng)用場(chǎng)景軟件發(fā)布：將成為最普及

3、的軟件和服務(wù)的發(fā)布方式復(fù)雜的企業(yè)級(jí)虛擬化解決方案需要多個(gè)虛擬器件組合，考慮各個(gè)虛擬器件的關(guān)聯(lián)關(guān)系需對(duì)多個(gè)虛擬器件組成的復(fù)雜虛擬化解決方案進(jìn)行預(yù)先規(guī)劃通過(guò)元數(shù)據(jù)配置和腳本來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬器件的高度靈活性和模塊化3.1.2 創(chuàng)建虛擬器件鏡像虛擬器件創(chuàng)建流程圖3.1.2 創(chuàng)建虛擬器件鏡像：分析調(diào)研開始調(diào)研、分析解決方案的模塊組成例：LAMP解決方案、IHS-WAS-DB2解決方案3.1.2 創(chuàng)建虛擬器件鏡像：分析調(diào)研分層分類：將不同層次或類型的支撐模塊安裝到不同的虛擬器件之上考慮支撐模塊和操作系統(tǒng)之間的兼容性和配置優(yōu)化整個(gè)解決方案的聯(lián)調(diào)：對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、安全參數(shù)進(jìn)行配置、優(yōu)化3.1.2 創(chuàng)建虛擬器件鏡像：測(cè)試

4、和驗(yàn)證編寫配置腳本虛擬器件的軟件棧：創(chuàng)建器件時(shí)配置成最優(yōu)的固定值中間件和模塊：編制腳本進(jìn)行配置,根據(jù)部署時(shí)輸入?yún)?shù)完成測(cè)試驗(yàn)證確定配置參數(shù)及腳本調(diào)用順序單元測(cè)試檢驗(yàn)單個(gè)腳本的正確性集成測(cè)試模擬腳本執(zhí)行的順序來(lái)逐一測(cè)試腳本3.1.2 創(chuàng)建虛擬器件鏡像:制作虛擬器件第一步創(chuàng)建虛擬鏡像第二步分別在虛擬鏡像中安裝和優(yōu)化服務(wù)解決方案所需的中間件和支撐模塊第三步安裝配置腳本。并且配置相應(yīng)的腳本執(zhí)行邏輯和參數(shù)，從而使得腳本在虛擬器件的啟動(dòng)、配置過(guò)程中能夠按照一定的順序執(zhí)行3.1.3 發(fā)布虛擬器件鏡像各大廠商的虛擬器件產(chǎn)品接口規(guī)范、操作模式互不兼容需要統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)明確接口規(guī)范,提高互操作性，規(guī)范虛擬器件的組裝和

5、發(fā)布過(guò)程3.1.3 發(fā)布虛擬器件鏡像DMTF（Distributed Management Task Force）制定了開放虛擬化格式（Open Virtualization Format , OVF）OVF應(yīng)用Vmware vsphere支持Xenserver支持Hyper-V不支持3.1.3 發(fā)布虛擬器件鏡像OVF三類關(guān)鍵格式虛擬器件模板和由虛擬器件組成的解決方案模板的OVF描述文件虛擬器件的發(fā)布格式OVF包（OVF Package）虛擬器件的部署配置文件（OVF Environment）3.1.3 發(fā)布虛擬器件鏡像每個(gè)虛擬化解決方案都能通過(guò)一個(gè)OVF文件來(lái)描述OVF描述文件的實(shí)例結(jié)構(gòu)3.

