虛擬化數(shù)據(jù)中心的云操作系統(tǒng)課件

1Chapter3:VirtualMachinesandVirtualizationofClustersanddatacenters

虛擬機(jī)和集群與數(shù)據(jù)中心虛擬化1Chapter3:VirtualMachinesa23.1虛擬化的實(shí)現(xiàn)層次

虛擬化技術(shù)通過在同一個(gè)硬件主機(jī)上多路復(fù)用虛擬機(jī)的方式來共享昂貴的硬件資源，

虛擬化的基本思想是分離軟硬件以產(chǎn)生更好的系統(tǒng)性能

虛擬化實(shí)現(xiàn)的層次

引入虛擬化后，不同用戶應(yīng)用程序由自身的操作系統(tǒng)（即客戶操作系統(tǒng)）管理，并且那些客戶操作系統(tǒng)可以獨(dú)立于主機(jī)操作系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行在同一個(gè)硬件上，這通常是通過新添加一個(gè)稱為虛擬化層的軟件來完成，該虛擬化層稱為hypervisor或虛擬機(jī)監(jiān)視器（VirtualMachineMonitor，VMM）

23.1虛擬化的實(shí)現(xiàn)層次3圖3-1虛擬化前后的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，其中，VMM代表虛擬機(jī)監(jiān)視器3圖3-1虛擬化前后的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，其中，VMM代表4圖3-2從硬件到應(yīng)用程序的5個(gè)虛擬化抽象層次

4圖3-2從硬件到應(yīng)用程序的5個(gè)虛擬化抽象層次5Low-LevelVMMOperations(1)復(fù)用(CourtesyofMendelRosenblum,2006)5Low-LevelVMMOperations(1)復(fù)6Low-LevelVMMOperations(2)掛起(CourtesyofMendelRosenblum,2006)6Low-LevelVMMOperations(2)掛7Low-LevelVMMOperations(3)供應(yīng)(恢復(fù))(CourtesyofMendelRosenblum,2006)7Low-LevelVMMOperations(3)供8Low-LevelVMMOperations(4)動(dòng)態(tài)遷移(CourtesyofMendelRosenblum,2006)8Low-LevelVMMOperations(4)動(dòng)9指令集體系結(jié)構(gòu)級(jí)：代碼解釋和動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯硬件抽象級(jí)：虛擬化一個(gè)計(jì)算機(jī)硬件資源操作系統(tǒng)級(jí)：在單一物理服務(wù)器上創(chuàng)建隔離的容器和操作系統(tǒng)實(shí)例庫(kù)支持級(jí)：庫(kù)接口的虛擬化應(yīng)用程序級(jí)：進(jìn)程級(jí)虛擬化、高級(jí)語言（HighLevelLanguage，HLL）虛擬機(jī)9指令集體系結(jié)構(gòu)級(jí)：代碼解釋和動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯10VirtualizationatISAlevel:EmulatingagivenISAbytheISAofthehostmachine.Forexample,MIPSbinarycodecanrunonanx-86-basedhostmachinewiththehelpofISAemulation.Typicalsystems:Bochs,Crusoe,Quemu,BIRD,DynamoAdvantage:Itcanrunalargeamountoflegacybinarycodeswrittenforvariousprocessorsonanygivennewhardwarehostmachines;bestapplicationflexibilityShortcoming&limitation:Onesourceinstructionmayrequiretensorhundredsofnativetargetinstructionstoperformitsfunction,whichisrelativelyslow.V-ISArequiresaddingaprocessor-specificsoftwaretranslationlayerinthecomplier.10VirtualizationatISAlevel:11VirtualizationatHardwareAbstractionlevel:

Virtualizationisperformedrightontopofthehardware.ItgeneratesvirtualhardwareenvironmentsforVMs,andmanagestheunderlyinghardwarethroughvirtualization.Typicalsystems:VMware,VirtualPC,Denali,XenAdvantage:hashigherperformanceandgoodapplicationisolationShortcoming&limitation:veryexpensivetoimplement(complexity)11VirtualizationatHardwareA12VirtualizationatOperatingSystemlevel:

ItisanabstractionlayerbetweentraditionalOSanduserplacations.ThisvirtualizationcreatesisolatedcontainersonasinglephysicalserverandtheOS-instancetoutilizethehardwareandsoftwareindatacenters.Typicalsystems:Jail/VirtualEnvironment/Ensim'sVPS/FVMAdvantage:haveminimalstarup/shutdowncost,lowresourcerequirement,andhighscalability;synchronizeVMandhoststatechanges.Shortcoming&limitation:allVMsattheoperatingsystemlevelmusthavethesamekindofguestOS;poorapplicationflexibilityandisolation.12VirtualizationatOperating13LibrarySupportlevel:

ItcreatesexecutionenvironmentsforrunningalienprogramsonaplatformratherthancreatingVMtoruntheentireoperatingsystem.ItisdonebyAPIcallinterceptionandremapping.Typicalsystems:Wine,WAB,LxRun,VisualMainWinAdvantage:IthasverylowimplementationeffortShortcoming&limitation:poorapplicationflexibilityandisolation13LibrarySupportlevel:14User-Applicationlevel:

It

virtualizesanapplicationasavirtualmachine.ThislayersitsasanapplicationprogramontopofanoperatingsystemandexportsanabstractionofaVMthatcanrunprogramswrittenandcompiledtoaparticularabstractmachinedefinition.Typicalsystems:

JVM,NETCLI,PanotAdvantage:hasthebestapplicationisolationShortcoming&limitation:lowperformance,lowapplicationflexibilityandhighimplementationcomplexity.14User-Applicationlevel:虛擬化數(shù)據(jù)中心的云操作系統(tǒng)ppt課件16VMM的設(shè)計(jì)需求和提供商

硬件級(jí)虛擬化在真實(shí)硬件和傳統(tǒng)操作系統(tǒng)之間插入一層軟件，該層軟件通常稱為虛擬機(jī)監(jiān)視器（VMM）

對(duì)VMM有三個(gè)需求。第一，VMM應(yīng)該為程序提供與原始硬件機(jī)器基本一致的環(huán)境；第二，運(yùn)行在該環(huán)境中的程序的性能損失應(yīng)較低；第三，系統(tǒng)資源應(yīng)處于VMM的完全控制之中。

由VMM完全控制這些資源包括以下方面：(1)VMM負(fù)責(zé)為應(yīng)用程序分配硬件資源；(2)程序不能訪問任何未分配給它的資源；(3)在某些情況下，VMM可以獲得對(duì)已分配資源的控制權(quán)。

16VMM的設(shè)計(jì)需求和提供商MajorVMMandHypervisorProvidersMajorVMMandHypervisorProvi18操作系統(tǒng)級(jí)的虛擬化支持

操作系統(tǒng)級(jí)虛擬化在一個(gè)操作系統(tǒng)中插入一個(gè)虛擬化層來劃分機(jī)器的物理資源。它使得在一個(gè)操作系統(tǒng)內(nèi)核中可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)隔離的虛擬機(jī)。這種虛擬機(jī)也稱為VE（VirtualExecutionEnvironment）、VPS（VirtualPrivateSystem，虛擬專用系統(tǒng)）或容器。

從用戶的視角來看，VE就像真實(shí)服務(wù)器。VE有自己的進(jìn)程、文件系統(tǒng)、用戶賬號(hào)、帶有IP地址的網(wǎng)絡(luò)接口、路由表、防火墻規(guī)則及其他個(gè)人設(shè)置。

盡管VE可為不同用戶分別定制，但它們?nèi)怨蚕硗粋€(gè)操作系統(tǒng)內(nèi)核。因此，操作系統(tǒng)級(jí)虛擬化也稱為單操作系統(tǒng)鏡像虛擬化。

18操作系統(tǒng)級(jí)的虛擬化支持VirtualizationforLinuxand

WindowsNTPlatformsVirtualizationforLinuxand

202021虛擬化的中間件支持

21虛擬化的中間件支持22圖3.4vCUDA結(jié)構(gòu)的基本概念22圖3.4vCUDA結(jié)構(gòu)的基本概念233．2虛擬化的結(jié)構(gòu)/工具與機(jī)制hypervisor與Xen體系結(jié)構(gòu)

