Module 02 虛擬化技術基礎 v2.0

修訂記錄課程編碼適用產品產品版本課程版本ISSUEHC1108104云計算V1R3C00V1.0開發(fā)/優(yōu)化者時間審核人開發(fā)類型（新開發(fā)/優(yōu)化）丁紅云-等2013-06Fly新開發(fā)王國華2014-08Fly優(yōu)化本頁不打印第二章

虛擬化技術目標學完本課程后，您將能夠:什么是虛擬化技術計算虛擬化技術存儲虛擬化技術網絡虛擬化技術如何創(chuàng)建一個虛擬機目錄虛擬化技術介紹計算虛擬化技術存儲虛擬化技術網絡虛擬化技術創(chuàng)建虛擬機簡介虛擬化的起源虛擬化發(fā)展由來虛擬化技術推動力60年代在大型機上虛擬技術已經有所應用99年在小型機上已經出現邏輯分區(qū)的應用2000年x86平臺虛擬技術開始出現2001年x86平臺虛擬化技術在服務器上應用CPU速度越來越快，超出軟件對硬件性能的要求INTEL和AMD在CPU里加入虛擬指令企業(yè)成本壓力環(huán)保壓力不斷增長的業(yè)務壓力什么是虛擬化IT資源獨立操作系統(tǒng)與硬件緊耦合資源抽像成共享資源池操作系統(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WindowsAPPLinuxAPPLinuxAPPServer1Server2Server3APPWinLinuxAPPAPPWinLinuxAPPAPPWinLinuxAPPAPPWinLinuxAPPAPPWinLinuxAPPAPPWinLinuxAPP資源池化虛擬化層虛擬化層虛擬化層虛擬化的好處提高硬件利用率降低能耗，綠色節(jié)能提高了IT運維效率，系統(tǒng)管理人員減少操作系統(tǒng)和硬件的解耦虛擬化的本質相對于硬件獨立無需修改即可在任何服務器上運行虛擬機分區(qū)在單一物理服務器上同時運行多個虛擬機隔離在同一服務器上的虛擬機之間相互隔離封裝整個虛擬機都保存在文件中，可以通過移動文件的方式來遷移該虛擬機虛擬化的本質相對于硬件獨立無需修改即可在任何服務器上

運行虛擬機分區(qū)在單一物理服務器上同時運行

多個虛擬機隔離在同一服務器上的虛擬機之間

相互隔離封裝整個虛擬機都保存在文件中，可以通過移動文件的方式來遷移虛擬機虛擬化中的幾個重要概念物理機虛擬機硬件HostMachine操作系統(tǒng)HostOS硬件HostMachine虛擬機監(jiān)控器Hypervisor虛擬機GuestMachine操作系統(tǒng)GuestOS虛擬機GuestMachine操作系統(tǒng)GuestOS虛擬化類型介紹寄居虛擬化宿主操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)應用應用虛擬化層裸金屬虛擬化虛擬化層應用操作系統(tǒng)應用服務控制臺應用操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)虛擬化宿主操作系統(tǒng)虛擬容器應用系統(tǒng)模板庫虛擬容器應用系統(tǒng)模板庫寄居虛擬化裸金屬虛擬化操作系統(tǒng)虛擬化優(yōu)點簡單、易于實現虛擬機不依賴于操作系統(tǒng)支持多種操作系統(tǒng)，多種應用簡單、易于實現管理開銷非常低缺點安裝和運行應用程序依賴于主機操作系統(tǒng)對設備的支持管理開銷較大，性能損耗大虛擬層內核開發(fā)難度大隔離性差，多容器共享同一操作系統(tǒng)廠家VMwareWorkstationVitrualPCWMwareESXServerCitrixXenServerRedhatKVMMicrosoftHyper-V華為

