云計(jì)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(duì)虛擬化的簡(jiǎn)介、對(duì)虛擬化技術(shù)的分類(lèi)、系統(tǒng)虛擬化、虛擬化與云計(jì)算、相關(guān)開(kāi)源技術(shù)以及虛擬化未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行講解，包括虛擬化的發(fā)展歷史以及虛擬化帶來(lái)的好處。通過(guò)對(duì)本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)該能對(duì)虛擬化技術(shù)有系統(tǒng)的了解以及對(duì)相關(guān)技術(shù)有一定的認(rèn)識(shí)。第1節(jié)

虛擬化簡(jiǎn)介

1、什么是虛擬化

虛擬化是指計(jì)算機(jī)元件在虛擬的基礎(chǔ)上而不是在真實(shí)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(gè)物理硬件機(jī)器上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)不同應(yīng)用的獨(dú)立的虛擬系統(tǒng)。

研發(fā)與測(cè)試

服務(wù)器合并

高級(jí)虛擬主機(jī)虛擬化架構(gòu)與傳統(tǒng)架構(gòu)的對(duì)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(kāi)始，美國(guó)的計(jì)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(bào)告，名為《大型高速計(jì)算機(jī)中的時(shí)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(shí)的應(yīng)用是使用虛擬化對(duì)稀有而昂貴的資源—大型機(jī)硬件的分區(qū)。比如，IBM當(dāng)時(shí)就已經(jīng)在360/67，370等硬件體系上實(shí)現(xiàn)了虛擬化。IBM的虛擬化通過(guò)VMM把一個(gè)硬件虛擬成多個(gè)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(huì)對(duì)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(wú)疑問(wèn)，虛擬化正在重組IT工業(yè)，同時(shí)它也正在支撐起云計(jì)算，云計(jì)算的平臺(tái)包括三類(lèi)服務(wù)：軟件基礎(chǔ)實(shí)施即服務(wù)IaaS、平臺(tái)即服務(wù)PaaS、軟件即服務(wù)SaaS，而這三類(lèi)服務(wù)的基礎(chǔ)都是虛擬化平臺(tái)。如果把云計(jì)算單純理解為虛擬化，其實(shí)也并不為過(guò)，因?yàn)闆](méi)有虛擬化的云計(jì)算，是不可能實(shí)現(xiàn)按需計(jì)算的目標(biāo)的。3、虛擬化帶來(lái)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(shì)有以下幾個(gè)方面：提高資源利用率通過(guò)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(tái)服務(wù)器一個(gè)應(yīng)用程序的模式。降低成本，節(jié)能減排通過(guò)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(tái)計(jì)算機(jī)上模擬出多個(gè)不同的操作系統(tǒng)，在虛擬系統(tǒng)下的各個(gè)子系統(tǒng)相互獨(dú)立第2節(jié)虛擬化的分類(lèi)

實(shí)際上，我們通常所說(shuō)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(chǔ)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(guò)區(qū)分資源的優(yōu)先次序，并隨時(shí)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(lái)簡(jiǎn)化管理和提高效率，從而減少為單個(gè)工作負(fù)載峰值而儲(chǔ)備的資源。通過(guò)服務(wù)器虛擬化技術(shù)，用戶可以動(dòng)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(gè)抽象層，Hypervisor捕獲CPU指令，為指令訪問(wèn)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(huì)帶來(lái)處理開(kāi)銷(xiāo)。準(zhǔn)虛擬化改動(dòng)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(guò)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(guò)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(méi)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(gè)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(shí)現(xiàn)方式，其核心技術(shù)OpenFlow通過(guò)將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制面與數(shù)據(jù)面分離開(kāi)來(lái)，從而實(shí)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(guò)使用x86等通用性硬件以及虛擬化技術(shù)，來(lái)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(shí)現(xiàn)新業(yè)務(wù)的快速開(kāi)發(fā)和部署基于實(shí)際業(yè)務(wù)需求進(jìn)行自動(dòng)部署、彈性伸縮、故障隔離和自愈等3、存儲(chǔ)虛擬化

存儲(chǔ)虛擬化就是把各種不同的存儲(chǔ)設(shè)備有機(jī)的結(jié)合起來(lái)進(jìn)行使用，從而得到一個(gè)容量很大的“存儲(chǔ)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(chǔ)設(shè)備間靈活轉(zhuǎn)移。存儲(chǔ)虛擬化的基本概念是將實(shí)際的物理存儲(chǔ)實(shí)體與存儲(chǔ)的邏輯表示分離開(kāi)來(lái)，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(gè)物理存儲(chǔ)實(shí)體上。存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)主要分為硬件和軟件兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。3、存儲(chǔ)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(lái)，通過(guò)壓縮后的可執(zhí)行文件夾來(lái)運(yùn)行，而不必需要任何設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(pán)及鼠標(biāo)的操作、音頻輸入輸出、讀卡器、打印輸出等）與計(jì)算邏輯隔離開(kāi)來(lái)，客戶端無(wú)需安裝軟件，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接到應(yīng)用服務(wù)器上，計(jì)算邏輯從本地遷移到后臺(tái)的服務(wù)器完成，實(shí)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(tái)物理機(jī)上，虛擬出一臺(tái)或多臺(tái)虛擬機(jī)。步驟如下。利用虛擬化評(píng)估工具進(jìn)行容量規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)同平臺(tái)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(chǔ)；實(shí)現(xiàn)虛擬資源池的統(tǒng)一管理；從虛擬化邁向云計(jì)算，通過(guò)云計(jì)算實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)的資源動(dòng)態(tài)調(diào)整。第4節(jié)虛擬化與云計(jì)算云計(jì)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(jì)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(lái)實(shí)現(xiàn)云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)之一。虛擬化通過(guò)虛擬化技術(shù)，可以屏蔽不同硬件平臺(tái)的差異性屏蔽不同硬件的差異所帶來(lái)的軟件兼容問(wèn)題通過(guò)虛擬化技術(shù)，可以將硬件的資源通過(guò)虛擬化軟件重新整合后分配給軟件使用虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了硬件無(wú)差別的封裝，這種方式很適合于部署在云計(jì)算的大規(guī)模應(yīng)用中。第5節(jié)開(kāi)源技術(shù)

1、XenXen是一個(gè)開(kāi)放源代碼虛擬機(jī)監(jiān)視器，由劍橋大學(xué)開(kāi)發(fā)。它打算在單個(gè)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行多達(dá)100個(gè)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(duì)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(jí)虛擬化技術(shù)。OpenVZ允許物理服務(wù)器運(yùn)行多個(gè)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(lái)發(fā)展趨勢(shì)

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

連接協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化

平臺(tái)開(kāi)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(duì)虛擬化的介紹，并對(duì)云計(jì)算與虛擬化的關(guān)系進(jìn)行了解讀。云