6、1.3 發(fā)布虛擬器件鏡像OVF格式采用標(biāo)準(zhǔn)XML格式可描述單個(gè)虛擬器件可描述多個(gè)虛擬器件組成的解決方案包含各個(gè)虛擬器件之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系、配置屬性和啟動(dòng)的先后順序3.1.4 管理虛擬器件鏡像鏡像文件管理目標(biāo)：保證鏡像文件能夠被快速檢測(cè)到盡量減小公共倉(cāng)庫(kù)的磁盤使用量能夠?qū)︾R像鏡像版本控制3.1.4 管理虛擬器件鏡像解決方法：對(duì)鏡像文件的元數(shù)據(jù)信息和文件內(nèi)容分別存儲(chǔ)元數(shù)據(jù)包括文件的大小、文件名、創(chuàng)建日期、修改日期、讀寫權(quán)限、指向文件內(nèi)容的指針等鏡像文件采用切片的方式進(jìn)行存儲(chǔ)，每個(gè)文件對(duì)應(yīng)一個(gè)標(biāo)識(shí)符和文件內(nèi)容摘要；在鏡像文件的元數(shù)據(jù)中記錄鏡像文件對(duì)應(yīng)的各個(gè)文件片3.1.4 管理虛擬器件鏡像虛擬鏡像獲取流

7、程選擇虛擬器件的名稱或標(biāo)識(shí)符，以及虛擬的版本號(hào)系統(tǒng)根據(jù)虛擬器件名稱或標(biāo)識(shí)符，找到對(duì)應(yīng)的元數(shù)據(jù)描述文件系統(tǒng)根據(jù)版本號(hào)，在元數(shù)據(jù)中找到對(duì)應(yīng)版本信息根據(jù)元數(shù)據(jù)中的文件切片信息，從文件切片庫(kù)中找到對(duì)應(yīng)切片根據(jù)元數(shù)據(jù)中切片順序，對(duì)文件進(jìn)行拼接將組裝好的虛擬器件鏡像文件包返回給用戶3.1.5 遷移到虛擬化環(huán)境傳統(tǒng)物理服務(wù)器上的服務(wù)遷移面臨很大風(fēng)險(xiǎn)虛擬化的輔助技術(shù)P2V（Physical to Virtual）P2V就是物理到虛擬，它是指將操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)從物理計(jì)算機(jī)的運(yùn)行環(huán)境遷移到虛擬環(huán)境中3.1.5 遷移到虛擬化環(huán)境P2V 遷移過(guò)程：制作物理機(jī)的鏡像替換鏡像中與特定硬件設(shè)備相關(guān)的驅(qū)動(dòng)定制配置，生

8、成能夠讓虛擬機(jī)監(jiān)視器識(shí)別的配置文件P2V:捕捉物理系統(tǒng)的所有硬件配置、軟件配置、磁盤內(nèi)容，并對(duì)客戶環(huán)境定制化相關(guān)的配置參數(shù)進(jìn)行抽象,打包成鏡像和相關(guān)配置文件。3.2 部署虛擬化解決方案部署虛擬化解決方案步驟規(guī)劃部署環(huán)境部署虛擬器件激活虛擬器件3.2.1 規(guī)劃部署環(huán)境構(gòu)建虛擬化環(huán)境的三個(gè)步驟：投資回報(bào)分析資源規(guī)劃虛擬化平臺(tái)廠商及產(chǎn)品的選擇結(jié)合服務(wù)器硬件性能和虛擬化軟件考察數(shù)據(jù)中心的整體虛擬化能力研究如何把虛擬器件組成的解決方案部署在虛擬化環(huán)境中，合理分配資源, 保證資源的高效利用Vmware ESX, CITRIX XenServer , Microsoft Hyper-V3.2.2 部署虛擬器

