虛擬化和云計算綜述課件

1、虛擬化和云計算綜述1 虛擬化1. 簡介虛擬化主要是計算機方面的計算元件在虛擬基礎(chǔ)上而不是真實的基礎(chǔ)上運行，是一種解決方案，目的就是優(yōu)化資源和管理。把有限的資源經(jīng)過合理規(guī)劃之后可以最大程度的利用，使空間更大，使管理不再復雜。虛擬化可以使某一臺計算機運行多個虛擬機，也就意味著這臺計算機的資源可以共享，不同的虛擬機在同一臺物理機上可以運行不同的操作系統(tǒng)和各種程序。虛擬化技術(shù)的每一個操作系統(tǒng)中都有多個系統(tǒng)運行，并且每一個操作系統(tǒng)運行在虛擬的主機或 CPU 上，每個虛擬機都有屬于自己的虛擬硬件。虛擬化技術(shù)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(shù)可以單 CPU 模擬多 CPU 并行

2、，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(nèi)運行而互不影響，從而顯著提高計算機的工作效率。目前虛擬技術(shù)按照應用領(lǐng)域可劃分為：服務器虛擬化、存儲虛擬化、平臺虛擬化、桌面虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、CPU虛擬化、文件虛擬化等；按照實現(xiàn)層次來劃分：硬件虛擬化、操作系統(tǒng)虛擬化、應用程序虛擬化。2. 特征1） 效率：虛擬化服務器可以實現(xiàn)資源共享，提高資源利用率，確保應用程序可以充分發(fā)揮性能。2） 隔離：在安全方面，虛擬機比傳統(tǒng)的非虛擬機更注重安全性和可用性，在共享資源的同時，會保持彼此隔離，使運行的應用程序勝于普通計算機的應用程序。3） 可靠：如果某臺服務器出現(xiàn)了故障，那么在短時間內(nèi)

3、就可會恢復正常，不影響整體的運行，這種獨立的工作形式加大了運作的可靠性。4） 兼容：虛擬服務器與正常的 x86 系統(tǒng)相兼容，將所有可能出現(xiàn)的問題降到最低點。5） 成本：降低了部署成本，只需要更少的服務器就可以實現(xiàn)需要更多服務器才能做到的事情，也間接降低了安全等其他方面的成本。6） 管理：提高了服務器/管理員比率，一個管理員可以輕松的管理比以前更多的服務器而不會造成更大的負擔。2 云計算1. 簡介原理：云計算(Cloud Computing)是并行計算 (Parallel Computing)、分布式計算 (Distributed Computing) 和網(wǎng)格計算 (Grid Computing

4、) 的發(fā)展，同時也是虛擬化(Virtualization)、公用計算 (Utility Computing)、IaaS( 基礎(chǔ)設(shè)施即服務 )、PaaS( 平臺即服務 )、SaaS( 軟件即服務 ) 等概念混合演進并躍升的結(jié)果。云計算系統(tǒng)是以付費使用的形式向用戶提供各種服務的分布式計算系統(tǒng)，系統(tǒng)對用戶來講是透明的，其本質(zhì)是對虛擬化的計算和存儲資源池進行動態(tài)部署、動態(tài)分配/重分配、實時監(jiān)控的系統(tǒng)，從而向用戶提供滿足QoS要求的計算服務、數(shù)據(jù)存儲服務以及平臺服務。云計算的資源是由互聯(lián)網(wǎng)提供的，終端用戶不需要專業(yè)的知識，只需關(guān)注需要的資源，并通過互聯(lián)網(wǎng)得到相應服務的方式。按照服務類型分類，云計算分為基

5、礎(chǔ)設(shè)施云、平臺云、應用云；按照服務方式分類可以分為公有云，私有云和混合云。2. 特征1） 資源共享：供應商的計算資源被集中，以便以多用戶租用模式服務所有客戶，同時不同的物理和虛擬資源，可根據(jù)客戶需求動態(tài)分配和重新分配。客戶一般無法控制或知道資源的確切位置。這些資源包括存儲、處理器、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)帶寬和虛擬機器。2） 快速伸縮性：可以快速有彈性地提供計算能力。對客戶來說，可以租用的資源看起來似乎是無限的，并且可在任何時間購買任何數(shù)量的資源。3） 可靠性和安全性：云計算則為廣大用戶提供了最可靠、安全的數(shù)據(jù)存儲，比如把一些文件保存在互聯(lián)網(wǎng)上，最先進的數(shù)據(jù)中心會幫助用戶保存數(shù)據(jù)和信息，不必擔心數(shù)據(jù)會遭到破

