大學校園網絡的設計與搭建@文獻綜述(虛擬化技術)

單位代碼XX學號XXXXXX分類號XXXX密級文獻綜述虛擬化技術的總體綜述院〔系〕名稱XX學院專業(yè)名稱計算機科學與技術學生姓名XX指導教師XXX2013年虛擬化技術的總體綜述摘要隨著我國新隨著信息技術的快速開展，今天的趨勢已經顯而易見：計算無處不在，更強大也更便攜，它不斷幫助員工沉著應對新的機遇與挑戰(zhàn)，進而顯著的改良著業(yè)務能力。但與此同時，與之相伴的管理本錢和復雜性也前所未有的提升。對IT部門而言，其結果就是出現一系列相互矛盾的需求：敏捷度、易用性之于平安和法規(guī)遵從，性能之于本錢，創(chuàng)新之于可靠性和連續(xù)性，等等。在很多方面，目前IT專業(yè)人員所面臨的最大挑戰(zhàn)是解決內在的壓力，并設法創(chuàng)立能夠同時提供靈活度和控制能力的信息根底架構。為使這一切成為可能，原本用于隔離或解除捆綁計算資源關系的虛擬化技術，將被應用于計算堆棧中的每個層，從數據中心到桌面皆是如此。虛擬化是一個廣義的術語，是指計算元件在虛擬的根底上而不是真實的根底上運行，是一個為了簡化管理，優(yōu)化資源的解決方案。如同空曠、通透的寫字樓，整個樓層幾乎看不到墻壁，用戶可以用同樣的本錢構建出更加自主適用的辦公空間，進而節(jié)省本錢，發(fā)揮空間最大利用率。這種把有限的固定的資源根據不同需求進行重新規(guī)劃以到達最大利用率的思路，在IT領域就叫做虛擬化技術。同時，虛擬化是支撐云計算偉大設想的最重要的技術基石。關鍵字：數據，虛擬化，云計算目錄1前言11.1虛擬化技術簡介11.1.1完全虛擬化介紹11.1.2準虛擬化簡介21.1.3操作系統(tǒng)層化介紹21.1.4硬件助力軟件介紹32虛擬化技術的優(yōu)勢與缺陷43虛擬準用效勞器的維護6結論7參考文獻81前言在整個IT產業(yè)中，虛擬化是一個時興的關鍵詞，從桌面系統(tǒng)到效勞器、從存儲系統(tǒng)到網絡，虛擬化所能涉及的領域越來越廣泛。通過虛擬化我們可以在同一臺計算機上同時啟動多個操作系統(tǒng)，每個操作系統(tǒng)上可以有許多不同的應用，多個應用之間互不干擾。虛擬化是指計算機元件在虛擬的根底上而不是真實的根底上運行。虛擬化技術可以擴大硬件的容量，簡化軟件的重新配置過程。CPU的虛擬化技術可以單CPU模擬多CPU并行，允許一個平臺同時運行多個操作系統(tǒng)，并且應用程序都可以在相互獨立的空間內運行而互不影響，從而顯著提高計算機的工作效率。似乎與所有顛覆性技術一樣，效勞器虛擬化技術先是悄然出現，然后突然迸發(fā)，最終因為節(jié)省能源的合并方案而得到了認可。如今，許多公司使用虛擬技術來提高硬件資源的利用率，進行災難恢復、提高辦公自動化水平。有了虛擬化技術，用戶可以動態(tài)啟用虛擬效勞器(又叫虛擬機)，每個效勞器實際上可以讓操作系統(tǒng)(以及在上面運行的任何應用程序)誤以為虛擬機就是實際硬件。運行多個虛擬機還可以充分發(fā)揮物理效勞器的計算潛能，迅速應對數據中心不斷變化的需求。虛擬化概念并不是新概念。早在20世紀70年代，大型計算機就一直在同時運行多個操作系統(tǒng)實例，每個實例也彼此獨立。不過直到最近，軟硬件方面的進步才使得虛擬化技術有可能出現在基于行業(yè)標準的群眾化x86效勞器上。實際上，如的虛擬化解決方案種類繁多，有些是專有方案，而有些是開源方案。