云計算與大數(shù)據(jù) 課件 第4章 虛擬化

第4章虛擬化本章介紹的是虛擬化技術(shù)，將對虛擬化的簡介、對虛擬化技術(shù)的分類、系統(tǒng)虛擬化、虛擬化與云計算、相關(guān)開源技術(shù)以及虛擬化未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行講解，包括虛擬化的發(fā)展歷史以及虛擬化帶來的好處。通過對本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)該能對虛擬化技術(shù)有系統(tǒng)的了解以及對相關(guān)技術(shù)有一定的認(rèn)識。第1節(jié)

虛擬化簡介

1、什么是虛擬化

虛擬化是指計算機(jī)元件在虛擬的基礎(chǔ)上而不是在真實的、獨(dú)立的物理硬件基礎(chǔ)上運(yùn)行。

虛擬化架構(gòu)就是在一個物理硬件機(jī)器上同時運(yùn)行多個不同應(yīng)用的獨(dú)立的虛擬系統(tǒng)。

研發(fā)與測試

服務(wù)器合并

高級虛擬主機(jī)虛擬化架構(gòu)與傳統(tǒng)架構(gòu)的對比2、虛擬化的發(fā)展歷史

虛擬化技術(shù)的萌芽上世紀(jì)60年代開始，美國的計算機(jī)學(xué)術(shù)界就有了虛擬技術(shù)思想的萌芽。1959年克里斯托弗（ChristopherStrachey）發(fā)表了一篇學(xué)術(shù)報告，名為《大型高速計算機(jī)中的時間共享》（TimeSharinginLargeFastComputers），他在文中提出了虛擬化的基本概念，這篇文章也被認(rèn)為是虛擬化技術(shù)的最早論述。

虛擬化技術(shù)的雛形首次出現(xiàn)虛擬化技術(shù)是在20世紀(jì)的60年代，當(dāng)時的應(yīng)用是使用虛擬化對稀有而昂貴的資源—大型機(jī)硬件的分區(qū)。比如，IBM當(dāng)時就已經(jīng)在360/67，370等硬件體系上實現(xiàn)了虛擬化。IBM的虛擬化通過VMM把一個硬件虛擬成多個硬件（VM，VirtualMachine），各VM之間可以認(rèn)為是完全隔離的，在VM上可以運(yùn)行“任何”的操作系統(tǒng)，而不會對其它的VM產(chǎn)生影響。虛擬化標(biāo)準(zhǔn)的提出2、虛擬化的發(fā)展歷史

虛擬化標(biāo)準(zhǔn)的提出1974年，Popek和Goldberg在《FormalRequirementsforVirtualizableThirdGenerationArchitectures》一文中提出了一組稱為虛擬化準(zhǔn)則的充分條件，滿足條件的控制程序可以被稱為VMM。。

虛擬化的進(jìn)一步發(fā)展近幾年，軟硬件方面的進(jìn)步才使得虛擬化技術(shù)逐漸出現(xiàn)在基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的中低端服務(wù)器上。毫無疑問，虛擬化正在重組IT工業(yè)，同時它也正在支撐起云計算，云計算的平臺包括三類服務(wù)：軟件基礎(chǔ)實施即服務(wù)IaaS、平臺即服務(wù)PaaS、軟件即服務(wù)SaaS，而這三類服務(wù)的基礎(chǔ)都是虛擬化平臺。如果把云計算單純理解為虛擬化，其實也并不為過，因為沒有虛擬化的云計算，是不可能實現(xiàn)按需計算的目標(biāo)的。3、虛擬化帶來的好處

與傳統(tǒng)IT資源分配的應(yīng)用方式相比，使用虛擬化的優(yōu)勢有以下幾個方面：提高資源利用率通過整合服務(wù)器可以將共用的基礎(chǔ)架構(gòu)資源聚合到資源池中，打破原有的一臺服務(wù)器一個應(yīng)用程序的模式。降低成本，節(jié)能減排通過使用虛擬化，可以使所需的服務(wù)器及相關(guān)IT硬件的數(shù)量變少統(tǒng)一管理虛擬化系統(tǒng)將資源整合，在管理上十分方便提高安全性用戶可以在一臺計算機(jī)上模擬出多個不同的操作系統(tǒng)，在虛擬系統(tǒng)下的各個子系統(tǒng)相互獨(dú)立第2節(jié)虛擬化的分類

