云計(jì)算（第三版）配套之24第7章虛擬化技術(shù)（一）

7.1虛擬化技術(shù)簡(jiǎn)介7.2服務(wù)器虛擬化7.3存儲(chǔ)虛擬化7.4網(wǎng)絡(luò)虛擬化7.5桌面虛擬化效勞器虛擬化存儲(chǔ)虛擬化網(wǎng)絡(luò)虛擬化桌面虛擬化2主要用于當(dāng)時(shí)的IBM大型機(jī)的效勞器虛擬化4數(shù)據(jù)中心規(guī)模不斷增大本錢(qián)逐漸上升管理日趨復(fù)雜5業(yè)務(wù)之間孤立網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心高速扁平虛擬化虛擬數(shù)據(jù)中心6實(shí)現(xiàn)資源的動(dòng)態(tài)分配和調(diào)度，提高現(xiàn)有資源的利用率和效勞可靠性提供自動(dòng)化的效勞開(kāi)通能力，降低運(yùn)維本錢(qián)具有有效的平安機(jī)制和可靠性機(jī)制，滿足公眾客戶和企業(yè)客戶的平安需求方便系統(tǒng)升級(jí)、遷移和改造7數(shù)據(jù)中心的虛擬化效勞器虛擬化存儲(chǔ)虛擬化網(wǎng)絡(luò)虛擬化將一個(gè)或多個(gè)物理效勞器虛擬成多個(gè)邏輯上的效勞器把分布的異構(gòu)存儲(chǔ)設(shè)備統(tǒng)一為一個(gè)或幾個(gè)大的存儲(chǔ)池在底層物理網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)用戶之間增加一個(gè)抽象層7.1虛擬化技術(shù)簡(jiǎn)介7.2服務(wù)器虛擬化7.3存儲(chǔ)虛擬化7.4網(wǎng)絡(luò)虛擬化7.5桌面虛擬化一個(gè)物理的效勞器虛擬成假設(shè)干個(gè)獨(dú)立的邏輯效勞器，比方分區(qū)；7.2效勞器虛擬化7.2.1效勞器虛擬化的層次7.2.2效勞器虛擬化的底層實(shí)現(xiàn)7.2.3虛擬機(jī)遷移7.2.5案例分析11圖7-1寄居虛擬化架構(gòu)客戶虛擬機(jī)客戶虛擬機(jī)客戶虛擬機(jī)虛擬機(jī)管理器（VMM）主機(jī)操作系統(tǒng)物理機(jī)（底層硬件）7.2效勞器虛擬化效勞器虛擬化的層次寄居虛擬化寄居虛擬化的虛擬化層一般稱(chēng)為虛擬機(jī)監(jiān)控器〔VMM〕這類(lèi)虛擬化架構(gòu)系統(tǒng)損耗比較大就操作系統(tǒng)層的虛擬化而言，沒(méi)有獨(dú)立的Hypervisor層如果使用操作系統(tǒng)層虛擬化，所有虛擬效勞器必須運(yùn)行同一操作系統(tǒng)12圖7-2裸機(jī)虛擬化架構(gòu)客戶虛擬機(jī)客戶虛擬機(jī)客戶虛擬機(jī)Hypervisor物理機(jī)（底層硬件）7.2效勞器虛擬化效勞器虛擬化的層次裸機(jī)虛擬化架構(gòu)中的VMM也可以認(rèn)為是一個(gè)操作系統(tǒng)，一般稱(chēng)為HypervisorHypervisor實(shí)現(xiàn)從虛擬資源到物理資源的映射Hypervisor實(shí)現(xiàn)了不同虛擬機(jī)的運(yùn)行上下文保護(hù)與切換，保證了各個(gè)客戶虛擬系統(tǒng)的有效隔離137.2效勞器虛擬化效勞器虛擬化的層次完全虛擬化具有很好的兼容性，在效勞器虛擬化中得到廣泛應(yīng)用。完全虛擬化VMM無(wú)法直接捕獲特權(quán)指令解決方案半虛擬化7.2效勞器虛擬化7.2.1效勞器虛擬化的層次7.2.2效勞器虛擬化的底層實(shí)現(xiàn)7.2.3虛擬機(jī)遷移7.2.5案例分析7.2效勞器虛擬化效勞器虛擬化的底層實(shí)現(xiàn)CPU虛擬化調(diào)度問(wèn)題是指VMM決定當(dāng)前哪個(gè)虛擬CPU在物理CPU上運(yùn)行，要保證隔離性、公平性和性能。物理CPU虛擬CPU抽象客戶操作系統(tǒng)物理CPU虛擬CPU抽象物理CPU虛擬CPU抽象1215167.2效勞器虛擬化效勞器虛擬化的底層實(shí)現(xiàn)內(nèi)存虛擬化機(jī)器地址虛擬內(nèi)存的管理包括3種地址物理地址虛擬地址177.2效勞器虛擬化效勞器虛擬化的底層實(shí)現(xiàn)I/O設(shè)備虛擬化I/O設(shè)備虛擬化同樣是由VMM進(jìn)行管理的全虛擬化半虛擬化軟件模擬7.2效勞器虛擬化7.2.1效勞器虛擬化的層次7.2.2效勞器虛擬化的底層實(shí)現(xiàn)7.2.3虛擬機(jī)遷移7.2.5案例分析197.2效勞器虛擬化虛擬機(jī)遷移虛擬機(jī)遷移是將虛擬機(jī)實(shí)例從源宿主機(jī)遷移到目標(biāo)宿主機(jī)，并且在目標(biāo)宿主機(jī)上能夠?qū)⑻摂M機(jī)運(yùn)行狀態(tài)恢復(fù)到其在遷移之前相同的狀態(tài)，以便能夠繼續(xù)完成應(yīng)用程序的任務(wù)。