總的來說，各自都基于以下三種根本技術當中的一種，但哪種技術效果最好，這取決于要進行虛擬化處理的具體工作負荷以及優(yōu)先業(yè)務目標。1.1虛擬化技術簡介完全虛擬化介紹最流行的虛擬化方法使用名為hypervisor的一種軟件，在虛擬效勞器和底層硬件之間建立一個抽象層。VMware和微軟的VirtualPC是代表該方法的兩個商用產品，而基于核心的虛擬機(KVM)是面向Linux系統(tǒng)的開源產品。hypervisor可以捕獲CPU指令，為指令訪問硬件控制器和外設充當中介。因而，完全虛擬化技術幾乎能讓任何一款操作系統(tǒng)不用改動就能安裝到虛擬效勞器上，而它們不知道自己運行在虛擬化環(huán)境下。主要缺點是，hypervisor給處理器帶來開銷。在完全虛擬化的環(huán)境下，hypervisor運行在裸硬件上，充當主機操作系統(tǒng);而由hypervisor管理的虛擬效勞器運行客戶端操作系統(tǒng)。IBM也有自已的虛擬化產品，Z/VM。準虛擬化簡介完全虛擬化是處理器密集型技術，因為它要求hypervisor管理各個虛擬效勞器，并讓它們彼此獨立。減輕這種負擔的一種方法就是，改動客戶操作系統(tǒng)，讓它以為自己運行在虛擬環(huán)境下，能夠與hypervisor協(xié)同工作。這種方法就叫準虛擬化(para-virtualization)。Xen是開源準虛擬化技術的一個例子。操作系統(tǒng)作為虛擬效勞器在Xenhypervisor上運行之前，它必須在核心層面進行某些改變。因此，Xen適用于BSD、Linux、Solaris及其他開源操作系統(tǒng)，但不適合對像Windows這些專有的操作系統(tǒng)進行虛擬化處理，因為它們無法改動。準虛擬化技術的優(yōu)點是性能高。經過準虛擬化處理的效勞器可與hypervisor協(xié)同工作，其響應能力幾乎不亞于未經過虛擬化處理的效勞器。準虛擬化與完全虛擬化相比優(yōu)點明顯，以至于微軟和VMware都在開發(fā)這項技術，以完善各自的產品。操作系統(tǒng)層虛擬化介紹實現虛擬化還有一個方法，那就是在操作系統(tǒng)層面增添虛擬效勞器功能。SolarisContainer就是這方面的一個例子，Virtuozzo/OpenVZ是面向Linux的軟件方案。就操作系統(tǒng)層的虛擬化而言，沒有獨立的hypervisor層。相反，主機操作系統(tǒng)本身就負責在多個虛擬效勞器之間分配硬件資源，并且讓這些效勞器彼此獨立。一個明顯的區(qū)別是，如果使用操作系統(tǒng)層虛擬化，所有虛擬效勞器必須運行同一操作系統(tǒng)(不過每個實例有各自的應用程序和用戶賬戶)。雖然操作系統(tǒng)層虛擬化的靈活性比擬差，但本機速度性能比擬高。此外，由于架構在所有虛擬效勞器上使用單一、標準的操作系統(tǒng)，管理起來比異構環(huán)境要容易。硬件助力軟件介紹不像大型機，PC的硬件在設計時并沒有考慮到虛擬化，而就在不久前，它還是完全由軟件來承當這項重任。隨著AMD和英特爾推出了最新一代的x86處理器，頭一回在CPU層面添加了支持虛擬化的功能。遺憾的是，這兩家公司的技術各自獨立開發(fā)，這意味著它們的代碼不相兼容。不過，硬件虛擬化支持功能讓hypervisor從極其繁重的管理事務中脫離出來。這除了提高性能外，還有操作系統(tǒng)不用改動就能在準虛擬化環(huán)境下運行，包括Windows環(huán)境。