圖3-5Xen體系結(jié)構(gòu)用于控制和I/O的特殊零域并用于用戶應(yīng)用程序的客戶域233．2虛擬化的結(jié)構(gòu)/工具與機(jī)制圖3-5Xen體系結(jié)構(gòu)24Xen是一個(gè)由劍橋大學(xué)開發(fā)的開源hypervisor程序。Xen屬于微內(nèi)核hypervisor提供了一種客戶操作系統(tǒng)可以直接訪問物理設(shè)備的機(jī)制Xen提供了一個(gè)處于硬件和操作系統(tǒng)之間的虛擬環(huán)境Xen系統(tǒng)的核心組件是hypervisor、內(nèi)核和應(yīng)用程序具有控制特權(quán)的客戶操作系統(tǒng)稱為Domain0，其他客戶操作系統(tǒng)則稱為DomainUDomain0被首先啟動(dòng)。Domain0可以直接訪問硬件和管理設(shè)備。因此，Domain0的一個(gè)任務(wù)是為所有DomainU分配和映射硬件資源24Xen是一個(gè)由劍橋大學(xué)開發(fā)的開源hypervisor程序25全虛擬化的二進(jìn)制翻譯

根據(jù)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的不同，硬件虛擬化可以分為：全虛擬化和基于主機(jī)的虛擬化。

全虛擬化不需要修改主機(jī)操作系統(tǒng)。它依賴于二進(jìn)制翻譯來陷入和虛擬化一些敏感、不可虛擬化的指令的執(zhí)行?？蛻舨僮飨到y(tǒng)和它們的應(yīng)用由非臨界和臨界指令構(gòu)成。

在基于主機(jī)的系統(tǒng)虛擬化中，主機(jī)操作系統(tǒng)和客戶操作系統(tǒng)同時(shí)存在，虛擬化軟件層處于兩者之間。

該主機(jī)操作系統(tǒng)仍舊負(fù)責(zé)管理硬件。客戶操作系統(tǒng)安裝并運(yùn)行在虛擬化層之上。特定的應(yīng)用可運(yùn)行在虛擬機(jī)中。

25全虛擬化的二進(jìn)制翻譯26圖3-6復(fù)雜指令的間接執(zhí)行，即使用VMM二進(jìn)制翻譯客戶操作系統(tǒng)請(qǐng)求，并在同一臺(tái)主機(jī)上直接執(zhí)行簡(jiǎn)單指令26圖3-6復(fù)雜指令的間接執(zhí)行，即使用VMM二進(jìn)制翻譯客戶27編譯器支持的半虛擬化技術(shù)

半虛擬化需要修改客戶操作系統(tǒng)。半虛擬化虛擬機(jī)在用戶程序中提供了特殊的API，要求真正修改操作系統(tǒng)。

圖3-7半虛擬化的虛擬機(jī)體系結(jié)構(gòu)，其中包括為執(zhí)行虛擬化進(jìn)程而修改客戶操作系統(tǒng)內(nèi)核，將不可虛擬化的指令替換為對(duì)hypervisor或VMM的超級(jí)調(diào)用

27編譯器支持的半虛擬化技術(shù)圖3-7半虛擬化的虛擬機(jī)體系結(jié)28

圖3-8半虛擬化的客戶操作系統(tǒng)，由智能編譯器輔助將不可虛擬化的操作系統(tǒng)指令替換為超級(jí)調(diào)用28圖3-8半虛擬化的客戶操作系統(tǒng)，由智能編譯器輔助將29圖3-9使用半虛擬化的VMwareESXServer體系結(jié)構(gòu)29圖3-9使用半虛擬化的VMwareESXServ303.3CPU、內(nèi)存和I/O設(shè)備的虛擬化

為支持虛擬化，處理器利用硬件輔助虛擬化，引入一種特殊的運(yùn)行模式和指令，使得VMM和客戶操作系統(tǒng)可運(yùn)行在不同模式中，客戶操作系統(tǒng)及其應(yīng)用程序的所有敏感指令會(huì)陷入到VMM中。虛擬化的硬件支持