實際上，我們通常所說的虛擬化技術(shù)是指服務(wù)器虛擬化技術(shù)。而除此之外，還有網(wǎng)絡(luò)虛擬化、存儲虛擬化以及應(yīng)用虛擬化等。

1、服務(wù)器虛擬化

服務(wù)器虛擬化通過區(qū)分資源的優(yōu)先次序，并隨時隨地地將服務(wù)器資源分配給最需要它們的工作負(fù)載來簡化管理和提高效率，從而減少為單個工作負(fù)載峰值而儲備的資源。通過服務(wù)器虛擬化技術(shù)，用戶可以動態(tài)地啟用虛擬服務(wù)器（虛擬機(jī)）。服務(wù)器虛擬化x86服務(wù)器的虛擬化技術(shù)完全虛擬化使用Hypervisor在VM和底層硬件之間建立一個抽象層，Hypervisor捕獲CPU指令，為指令訪問硬件控制器和外設(shè)充當(dāng)中介。完全虛擬化的主要缺點(diǎn)是：Hypervisor會帶來處理開銷。準(zhǔn)虛擬化改動客戶操作系統(tǒng)，讓它以為自己運(yùn)行在虛擬環(huán)境下，能夠與Hypervisor協(xié)同工作。經(jīng)過準(zhǔn)虛擬化處理的服務(wù)器可與Hypervisor協(xié)同工作，其響應(yīng)能力幾乎不亞于未經(jīng)過虛擬化處理的服務(wù)器，性能較高操作系統(tǒng)層虛擬化在操作系統(tǒng)層面增添虛擬服務(wù)器功能。沒有獨(dú)立的Hypervisor層。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)。2、網(wǎng)絡(luò)虛擬化

網(wǎng)絡(luò)虛擬化將不同網(wǎng)絡(luò)的硬件和軟件資源結(jié)合成一個虛擬的整體，通常包括虛擬局域網(wǎng)和虛擬專用網(wǎng)。SDN

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SoftwareDefinedNetwork,SDN），是Emulex網(wǎng)絡(luò)一種新型網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)，是網(wǎng)絡(luò)虛擬化的一種實現(xiàn)方式，其核心技術(shù)OpenFlow通過將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制面與數(shù)據(jù)面分離開來，從而實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)流量的靈活控制，使網(wǎng)絡(luò)作為管道變得更加智能。SDN的基本定義和元素:分離控制和轉(zhuǎn)發(fā)的功能控制集中化使用廣泛定義的(軟件)接口使得網(wǎng)絡(luò)可以執(zhí)行程序化行為NFV網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化，NetworkFunctionVirtualization。通過使用x86等通用性硬件以及虛擬化技術(shù)，來承載很多功能的軟件處理。從而降低網(wǎng)絡(luò)昂貴的設(shè)備成本。使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能不再依賴于專用硬件資源可以充分靈活共享實現(xiàn)新業(yè)務(wù)的快速開發(fā)和部署基于實際業(yè)務(wù)需求進(jìn)行自動部署、彈性伸縮、故障隔離和自愈等3、存儲虛擬化

存儲虛擬化就是把各種不同的存儲設(shè)備有機(jī)的結(jié)合起來進(jìn)行使用，從而得到一個容量很大的“存儲池”，可以給各種服務(wù)器進(jìn)行靈活的使用，并且數(shù)據(jù)可以在各存儲設(shè)備間靈活轉(zhuǎn)移。存儲虛擬化的基本概念是將實際的物理存儲實體與存儲的邏輯表示分離開來，應(yīng)用服務(wù)器只與分配給它們的邏輯卷（或稱虛卷）打交道，而不用關(guān)心其數(shù)據(jù)是在哪個物理存儲實體上。存儲虛擬化技術(shù)主要分為硬件和軟件兩種方式來實現(xiàn)。3、存儲虛擬化4、應(yīng)用虛擬化