CPU層虛擬化技術不會自動發(fā)揮作用。為了專門支持它，必須開發(fā)虛擬化軟件。不過，因為這種技術的優(yōu)點非常誘人，預計各種類型的虛擬化軟件會源源不斷地開發(fā)出來。2虛擬化技術的優(yōu)勢與欠缺效勞器虛擬化技術最顯著的功能之一就是可以在主機集群內瞬間遷移虛擬機(VM)、減少效勞器或應用系統(tǒng)的停機時間。再次將闡述虛擬主機集群環(huán)境最重要的三個優(yōu)缺點。效勞器虛擬化技術優(yōu)點一：主動的風險回避。效勞器集群的最大優(yōu)點是它可以主動將VM從一個主機遷移到另外一個主機。這樣的話，就可以提高效勞器和應用系統(tǒng)的運行時間。在生產的環(huán)境中，當內存缺乏、CPU負載偏高或者虛擬主機遇到較高的I/O壓力時，會收到警報。如果不能確定真正的原因或者系統(tǒng)需要重啟，就可以主動將VM遷移到集群內的其他主機。如果這是一個單機，或者說，在主機重啟期間，VM不可以關閉；如果重啟之后，問題依然存在，就不得不延長VM的停機時間直到找到了問題的起因。但是，在虛擬主機集群中，VM就可以被遷移到其他的主機直到問題解決。效勞器虛擬化技術優(yōu)點二：反響性容錯。因為集群中的主機監(jiān)控著所有VM的活動，因此，當一個節(jié)點失效時，失效節(jié)點的負載就會被指派到另外一個替代的主機。如果需要較長時間解決失效主機的故障，只要替代它的健康主機有足夠的資源，VM就會正常工作。在生產環(huán)境中，如果一個主機失效，VM會自動遷移到另外一個節(jié)點。雖然遷移的過程并不平滑，但工作負載自動變化幾乎沒有停頓。效勞器虛擬化技術優(yōu)點三：主動的管理。在一個7*24的組織中工作，打補丁和升級工作就必須采取非常嚴格的管理。正常情況下，協(xié)調1—2臺物理主機的停機時間已經比擬困難，而要關閉位于同一個物理主機的30多個VM的復雜性就會呈指數增長。自從切換到單機之后，就不用擔憂在每周的固定時間去升級虛擬主機。利用虛擬主機集群，當某個主機打補丁和重啟的時候，其上的VM遷移到替代的主機。打完補丁，VM再遷移到原來的主機。這樣，就允許我們在早上極短的時間內，不用停掉整個系統(tǒng)，完成集群的升級。雖然主機集群環(huán)境有令人矚目的優(yōu)點，但它同樣存在一些實施和管理上的缺點。效勞器虛擬化技術缺點一：實施和配置的復雜性。配置復雜可能是集群的最大缺點。建立集群框架、管理主機間的連通性、配置共享存儲都不是簡單的任務，可能涉及到組織內部多個團隊。你可能不害怕增加的復雜度，然而，很大程度上，都是技術性的工作；但是，隨著復雜度的增加，你可能會遺漏某些東西從而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。效勞器虛擬化技術缺點二：更新和升級的不利因素。升級到更新版本的產品和硬件組件也可能引起困難。因為，虛擬主機集群連接多個系統(tǒng)，各組件間發(fā)生著大量的、復雜的交互。以更新主機上的多路徑I/O(MPIO)驅動為例，該操作會影響整個集群。首先，它影響節(jié)點轉移邏輯單元號(LUN)到其他節(jié)點的效率。同時，在更新MPIO驅動之前，集群中所有主機的HBA卡的Firmware都需要升級。如果FW不用升級，那也必須首先安裝HBA卡的驅動。如果是單機，這可以通過1-2次重啟解決。在集群環(huán)境中，協(xié)調多個虛擬主機效勞器那么較為困難。