FusionSphereVirtuozzo虛擬化的主要內容CPU虛擬化內存虛擬化I/O虛擬化123計算虛擬化存儲虛擬化網絡虛擬化目錄虛擬化技術介紹計算虛擬化技術存儲虛擬化技術網絡虛擬化技術創(chuàng)建虛擬機簡介計算虛擬化分類計算資源的虛擬化，可以歸結為三個方面：CPU虛擬化內存虛擬化IO虛擬化CPU虛擬化虛擬機VM共享CPU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，從而根據調度機制進行調度操作系統(tǒng)VMM硬件CPU指令1指令（1）CPU虛擬化-X86構架X86架構存在虛擬化漏洞x86ISA中有19條敏感指令不是特權指令，因此x86無法使用經典的虛擬化技術完全虛擬化解決辦法半虛擬化全虛擬化硬件輔助虛擬化內存虛擬化內存虛擬化：把物理機的真實物理內存統(tǒng)一管理，包裝成多個虛擬機的內存給若干虛擬機使用。MachinePhysicalMemoryVirtualMachineMonitor(VMM)GuestPhysicalMemory5132432145VM1VM4VM3VM2I/O虛擬化現實中的外設資源是有限的，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資源VMM截獲客戶操作系統(tǒng)對設備的訪問請求，然后通過軟件的方式來模擬真實設備的效果Domain0I/O虛擬化-前后端驅動模型前端設備驅動將數據通過VMM提供的接口轉發(fā)到后端驅動后端驅動VM的數據進行分時分通道進行處理物理硬件（處理器，內存，1/O設備）虛擬機監(jiān)控器內核用戶態(tài)控制面板后端驅動設備驅動DomainU內核用戶態(tài)前端驅動Intel硬件虛擬化技術硬件虛擬化I/O輔助虛擬化VT-d:VirtualizationTechnologyforDirectedI/O網絡輔助虛擬化VT-c:VirtualizationTechnologyforConnectivity可信執(zhí)行技術TXT-TrustedExecutionTechnology處理器輔助虛擬化VT-x:VirtualizationTechnologyforIA-32目錄虛擬化技術介紹計算虛擬化技術存儲虛擬化技術網絡虛擬化技術創(chuàng)建虛擬機簡介什么是存儲虛擬化存儲虛擬化的概念存儲虛擬化是在存儲設備上加入一個邏輯層，通過邏輯層訪問存儲資源對管理員來說，可以很方便的調整存儲資源，提高存儲利用率對終端用戶來說，集中的存儲設備可以提供更好的性能和易用性存儲虛擬化的實現方式裸設備+邏輯卷存儲設備虛擬化主機存儲虛擬化+文件系統(tǒng)存儲虛擬化的原理主機存儲虛擬化+文件系統(tǒng)存儲設備虛擬化裸設備+邏輯卷裸設備+邏輯卷的結構用戶虛擬機主機內核空間用戶虛擬機后端卷掛載驅動前端驅動前端驅動邏輯卷邏輯卷通用塊層設備驅動層存儲設備存儲設備虛擬化的結構用戶虛擬機用戶虛擬機管理節(jié)點后端卷掛載驅動前端驅動前端驅動存儲管理邏輯卷邏輯卷通用塊層設備驅動層FusionStorageS5500T主機內核空間計算節(jié)點存儲管理存儲虛擬化+文件系統(tǒng)的結構用戶虛擬機用戶虛擬機后端卷掛載驅動前端驅動前端驅動鏡像文件通用塊層設備驅動層SANNAS主機內核空間本地磁盤NFS文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)主機用戶空間用戶態(tài)掛載驅動存儲虛擬化類型虛擬化類型裸設備+邏輯卷存儲設備虛擬化主機存儲虛擬化+文件系統(tǒng)支持的業(yè)務精簡置備磁盤（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本地存儲目錄虛擬化技術介紹計算虛擬化技術存儲虛擬化技術網絡虛擬化技術創(chuàng)建虛擬機簡介網絡虛擬化的背景傳統(tǒng)數據中心云數據中心計算虛擬化服務器交換機服務器交換機…虛擬機……遷移大二層網絡需求服務器一虛多服務器多虛一網絡融合高可靠性網絡邏輯隔離云計算ETH承載大量東西向流量虛擬感知多租戶隔離租戶間安全VM大范圍遷移FCoE和DCB鏈路冗余網絡需求網絡需求網絡需求網絡需求網絡需求多路徑二層網絡云計算的業(yè)務需求，帶來了對DC網絡模型的新需求：二層網絡：VM大范圍遷移、存儲融合的基礎要求多路徑：大量橫向流量、高可靠的基礎要求網絡虛擬化視圖物理設備虛擬化QBG/QBRTRILLSPB服務器虛擬化VMDQSR-IOVVXLAN虛擬交換安全QoS監(jiān)控維護虛擬交換技術PCICPU網卡網線物理交換機服務器vSwitcheSwitchQBG123123描述：服務器內部CPU實現虛擬交換功能；