9、件部署虛擬器件虛擬機(jī)實(shí)例化的階段部署虛擬器件的流程：3.2.2 部署虛擬器件使虛擬器件適應(yīng)新的虛擬化環(huán)境,并將承載的解決方案交付給用戶選擇虛擬器件并定制化用戶選擇需要部署的虛擬器件，并輸入配置參數(shù)保存定制化參數(shù)文件定制化文件保存為兩個(gè)文件一個(gè)文件保存虛擬機(jī)的硬件配置信息，用于被虛擬化平臺(tái)調(diào)用來(lái)啟動(dòng)虛擬機(jī)另一個(gè)文件保存的是對(duì)于虛擬器件內(nèi)的軟件進(jìn)行定制的信息3.2.2 部署虛擬器件選擇部署的目標(biāo)物理機(jī)服務(wù)器目標(biāo)機(jī)滿足：網(wǎng)絡(luò)暢通、足夠的磁盤空間、物理資源滿足虛擬機(jī)硬件資源需求、平臺(tái)與器件的格式兼容拷貝虛擬器件的相關(guān)文件虛擬器件鏡像較大，部署時(shí)間的瓶頸在于傳輸所消耗的時(shí)間鏡像流技術(shù)快照技術(shù)3.2.2

10、部署虛擬器件在目標(biāo)機(jī)上啟動(dòng)部署后的虛擬器件將OVF Environment文件打包成ISO文件修改虛擬器件配置文件創(chuàng)建虛擬磁盤項(xiàng)在虛擬機(jī)管理平臺(tái)上注冊(cè)虛擬器件信息啟動(dòng)虛擬器件3.2.3 激活虛擬器件虛擬器件的激活在虛擬器件內(nèi)部讀取OVF Environment文件的信息，根據(jù)這些信息對(duì)虛擬器件內(nèi)的軟件進(jìn)行定制激活方式：安全手動(dòng)激活基于腳本的激活單個(gè)虛擬器件的自動(dòng)激活組成解決方案的多個(gè)虛擬器件的協(xié)同激活3.3 管理虛擬化解決方案數(shù)據(jù)中心的管理需要資源的自動(dòng)化調(diào)度和與業(yè)務(wù)相關(guān)的智能需要單個(gè)業(yè)務(wù)能夠自治管理也需要負(fù)責(zé)全局控制和協(xié)調(diào)的中心節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)和資源進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控、管理和調(diào)度通過(guò)虛擬化平臺(tái)

11、的管理功能實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬機(jī)的管理通過(guò)虛擬器件內(nèi)的管理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)解決方案的管理3.3 管理虛擬化解決方案虛擬化環(huán)境：監(jiān)測(cè)宿主機(jī),監(jiān)測(cè)虛擬機(jī)的資源使用情況、業(yè)務(wù)訪問(wèn)量, 根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行資源管理和調(diào)度虛擬化器件管理階段的關(guān)鍵技術(shù)集中監(jiān)控快捷管理動(dòng)態(tài)優(yōu)化高效備份3.3.1 集中監(jiān)控監(jiān)控虛擬化環(huán)境中的資源及運(yùn)行在虛擬器件上的解決方案數(shù)據(jù)中心的管理平臺(tái)在監(jiān)控方面做到：能夠集中監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)中心的所有資源監(jiān)控各資源的總量、使用情況、性能和健康狀況監(jiān)控各個(gè)物理機(jī)上的虛擬機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖以及虛擬機(jī)和物理機(jī)的位置關(guān)系能夠集中監(jiān)控所有虛擬器件上運(yùn)行的解決方案的狀態(tài)和流程讓用戶實(shí)時(shí)跟蹤解決方案在部署運(yùn)行期間的狀態(tài)和流程的實(shí)時(shí)情