現(xiàn)代操作系統(tǒng)和處理器允許多個(gè)進(jìn)程同時(shí)運(yùn)行。如果處理器中沒有保護(hù)機(jī)制，那么不同進(jìn)程的所有指令都可以直接訪問硬件，很容易導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。因此，所有處理器都至少需要兩種模式（用戶模式和管理模式）來確保對(duì)臨界區(qū)硬件的受控訪問。運(yùn)行在管理模式的指令稱為特權(quán)指令，其他指令為非特權(quán)指令。

303.3CPU、內(nèi)存和I/O設(shè)備的虛擬化31圖3-10Intel對(duì)處理器、內(nèi)存和I/O設(shè)備虛擬化的硬件支持31圖3-10Intel對(duì)處理器、內(nèi)存和I/O設(shè)備虛擬化的32CPU虛擬化

虛擬機(jī)的非特權(quán)指令直接在物理主機(jī)中運(yùn)行

關(guān)鍵指令可以分為三類：特權(quán)指令、控制敏感指令和行為敏感指令。特權(quán)指令需要在特權(quán)模式中執(zhí)行，當(dāng)在特權(quán)模式之外執(zhí)行特權(quán)指令時(shí)會(huì)發(fā)生陷入?？刂泼舾兄噶顕L試改變使用資源的配置。行為敏感指令根據(jù)資源的配置情況會(huì)有不同的行為，包括在虛擬內(nèi)存中進(jìn)行的負(fù)載和存儲(chǔ)操作。VMM運(yùn)行在管理模式時(shí)，CPU支持在用戶模式運(yùn)行虛擬機(jī)的特權(quán)指令和非特權(quán)指令，則該CPU體系結(jié)構(gòu)是可虛擬化的。RISC的所有控制敏感指令和行為敏感指令都是特權(quán)指令，因此，RISC的CPU體系結(jié)構(gòu)是天然可虛擬化的。32CPU虛擬化33圖3-11Intel硬件輔助的CPU虛擬化33圖3-11Intel硬件輔助的CPU虛擬化34內(nèi)存虛擬化

客戶操作系統(tǒng)和VMM分別維護(hù)從虛擬內(nèi)存到物理內(nèi)存的映射和從物理內(nèi)存到機(jī)器內(nèi)存的映射，共兩級(jí)映射。客戶操作系統(tǒng)仍舊負(fù)責(zé)從虛擬地址到虛擬機(jī)的物理內(nèi)存地址的映射，VMM負(fù)責(zé)將客戶物理內(nèi)存映射到實(shí)際的機(jī)器內(nèi)存上

圖3-12兩級(jí)內(nèi)存映射過程34內(nèi)存虛擬化圖3-12兩級(jí)內(nèi)存映射過程35圖3-13使用Intel的EPT的內(nèi)存虛擬化（EPT也被稱為影子頁(yè)表）

35圖3-13使用Intel的EPT的內(nèi)存虛擬化（EPT也36I/O虛擬化I/O虛擬化包括管理虛擬設(shè)備和共享的物理硬件之間I/O請(qǐng)求的路由選擇。實(shí)現(xiàn)I/O虛擬化有三種方式：全設(shè)備模擬:一個(gè)設(shè)備的所有功能或總線結(jié)構(gòu)（如設(shè)備枚舉、識(shí)別、中斷和DMA）都可以在軟件中復(fù)制。半虛擬化:是Xen所采用的方法，是廣為熟知的分離式驅(qū)動(dòng)模型，由前端驅(qū)動(dòng)和后端驅(qū)動(dòng)兩部分構(gòu)成。前端驅(qū)動(dòng)運(yùn)行在DomainU中，而后端驅(qū)動(dòng)運(yùn)行在Domain0中，它們通過一塊共享內(nèi)存交互。直接I/O虛擬化:讓虛擬機(jī)直接訪問設(shè)備硬件。它能獲得近乎本地的性能，并且CPU開銷不高。36I/O虛擬化37圖3-14用于I/O虛擬化的設(shè)備模擬，虛擬化在中間層實(shí)現(xiàn)，將真實(shí)I/O設(shè)備映射到客戶設(shè)備驅(qū)動(dòng)使用的虛擬設(shè)備37圖3-14用于I/O虛擬化的設(shè)備模擬，虛擬化在中間層實(shí)38多核處理器的虛擬化