6、壞或竊取。4） 服務質(zhì)量保證：云計算能夠向用戶提滿足 QoS要求的服務, 能夠根據(jù)用戶的需求對系統(tǒng)作出調(diào), 如用戶需要的硬件配置、網(wǎng)絡(luò)帶寬、存儲容量等。5） 自治性：云計算是一個自治系統(tǒng), 系統(tǒng)的管理對戶來講是透明的,不同的管理任務是自動完成的, 系統(tǒng)的硬、軟件、存儲能夠自動進行配置, 從而實現(xiàn)對用戶按需提供。3. 基于網(wǎng)絡(luò)：可以通過互聯(lián)網(wǎng)獲取各種能力，并可以通過標準方式訪問，可以使用戶擺脫接觸電腦之后要面對的麻煩的事情，如安裝殺毒軟件等，用戶端可以直接在瀏覽器中編輯存儲文檔，然后隨心所欲的共享。3 云計算支撐技術(shù)1. 虛擬化技術(shù)云計算實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)是虛擬化技術(shù)。用戶的私有數(shù)據(jù)都存儲在“云”中

7、，共享底層的存儲資源。通過增加一個虛擬化層，可以將物理站點用于多個獨立的虛擬機，而這些虛擬機可能由不同的用戶擁有和管理。通過虛擬化技術(shù)，單個服務器可以支持多個虛擬機運行多個操作系統(tǒng)和應用，低計算需求的任務可以共享一個單獨的物理站點（如服務器）資源，可以極大地提高資源利用率。虛擬機的部署和調(diào)度還能簡化負載平衡，從而達到云計算的全局性能最優(yōu)化。在云計算模式中，需要實現(xiàn)計算虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化和存儲虛擬化3個基本的技術(shù)。2. 資源的管理云計算的資源包括存儲資源、計算資源、網(wǎng)絡(luò)資源、基礎(chǔ)設(shè)施資源以及其它資源。云計算資源管理系統(tǒng)的基本功能，是接受來自云計算用戶的資源請求，并且把特定的資源分配給資源請求者。

8、合理地調(diào)度相應的資源，使請求資源的作業(yè)得以運行。云計算資源管理系統(tǒng)應提供4種基本的服務，即資源發(fā)現(xiàn)、資源分發(fā)、資源存儲和資源調(diào)度。由于云計算的資源在地理上是分布的，形式上是異構(gòu)的，并且各個組織和管理域有各自的資源管理策略和不同的訪問代價模型。因此，云計算的資源管理必須處理好存儲架構(gòu)問題，解決資源部署、監(jiān)控和調(diào)度策略等問題。3. 安全技術(shù)1） 原因：虛擬化技術(shù)帶來的主機受到破壞及虛擬網(wǎng)絡(luò)中斷等安全問題；在云平臺中運行的各類云應用，沒有固定不變的基礎(chǔ)設(shè)施和安全邊界，難以實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)安全與隱私的保護；云服務所涉及的資源，由多個管理者所有，存在利益沖突，導致無法統(tǒng)一規(guī)劃部署安全防護措施。2） 目前由于

9、信息安全領(lǐng)域仍缺乏針對此類問題的充分研究，尚難為安全的云服務提供必要的理論基礎(chǔ)和工具支撐。因此，未來在信息安全學術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界共同關(guān)注及推動下，信息安全領(lǐng)域?qū)@云服務的“安全服務品質(zhì)協(xié)議”的制定、交付驗證、第三方檢驗等，逐漸發(fā)展形成一種新型的技術(shù)體系與管理體系，與之相適應。4. 分布式的編程模式用系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的規(guī)模越來越大。云計算系統(tǒng)必須給用戶提供一個簡單易用的編程模型來并行處理用戶的數(shù)據(jù)，使用戶能更輕松的享受云計算帶來的服務，讓用戶能利用該編程模型編寫簡單的程序來實現(xiàn)特定的目的，保證后臺復雜的并行執(zhí)行和任務調(diào)度向用戶和編程人員透明。從而更好地利用云計算系統(tǒng)的資源。因此研究者提出了一些分布式系

10、統(tǒng)和并行編程模型來支持大規(guī)模數(shù)據(jù)處理。當前IT廠商提出的“云”計劃的編程工具，均基于Map-Reduce和Dryad的編程模型。MapReduce的主要思想，是將要執(zhí)行的問題分解成Map和Reduce兩個過程：先通過Map函數(shù)將問題分解，并將數(shù)據(jù)分割成不相關(guān)的區(qū)塊，分配給服務器并行處理；再通過Reduce函數(shù)將結(jié)果歸約匯總輸出。5. 數(shù)據(jù)存儲技術(shù)云計算系統(tǒng)需要同時滿足大量用戶的需求，并行地為大量用戶提供服務。因此，云計算的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)必須具有分布式、高吞吐率和高傳輸率等特點 10 。目前數(shù)據(jù)存儲技術(shù)主要有Google的GFS（Google File System，非開源）以及HDFS（Hado