12、況3.3.2 快捷管理管理指令主要針對(duì)三種類型的實(shí)體：基礎(chǔ)設(shè)施虛擬機(jī)虛擬器件內(nèi)的應(yīng)用、軟件、解決方案簡(jiǎn)化管理:管理操作的簡(jiǎn)化、流程化、自動(dòng)化虛擬器件內(nèi)部應(yīng)用的簡(jiǎn)化管理：借助于虛擬器件內(nèi)部的管理模塊物理機(jī)和虛擬機(jī)的簡(jiǎn)化管理：能夠與各種物理機(jī)、虛擬機(jī)平臺(tái)進(jìn)行通信，發(fā)出指令通用API:得到物理機(jī)資源狀況、開關(guān)虛擬機(jī)、監(jiān)控虛擬機(jī)狀態(tài)和資源使用情況、調(diào)整虛擬機(jī)資源，虛擬機(jī)實(shí)時(shí)遷移3.3.3 動(dòng)態(tài)優(yōu)化動(dòng)態(tài)資源優(yōu)化在虛擬化環(huán)境中，根據(jù)應(yīng)用、服務(wù)負(fù)載的變化為其所在的虛擬機(jī)及其所在的虛擬機(jī)及時(shí)、有效地分配虛擬化環(huán)境中的資源,保證既不會(huì)因?yàn)橘Y源缺乏而影響業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行，也不會(huì)造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)需要了解各個(gè)應(yīng)用、服務(wù)

13、可能的負(fù)載量，并根據(jù)一定的法則映射為物理資源類型和數(shù)量運(yùn)行時(shí)監(jiān)測(cè)性能數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)變化趨勢(shì)，進(jìn)行資源分配決策3.3.3 動(dòng)態(tài)優(yōu)化動(dòng)態(tài)優(yōu)化技術(shù)兩只“眼睛”從虛擬化平臺(tái)的角度進(jìn)行資源監(jiān)測(cè)，了解虛擬環(huán)境下各資源總數(shù)量和剩余數(shù)量從應(yīng)用、服務(wù)的角度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，了解各資源的使用情況兩只“手”宏觀調(diào)整：打開或關(guān)閉服務(wù)器或利用實(shí)時(shí)遷移技術(shù)移動(dòng)虛擬機(jī)微觀調(diào)整：負(fù)責(zé)調(diào)整某個(gè)服務(wù)、應(yīng)用所在部分或全部虛擬機(jī)的計(jì)算資源一個(gè)“大腦”具備性能分析預(yù)測(cè)、進(jìn)行資源動(dòng)態(tài)規(guī)劃和輸出調(diào)度結(jié)果的算法3.3.3 動(dòng)態(tài)優(yōu)化動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度算法：在決策空間中的搜索算法需要考慮的因素服務(wù)級(jí)別協(xié)定(SLA)負(fù)載的變化規(guī)律合理設(shè)定資源池資源消耗互補(bǔ)構(gòu)成

14、集群系統(tǒng)的虛擬機(jī)分開放置適量后備資源3.3.3 動(dòng)態(tài)優(yōu)化實(shí)時(shí)遷移技術(shù)：根據(jù)業(yè)務(wù)量的變化實(shí)時(shí)調(diào)整虛擬機(jī)所占用的資源XEN平臺(tái)實(shí)時(shí)遷移:前提是虛擬機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)方式啟動(dòng)Vmware VMotion:VMFS集群文件系統(tǒng),允許多個(gè)ESX Server同時(shí)訪問(wèn)鏡像IBM實(shí)時(shí)分區(qū)遷移(LPM)3.3.4 高效備份傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的備份技術(shù)已十分成熟虛擬化平臺(tái)下數(shù)據(jù)備份的問(wèn)題：大量具備高度相似內(nèi)容的虛擬機(jī)鏡像并存有些虛擬化平臺(tái)采用私有的文件系統(tǒng)格式采用多種虛擬化平臺(tái)時(shí)，需要考慮虛擬平臺(tái)的異構(gòu)性和多樣性多個(gè)虛擬器件才能承載單一解決方案，虛擬器件可能分布在多個(gè)虛擬化平臺(tái)上虛擬機(jī)可以實(shí)時(shí)遷移3.3.4 高效備份虛擬化平臺(tái)下，主流的備份機(jī)制：虛擬機(jī)上的備份沿襲傳統(tǒng)備份方法,在虛擬機(jī)上安裝和物理服務(wù)器上一樣的備份代理軟件優(yōu)點(diǎn)：最大限度兼容傳