主要有兩個(gè)困難：一是應(yīng)用程序編程者必須完全并行地使用所有處理器核，二是軟件必須明確地為處理器核分配任務(wù)。

物理處理器核與虛擬處理器核:圖3.16多核虛擬化方法，當(dāng)實(shí)際只有三個(gè)核存在時(shí)給軟件暴露4個(gè)VCPU38多核處理器的虛擬化圖3.16多核虛擬化方法，當(dāng)實(shí)際只有三39VirtualCoresvs.PhysicalProcessorCoresPhysicalcoresVirtualcoresTheactualphysicalcorespresentintheprocessor.TherecanbemorevirtualcoresvisibletoasingleOSthantherearephysicalcores.Moreburdenonthesoftwaretowriteapplicationswhichcanrundirectlyonthecores.Designofsoftwarebecomeseasierasthehardwareassiststhesoftwareindynamicresourceutilization.Hardwareprovidesnoassistancetothesoftwareandishencesimpler.Hardwareprovidesassistancetothesoftwareandishencemorecomplex.Poorresourcemanagement.Betterresourcemanagement.Thelowestlevelofsystemsoftwarehastobemodified.Thelowestlevelofsystemsoftwareneednotbemodified.39VirtualCoresvs.Physical40虛擬層次結(jié)構(gòu)

在一個(gè)物理處理器上覆蓋一層一致的、緩沖的層次結(jié)構(gòu)。不像固定的物理層次結(jié)構(gòu)，虛擬層次體系結(jié)構(gòu)可以通過自動(dòng)調(diào)整空間共享負(fù)載的方式來獲得更好的性能和性能隔離性

片上眾核多處理器使用一個(gè)兩級(jí)或更多級(jí)緩沖的物理層次結(jié)構(gòu)，它靜態(tài)確定緩沖的分配和映射。

一個(gè)虛擬層次結(jié)構(gòu)是能夠動(dòng)態(tài)適應(yīng)單一負(fù)載或混合負(fù)載的緩沖層次結(jié)構(gòu)

40虛擬層次結(jié)構(gòu)41圖3-17片上多處理器的服務(wù)器合并，通過虛擬機(jī)的空間共享將虛擬機(jī)映射到眾核上，形成多個(gè)虛擬集群，分別執(zhí)行不同的負(fù)載41圖3-17片上多處理器的服務(wù)器合并，通過虛擬機(jī)的空間共423.4虛擬集群和資源管理物理集群與虛擬集群

虛擬集群由多個(gè)客戶虛擬機(jī)構(gòu)成，這些客戶虛擬機(jī)安裝在由一個(gè)或多個(gè)物理集群構(gòu)成的分布式服務(wù)器上。在邏輯上，處于一個(gè)虛擬集群的客戶虛擬機(jī)通過一個(gè)跨越了多個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)的虛擬網(wǎng)絡(luò)互連在一起。

423.4虛擬集群和資源管理43為虛擬集群提供虛擬機(jī)的過程可以動(dòng)態(tài)進(jìn)行：虛擬集群節(jié)點(diǎn)可以是物理機(jī)器或虛擬機(jī)器主機(jī)操作系統(tǒng)管理物理機(jī)器的資源，虛擬機(jī)運(yùn)行其上，并且可以運(yùn)行與主機(jī)相異的操作系統(tǒng)。使用虛擬機(jī)的目的是合并同一臺(tái)物理服務(wù)器的多個(gè)功能。虛擬機(jī)可以在多個(gè)物理服務(wù)器上備份，以提高分布式并行度、容錯(cuò)性，加快災(zāi)難恢復(fù)速度。虛擬集群的節(jié)點(diǎn)數(shù)可以動(dòng)態(tài)增減，與P2P網(wǎng)絡(luò)中覆蓋網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模變化類似。物理節(jié)點(diǎn)的失效會(huì)使得運(yùn)行在其上的虛擬機(jī)也失效，但是虛擬機(jī)的失效不會(huì)影響主機(jī)系統(tǒng)。43為虛擬集群提供虛擬機(jī)的過程可以動(dòng)態(tài)進(jìn)行：44圖3-19基于應(yīng)用程序劃分的虛擬集群概念44圖3-19基于應(yīng)用程序劃分的虛擬集群概念45快速部署和有效調(diào)度:

系統(tǒng)應(yīng)具備快速部署的能力。快速部署要求如下兩點(diǎn)：一是在集群內(nèi)的物理節(jié)點(diǎn)上盡快構(gòu)建和發(fā)布軟件棧（包括操作系統(tǒng)、庫(kù)、應(yīng)用程序）；二是運(yùn)行時(shí)環(huán)境可以從一個(gè)用戶虛擬集群快速切換至另一個(gè)用戶虛擬集群。

虛擬化的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在虛擬集群中應(yīng)用程序的負(fù)載均衡。負(fù)載均衡可以通過使用負(fù)載指數(shù)和用戶登錄頻率等指標(biāo)來完成，虛擬集群的自動(dòng)伸縮機(jī)制可以基于該模型實(shí)現(xiàn)。高性能虛擬存儲(chǔ)

存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以用于減少虛擬集群分布式文件系統(tǒng)中的復(fù)制塊45快速部署和有效調(diào)度:46在線遷移虛擬機(jī)的步驟與性能影響:

在虛擬集群中，虛擬機(jī)客戶系統(tǒng)與主機(jī)系統(tǒng)并存，并且虛擬機(jī)運(yùn)行在物理主機(jī)之上。當(dāng)一個(gè)虛擬機(jī)失效時(shí)，其角色可被其他節(jié)點(diǎn)上的虛擬機(jī)替代，只要兩個(gè)虛擬機(jī)運(yùn)行相同的客戶操作系統(tǒng)即可。

一個(gè)物理節(jié)點(diǎn)可以故障轉(zhuǎn)移至另一個(gè)主機(jī)的虛擬機(jī)上。

46在線遷移虛擬機(jī)的步驟與性能影響:47管理虛擬集群共有四種方式:

第一種方式是基于客戶的管理器，其中集群管理器處于客戶系統(tǒng)中。在這種管理方式中，多個(gè)虛擬機(jī)形成一個(gè)虛擬集群。

第二種方式是基于主機(jī)的集群管理器。監(jiān)督客戶系統(tǒng)且能在另一個(gè)物理機(jī)器上重啟客戶系統(tǒng)。

第三種方式是在主機(jī)系統(tǒng)和客戶系統(tǒng)中使用相互獨(dú)立的集群管理器來管理虛擬集群。然而，這會(huì)使基礎(chǔ)設(shè)施管理變得更為復(fù)雜。

第四種方式是在主機(jī)系統(tǒng)和客戶系統(tǒng)中使用集成的集群。這表示管理器能區(qū)分虛擬資源和物理資源。

47管理虛擬集群共有四種方式:48

虛擬機(jī)可以從一臺(tái)物理機(jī)器在線遷移至另一臺(tái)物理機(jī)器。發(fā)生失效時(shí)，一個(gè)虛擬機(jī)可被另一個(gè)虛擬機(jī)替代。

虛擬集群可以應(yīng)用在計(jì)算網(wǎng)格、云平臺(tái)和高性能計(jì)算系統(tǒng)中。虛擬集群化的主要吸引力在于它可根據(jù)用戶需求或節(jié)點(diǎn)失效后快速提供動(dòng)態(tài)資源。尤其是，虛擬集群化在云計(jì)算中發(fā)揮著重要作用。當(dāng)虛擬機(jī)運(yùn)行在線服務(wù)時(shí)，在線虛擬機(jī)遷移方案的設(shè)計(jì)目標(biāo)是最小化如下三個(gè)指標(biāo)：微小的停機(jī)時(shí)間、最低的網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗及合理的總遷移時(shí)間。

一臺(tái)虛擬機(jī)可能處于如下四種狀態(tài)之一：非活躍狀態(tài)、活躍狀態(tài)、中止?fàn)顟B(tài)、掛起狀態(tài)。

在線遷移虛擬機(jī)包括如下6個(gè)步驟:48虛擬機(jī)可以從一臺(tái)物理機(jī)器在線遷移至另一臺(tái)物理機(jī)器494950圖3-21將虛擬機(jī)從一個(gè)失效的Web服務(wù)器遷移到另一臺(tái)服務(wù)器期間的數(shù)據(jù)傳輸速率變化情況50圖3-21將虛擬機(jī)從一個(gè)失效的Web服務(wù)器遷移到另一臺(tái)服51內(nèi)存、文件與網(wǎng)絡(luò)資源的遷移