優(yōu)點：功能擴展靈活；缺點：消耗服務器CPU，性能較低；描述：網卡實現完整的虛擬交換功能；優(yōu)點：性能高、節(jié)省服務器CPU資源；缺點：依賴特殊網卡硬件；描述：物理交換機實現虛擬交換功能；優(yōu)點：可繼承交換機的二層特性；缺點：規(guī)格小、擴展困難、Hypervisor均不支持。網絡設備的大二層技術特性SPBTRILL陣營華為、Avaya、HP、Ericsson、ALCisco、華為、Brocade、HP、IBM虛擬機在線無損遷移支持支持多租戶16M(24位I-SID標識)4K(12位VLANID標識)收斂速度慢(源端集中計算路徑,計算工作量大)快(基于每跳的轉發(fā)行為,采用分布式計算路徑,計算工作量小)兼容性不支持(無法兼容原有交換機,需全新建)支持(可兼容原有交換機,可平滑遷移原有的交換機)租戶ACVLAN=1映射到I-SID=100租戶A租戶ACVLAN=10映射到I-SID=100CVLAN=1映射到I-SID=100租戶BCVLAN=10映射到I-SID=200租戶BCVLAN=1映射到I-SID=200租戶BCVLAN=1映射到I-SID=200I-SID200邏輯廣播域I-SID100邏輯廣播域租戶A租戶A租戶ACVLAN=1CVLAN=1租戶BCVLAN=2租戶BCVLAN=2租戶BCVLAN=2CVLAN1、CVLAN2共享的邏輯廣播域SPB/AQTRILL疊加大二層網絡技術STP/TRILL/OSPFVMvSwitch-1Server-1VMVMvSwitch-2Server-2VMVMvSwitch-nServer-nVM…VXLAN物理網絡無環(huán)多路徑快速收斂大規(guī)模VXLAN疊加網絡大范圍遷移（位置無關性）避免對物理網絡的自動配置多租戶（16M）華為方案與技術的關聯華為當前的網絡虛擬化解決方案：分布式虛擬交換支持vSwitch和eSwitch兩種方式華為支持網絡設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目錄虛擬化技術介紹計算虛擬化技術存儲虛擬化技術網絡虛擬化技術創(chuàng)建虛擬機簡介“攢”（虛擬）機之預算篇用途數量CPU內存硬盤文秘用來文本編輯2臺2GHz、1核2G10G美工用來圖像處理1臺2GHz、4核4G80G文件共享服務器1臺2GHz、1核2G500G合計4臺7×80%=6核10×80%=8G600G虛擬化技術大幅提升資源利用率，所以6核CPU當7核用，8G內存當10G用一臺低端服務器上（1萬塊），可部署4臺虛擬機作為應用服務器。＋‖成本大幅下降“攢”（虛擬）機之硬件篇物理硬件華為虛擬化技術虛擬硬件云數據中心管理員虛擬機使用者＋＋＝虛擬機下發(fā)指令“攢”（虛擬）機之軟件篇虛擬機使用者瘦終端PC網絡虛擬機安裝操作系統(tǒng)（可選）安裝各種應用軟件虛擬機創(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…從一堆物理服務器中找了一臺，這臺服務器上正好有兩個空閑的CPU(虛擬的)，2G空閑的內存，1塊虛擬網卡…把這個虛擬的硬盤掛到這臺物理服務器上用這些CPU，內存，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協議將ISO掛載到VNA節(jié)點，設置虛擬機從虛擬光驅啟動，加載ISO文件…VNC登錄界面按照提示安裝系統(tǒng)…大功告成您稍等，馬上給您攢一個…我要一個虛擬機，雙CPU，2G內存，100G硬盤，1塊網卡操作系統(tǒng)是Windows7，裝了office，foxmail…虛擬機規(guī)格