從虛擬機(jī)遷移的源與目的地角度可分為物理機(jī)到虛擬機(jī)的遷移〔P2V〕虛擬機(jī)到虛擬機(jī)的遷移〔V2V〕虛擬機(jī)到物理機(jī)的遷移〔V2P〕云計(jì)算中心的物理效勞器有時(shí)候需要定期進(jìn)行升級(jí)維護(hù)，當(dāng)升級(jí)維護(hù)效勞器時(shí)，管理員可以將其上面的虛擬機(jī)遷移到其他效勞器，等升級(jí)維護(hù)完成之后，再把虛擬機(jī)遷移回來(lái)7.2效勞器虛擬化虛擬機(jī)遷移云計(jì)算中心的物理效勞器負(fù)載經(jīng)常處于動(dòng)態(tài)變化中，當(dāng)一臺(tái)物理效勞器負(fù)載過(guò)大時(shí)，假設(shè)此刻不可能提供額外的物理效勞器，管理員可以將其上面的虛擬機(jī)遷移到其他效勞器，到達(dá)負(fù)載平衡第二第一2021圖7-3虛擬機(jī)遷移示意圖硬件HypervisorVMVM硬件HypervisorVMVM服務(wù)器1服務(wù)器27.2效勞器虛擬化虛擬機(jī)遷移7.2效勞器虛擬化虛擬機(jī)遷移步驟1預(yù)遷移〔Pre-Migration〕步驟2預(yù)定資源〔Reservation〕步驟3預(yù)復(fù)制〔InterativePre-Copy〕步驟4停機(jī)復(fù)制〔Stop-and-Copy〕步驟5提交〔Commitment〕步驟6啟動(dòng)〔Activation〕22237.2效勞器虛擬化虛擬機(jī)遷移第一階段，Push階段。第二階段，Stop-and-Copy階段。第三階段，Pull階段。實(shí)際上，遷移內(nèi)存沒(méi)有必要同時(shí)包含上述三個(gè)階段，目前大局部的遷移策略只包含其中的一個(gè)或者兩個(gè)階段。內(nèi)存的遷移是虛擬機(jī)遷移最困難的局部247.2效勞器虛擬化虛擬機(jī)遷移遷移方案優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)Stop-and-Copy方法比較簡(jiǎn)單總遷移時(shí)間也最短停機(jī)時(shí)間無(wú)法接受Stop-and-Copy和Pull階段結(jié)合停機(jī)時(shí)間很短總遷移時(shí)間很長(zhǎng)Pull階段復(fù)制造成的性能下降Push和Stop-and-Copy階段結(jié)合平衡了停機(jī)時(shí)間和總遷移時(shí)間之間的矛盾需要有一種算法能夠測(cè)定工作集，以避免反復(fù)重傳可能會(huì)占用大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬，對(duì)其他服務(wù)造成影響25虛擬機(jī)這種系統(tǒng)級(jí)別的封裝方式意味著遷移時(shí)VM的所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，包括協(xié)議狀態(tài)〔如TCP連接狀態(tài)〕以及IP地址都要隨之一起遷移。在局域網(wǎng)內(nèi)，可以通過(guò)發(fā)送ARP重定向包，將VM的IP地址與目的機(jī)器的MAC地址相綁定，之后的所有包就可以發(fā)送到目的機(jī)器上。7.2效勞器虛擬化虛擬機(jī)遷移網(wǎng)絡(luò)資源的遷移26遷移存儲(chǔ)設(shè)備的最大障礙在于需要占用大量時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)帶寬，通常的解決方法是以共享的方式共享數(shù)據(jù)和文件系統(tǒng)，而非真正遷移。目前大多數(shù)集群使用NAS〔NetworkAttachedStorage，網(wǎng)絡(luò)連接存儲(chǔ)〕作為存儲(chǔ)設(shè)備共享數(shù)據(jù)。NAS實(shí)際上是一個(gè)帶有瘦效勞器的存儲(chǔ)設(shè)備，其作用類(lèi)似于一個(gè)專(zhuān)用的文件效勞器。在局域網(wǎng)環(huán)境下，NAS已經(jīng)完全可以實(shí)現(xiàn)異構(gòu)平臺(tái)之間，如NT、UNIX等的數(shù)據(jù)級(jí)共享。基于以上的考慮，Xen并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)設(shè)備的遷移，實(shí)時(shí)遷移的對(duì)象必須共享文件系統(tǒng)。7.2效勞器虛擬化虛擬機(jī)遷移存儲(chǔ)設(shè)備的遷移本章未完待續(xù)百度排名首位的大數(shù)據(jù)資料和交流中心百度排名首位的云計(jì)算資料和交