內(nèi)存遷移：將虛擬機(jī)的內(nèi)存實(shí)例從一個(gè)物理節(jié)點(diǎn)遷移至另一個(gè)物理節(jié)點(diǎn)文件系統(tǒng)遷移：為每個(gè)虛擬機(jī)提供一個(gè)一致的、位置無關(guān)的、在所有物理主機(jī)上都可訪問的文件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)遷移：遷移虛擬機(jī)時(shí)應(yīng)維持所有開放的網(wǎng)絡(luò)連接，不應(yīng)依賴原始主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)或者依賴移動(dòng)性或重定向機(jī)制的支持。

在線遷移機(jī)制主要使用預(yù)復(fù)制的方法，首先傳輸所有的內(nèi)存頁(yè)，然后迭代地只傳輸上次傳輸過程中被修改的內(nèi)存頁(yè)。

51內(nèi)存、文件與網(wǎng)絡(luò)資源的遷移52圖3-22從零域在線遷移虛擬機(jī)到一個(gè)基于Xen的目標(biāo)主機(jī)52圖3-22從零域在線遷移虛擬機(jī)到一個(gè)基于Xen的目標(biāo)主53虛擬集群的動(dòng)態(tài)部署

53虛擬集群的動(dòng)態(tài)部署54圖3-23美國(guó)杜克大學(xué)的COD項(xiàng)目將一個(gè)物理集群劃分為多個(gè)虛擬集群54圖3-23美國(guó)杜克大學(xué)的COD項(xiàng)目將一個(gè)物理集群劃分為圖3-24在杜克大學(xué)運(yùn)行8天COD時(shí)集群規(guī)模的變化情況圖3-24在杜克大學(xué)運(yùn)行8天COD時(shí)集群規(guī)模的變化情況56圖3-25普度大學(xué)的VIOLIN項(xiàng)目在5個(gè)虛擬環(huán)境共享2個(gè)托管集群的自適應(yīng)場(chǎng)景。注意，自適應(yīng)前后都有很多空閑節(jié)點(diǎn)（空白方塊）56圖3-25普度大學(xué)的VIOLIN項(xiàng)目在5個(gè)虛擬環(huán)境共享2573.5數(shù)據(jù)中心的自動(dòng)化與虛擬化數(shù)據(jù)中心服務(wù)器合并

服務(wù)器合并采用減少物理服務(wù)器數(shù)目的方法，是改進(jìn)硬件資源低利用效率的有效途徑。在許多服務(wù)器合并技術(shù)（如集中合并和物理合并）中，基于虛擬化的服務(wù)器合并是最有效的合并方式。

數(shù)據(jù)中心需要優(yōu)化其資源管理，但是這些服務(wù)器合并技術(shù)在服務(wù)器整機(jī)級(jí)別進(jìn)行，很難使資源管理得到有效優(yōu)化。合并增強(qiáng)了硬件利用效率使資源得到更靈活的配置和調(diào)度總體擁有成本得到降低?？梢愿倪M(jìn)可用性和業(yè)務(wù)連續(xù)性

573.5數(shù)據(jù)中心的自動(dòng)化與虛擬化58虛擬存儲(chǔ)管理

在系統(tǒng)虛擬化中，虛擬存儲(chǔ)包括由VMM和客戶操作系統(tǒng)管理的存儲(chǔ)。

存儲(chǔ)在該環(huán)境中的數(shù)據(jù)可被分為兩類：虛擬機(jī)鏡像和應(yīng)用程序數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)虛擬化最重要的方面是封裝和隔離。傳統(tǒng)操作系統(tǒng)和運(yùn)行其上的應(yīng)用程序可被封裝到虛擬機(jī)之中。在一個(gè)虛擬機(jī)中僅運(yùn)行一個(gè)操作系統(tǒng)，而該操作系統(tǒng)中則可運(yùn)行許多