升級實際的虛擬主機軟件一定是一個具有挑戰(zhàn)性的任務，因為集群節(jié)點的交互以及不同軟件版本支持。一般情況下，廠商會為這些復雜升級提供詳細的、一步一步的操作操作指南;同時，大多數情況下，都會比擬順利。效勞器虛擬化技術缺點三：集群本錢因素。本錢是另外一個主要的考慮因素。要實現一個虛擬主機集群環(huán)境，你需要復制局部根底架構并同時保持虛擬機與主機的比例。此外，大局部廠商的實現需要一個SAN或者獨立的磁盤子系統(tǒng)。開源iSCSI或者廉價的磁盤陣列可能是個精明的選擇，但這些選項可能存在性能和穩(wěn)定性的問題。3虛擬專用效勞器的維護對于任何虛擬化環(huán)境來說，一個非常重要的方面是減少動態(tài)的和復雜的IT根底設施的管理和維護需求。另外，通過軟件和工具實現的模式和技術都支持這些管理任務。這些模式和技術的組合可以實現以下功能：為IT根底設施中所有資源的管理訪問提供單一且平安的接口，允許管理員對所有資源進行診斷，對所有資源進行配置和修改管理，發(fā)現并維護可用資源目錄，監(jiān)視資源并記錄它們平時的健康狀況，當某個條件到達已建立的上限值時，觸發(fā)器就會執(zhí)行相應操作；此時執(zhí)行的操作可能包括通知管理員手工作出響應，也可能會根據正確的條件自動進行響應根據資源的使用情況、可用性和效勞級別要求提供資源或收回資源；資源的提供可以手工、半自動或根據建立好的策略自動完成獲得并維護資源的使用和檢測信息，并提供適當的報告，例如對資源消耗進行記錄提供補充最終用戶或應用程序平安性的平安機制，為滿足最終用戶和應用程序SLA而記錄所有資源的性能信息。結論但是隨著虛擬化的廣泛使用，虛擬化架構開始凌駕于效勞器硬件之上，與數據中心中的其它硬件系統(tǒng)如網絡，存儲等開始出現矛盾。為了更好地實現虛擬化，虛擬架構需要重復其它硬件系統(tǒng)的功能，對虛擬化本身以及這些物理系統(tǒng)的功能擴展就做得很少了。復雜的架構會提高虛擬化的本錢。部署虛擬化最初的目的是增強效勞器功能，減少設備數量，簡化管理，同時節(jié)約在效勞器，存儲和網絡上的消耗。但是，當架構的本錢提高時，再同時管理虛擬層和物理架構就會增加時間和本錢消耗。要開展虛擬化必須要找到更好的解決方案。下一代的虛擬化技術實現了蛻變，而且現在已經開始開展了。它可以把許多物理的，別離的系統(tǒng)整合到一個單一的架構中，實現完全的虛擬化。這幾個月閱讀了大量的文獻資料，使我受益匪淺。我逐步把理論應用到了實踐中去，對生產環(huán)境中所應用的技術有了一定了解，也鍛煉了我的創(chuàng)新思維能力。同時使我對如何運用新技術有了更為深刻的了解，也為下一階段的系統(tǒng)的開發(fā)和論文的撰寫做好了充分的準備。參考文獻[1]DianeTeare.CCNPROUTE(642-902)[M].Mechanicindustry：Press，2003.4.[2]Richard.CCNPSWITCH(642-813)[M].Mechanicindustry：Press，2003.4.[3]鳥哥.鳥哥的Linux私房菜效勞器架設篇[M].北京：人民郵電出版社，2023.6.[4]王利.數據庫根底與應用[M].北京：中央播送電視大學出版社，1997.6.[5]薩師煊，王姍.數據庫系統(tǒng)概述[M].北京：高等教育出版社，2000.11.[6]劉濤.小型網站建設技術[M].北京：中國鐵道出版社，2006.11.[7]劉濤.小型網站建設技術[M].北京：中國