應(yīng)用虛擬化通常包括兩層含義，一是應(yīng)用軟件的虛擬化，二是桌面的虛擬化。應(yīng)用軟件虛擬化將應(yīng)用軟件從操作系統(tǒng)中分離出來，通過壓縮后的可執(zhí)行文件夾來運(yùn)行，而不必需要任何設(shè)備驅(qū)動程序或者與用戶的文件系統(tǒng)相連；桌面虛擬化技術(shù)把應(yīng)用程序的人機(jī)交互邏輯（應(yīng)用程序界面、鍵盤及鼠標(biāo)的操作、音頻輸入輸出、讀卡器、打印輸出等）與計算邏輯隔離開來，客戶端無需安裝軟件，通過網(wǎng)絡(luò)連接到應(yīng)用服務(wù)器上，計算邏輯從本地遷移到后臺的服務(wù)器完成，實現(xiàn)應(yīng)用的快速交付和統(tǒng)一管理。View4桌面虛擬化應(yīng)用5、技術(shù)比較

第3節(jié)系統(tǒng)虛擬化

系統(tǒng)虛擬化的核心思想是使用虛擬化軟件在一臺物理機(jī)上，虛擬出一臺或多臺虛擬機(jī)。步驟如下。利用虛擬化評估工具進(jìn)行容量規(guī)劃，實現(xiàn)同平臺應(yīng)用的資源整合；在服務(wù)器虛擬化的基礎(chǔ)上，虛擬化I/O和存儲；實現(xiàn)虛擬資源池的統(tǒng)一管理；從虛擬化邁向云計算，通過云計算實現(xiàn)跨系統(tǒng)的資源動態(tài)調(diào)整。第4節(jié)虛擬化與云計算云計算是業(yè)務(wù)模式，是產(chǎn)業(yè)形態(tài)，它不是一種具體的技術(shù)。比如IaaS，PaaS和SaaS都是云計算的表現(xiàn)形式。而虛擬化技術(shù)是一種具體的技術(shù)，虛擬化和分布式系統(tǒng)都是用來實現(xiàn)云計算的關(guān)鍵技術(shù)之一。虛擬化通過虛擬化技術(shù)，可以屏蔽不同硬件平臺的差異性屏蔽不同硬件的差異所帶來的軟件兼容問題通過虛擬化技術(shù)，可以將硬件的資源通過虛擬化軟件重新整合后分配給軟件使用虛擬化技術(shù)實現(xiàn)了硬件無差別的封裝，這種方式很適合于部署在云計算的大規(guī)模應(yīng)用中。第5節(jié)開源技術(shù)

1、XenXen是一個開放源代碼虛擬機(jī)監(jiān)視器，由劍橋大學(xué)開發(fā)。它打算在單個計算機(jī)上運(yùn)行多達(dá)100個滿特征的操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)必須進(jìn)行顯式地修改（“移植”）以在Xen上運(yùn)行。2、KVM

KVM使用Linux自身的調(diào)度器進(jìn)行管理，所以相對于Xen，其核心源碼很少，KVM的虛擬化需要硬件支持。它是基于硬件的完全虛擬化，目前已成為主流的VMM之一。3、OpenVZ

OpenVZ是基于Linux內(nèi)核和作業(yè)系統(tǒng)的操作系統(tǒng)級虛擬化技術(shù)。OpenVZ允許物理服務(wù)器運(yùn)行多個操作系統(tǒng)，被稱為虛擬專用服務(wù)器（VPS，VirtualPrivateServer）或虛擬環(huán)境（VE,VirtualEnvironment）。第6節(jié)虛擬化未來發(fā)展趨勢

云計算時代是開放、共贏的時代，作為云計算基礎(chǔ)架構(gòu)的虛擬化技術(shù)，將會不斷地有新的技術(shù)變革，逐步地增強(qiáng)開放性、安全性、兼容性以及用戶體驗。

連接協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化

平臺開放化

公有云私有化

虛擬化客戶端硬件化第7節(jié)本章小結(jié)

本章是對虛擬化的介紹，并對云計算與虛擬化的關(guān)系進(jìn)行了解讀。云