11、op Distributed File System，開源），這兩種技術(shù)已經(jīng)成為事實標準。4 虛擬化和云計算的關(guān)系虛擬化從根本上分離了硬件與軟件，云計算的主要功效就是在軟件上所提供的服務。云計算是虛擬化的，虛擬化是云計算的基石，雖然虛擬化的用途并不僅限于此。云計算是動態(tài)的 IT，所有的信息和資源都在這個動態(tài)的架構(gòu)上，而且所有服務器必須構(gòu)建虛擬化環(huán)境，從而順利開展云計算。虛擬化為云計算提供了很好的技術(shù)平臺，云計算在虛擬化環(huán)境中開展用戶信賴的服務。用戶在采用云計算作為自己的計算平臺時，不應到考慮本地計算資源的能力、兼容性等問題，因為云計算是一個標準的計算平臺。因此，綜合目前復雜的硬件環(huán)境，采用虛擬

12、化技術(shù)作為云計算的基礎(chǔ)技術(shù)平臺就是理所應當?shù)牧?。當采用虛擬化技術(shù)后，可以將參與計算的各個硬件特征屏蔽，將計算資源進行整合。區(qū)別：1.云計算支持多種硬件平臺和多種軟件平臺，甚至通信協(xié)議，不僅要求硬件具有分布特性，軟件（包含應用軟件在內(nèi)）也要具有分布特性，用戶在使用軟件資源之前，不必考慮本地硬件的特性，本地硬件的特性也不會對選擇云計算作為計算平臺的行為造成影響。但是虛擬化可以屏蔽不同硬件平臺時間的差異性，屏蔽不同硬件的差異所帶來的軟件兼容問題，基本上所有的虛擬化應用都具有在虛擬化硬件上動態(tài)分配資源的特性，這點也是很多人將虛擬化技術(shù)和云計算技術(shù)混為一談的原因。2. 虛擬化核心要務是脫離硬件依賴，這樣

13、無論是軟件開發(fā)還是網(wǎng)絡(luò)應用，都可以簡化軟件的開發(fā)模式方法。所以虛擬化在用戶界面上，是標準化的，一致的，而不是云計算那樣提供各種各樣不同平臺適應的界面。3. 虛擬化技術(shù)之所以成為許多云計算方案中采用的技術(shù)平臺，和虛擬化這個特征是分不開的。但是并不是所有的云計算都必須以虛擬化為技術(shù)基礎(chǔ)，比如智能家電，就不可能在家電中部署虛擬機等設(shè)備。4. 虛擬化不能解決本地終端的計算問題，無論是虛擬服務器還是虛擬桌面，也不能實現(xiàn)將所有的運算都轉(zhuǎn)移到遠程執(zhí)行。同時，虛擬化技術(shù)涉及網(wǎng)絡(luò)時需要大量網(wǎng)絡(luò)通信，這種通信流量和在虛擬機上進行運行的程序復雜度沒有任何關(guān)聯(lián)，僅僅是虛擬化技術(shù)本身需要的網(wǎng)絡(luò)通信要求。而云計算中并不存

14、在這種問題。云計算也有別于以前我們接觸的遠程提交作業(yè)，等待結(jié)果的計算方式，云計算采用實時交互計算資源，將計算資源和我們通常接觸的資源放在同一個平臺上，而不是簡單的數(shù)據(jù)獲取。至此，我們可以針對虛擬化和云計算的比較做個總結(jié)。云計算和虛擬化技術(shù)的共同點是可以將不同的硬件平臺整合起來提供服務，但是無論從規(guī)模上還是技術(shù)內(nèi)涵上，虛擬化都不能和云計算概念相提并論。云計算和虛擬化相比有規(guī)模大、分布部署、接口豐富、可以整合目前所有的計算資源、對本地計算設(shè)備無任何要求等特點，雖然云計算在建設(shè)初期會用到虛擬化技術(shù)，但是其內(nèi)涵是要覆蓋虛擬化技術(shù)的 ；虛擬化技術(shù)是對標準硬件設(shè)備的統(tǒng)一封裝和資源再分配，對規(guī)模沒有特殊要求、集中部署、接口統(tǒng)一、對本地計算資源有一定要求等特點。5 現(xiàn)狀目前云計算主要是以 SAAS、實用計算、網(wǎng)絡(luò)服務、平臺即服務、MSP、商業(yè)服務平臺、互聯(lián)網(wǎng)整合等幾大形式提供服務的。亞馬遜、谷歌、微軟等互聯(lián)網(wǎng)上幾大主流網(wǎng)站均提供云計算應用和服務。其中，亞馬遜的最新業(yè)務與云計算密切相關(guān)，同時亞馬遜也是首批進入云計算應用的廠商，為其他企業(yè)締造了良好的開端。谷歌則是主要以應用托管、企業(yè)搜索等方式擴大了云計算應用。微軟則在云計算應用的道路上頗費一番周折，但微軟公司并不認為云計算將承載絕大多數(shù)的 IT資源，因此微軟公司提出了新的計劃 “提供均衡搭配的企業(yè)級軟件、合作伙伴托管服務以及云