云計(jì)算（第三版）配套之24虛擬化技術(shù)（一）課件

1、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of38云計(jì)算第三版配套PPT課件7.1 虛擬化技術(shù)簡(jiǎn)介虛擬化技術(shù)是伴隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)而產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的，虛擬化意味著對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象。虛擬化技術(shù)已經(jīng)成為構(gòu)建云計(jì)算環(huán)境的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。服務(wù)器虛擬化存儲(chǔ)虛擬化網(wǎng)絡(luò)虛擬化桌面虛擬化220世紀(jì)60年代IBM公司推出虛擬化技術(shù)主要用于當(dāng)時(shí)的IBM大型機(jī)的服務(wù)器虛擬化虛擬化技術(shù)的核心思想是利用軟件或固件管理程序構(gòu)成虛擬化層，把物理資源映射為虛擬資源。在虛擬資源上可以安裝和部署多個(gè)虛擬機(jī)，實(shí)現(xiàn)多用戶共享物理資源。of38云計(jì)算第三版配套PPT課件47.1 虛擬

2、化技術(shù)簡(jiǎn)介虛擬化技術(shù)簡(jiǎn)介云計(jì)算技術(shù)規(guī)模不斷增大成本逐漸上升管理日趨復(fù)雜of38云計(jì)算第三版配套PPT課件57.1 虛擬化技術(shù)簡(jiǎn)介虛擬化技術(shù)簡(jiǎn)介采用了多種技術(shù)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of38云計(jì)算第三版配套PPT課件6l 實(shí)現(xiàn)資源的動(dòng)態(tài)分配和調(diào)度，提高現(xiàn)有資源的利用率和服務(wù)可靠性l 提供自動(dòng)化的服務(wù)開(kāi)通能力，降低運(yùn)維成本l 具有有效的安全機(jī)制和可靠性機(jī)制，滿足公眾客戶和企業(yè)客戶的安全需求l 方便系統(tǒng)升級(jí)、遷移和改造7.1 虛擬化技術(shù)簡(jiǎn)介虛擬化技術(shù)簡(jiǎn)介隨著云計(jì)算的發(fā)展，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心逐漸過(guò)渡到虛擬化數(shù)據(jù)中心，即采用虛擬化技術(shù)將原來(lái)數(shù)據(jù)中心的物理資源進(jìn)行抽象整

3、合。of38云計(jì)算第三版配套PPT課件77.1 虛擬化技術(shù)簡(jiǎn)介虛擬化技術(shù)簡(jiǎn)介數(shù)據(jù)中心的虛擬化服務(wù)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)物理服務(wù)器虛擬成多個(gè)邏輯上的服務(wù)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)物理的服務(wù)器虛擬成若干個(gè)獨(dú)立的邏輯服務(wù)器，比如分區(qū)；把若干分散的物理服務(wù)器虛擬為一個(gè)大的邏輯服務(wù)器，比如網(wǎng)格技術(shù)of38云計(jì)算第三版配套PPT課件7.2 服務(wù)器虛擬化7.2.1 服務(wù)器虛擬化的層次7.2.2 服務(wù)器虛擬化的底層實(shí)現(xiàn)7.2.3

4、虛擬機(jī)遷移7.2.4 隔離技術(shù)7.2.5 案例分析 of38云計(jì)算第三版配套PPT課件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 服務(wù)器虛擬化服務(wù)器虛擬化的層次寄居虛擬化l 寄居虛擬化的虛擬化層一般稱為虛擬機(jī)監(jiān)控器（VMM）l 這類虛擬化架構(gòu)系統(tǒng)損耗比較大l 就操作系統(tǒng)層的虛擬化而言，沒(méi)有獨(dú)立的Hypervisor層l 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)of38云計(jì)算第三版配套PPT課件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 服務(wù)器

5、虛擬化服務(wù)器虛擬化的層次裸機(jī)虛擬化l 架構(gòu)中的VMM也可以認(rèn)為是一個(gè)操作系統(tǒng)，一般稱為Hypervisorl Hypervisor實(shí)現(xiàn)從虛擬資源到物理資源的映射l 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of38云計(jì)算第三版配套PPT課件137.2 服務(wù)器虛擬化服務(wù)器虛擬化的層次完全虛擬化具有很好的兼容性，在服務(wù)器虛擬化中得到廣泛應(yīng)用。半虛擬化技術(shù)降低了由于虛擬化而引入的系統(tǒng)性能損失。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of38云計(jì)算第三版配套PPT課件7.2 服務(wù)器虛擬化7.2.1 服務(wù)器虛擬化的層次7.2.2 服務(wù)器虛擬化

6、的底層實(shí)現(xiàn)7.2.3 虛擬機(jī)遷移7.2.4 隔離技術(shù)7.2.5 案例分析 of38云計(jì)算第三版配套PPT課件7.2 服務(wù)器虛擬化服務(wù)器虛擬化的底層實(shí)現(xiàn)CPU虛擬化虛擬CPU的正確運(yùn)行是要保證虛擬機(jī)指令正確運(yùn)行，現(xiàn)有的實(shí)現(xiàn)技術(shù)包括模擬執(zhí)行和監(jiān)控執(zhí)行調(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1215of38云計(jì)算第三版配套PPT課件167.2 服務(wù)器虛擬化服務(wù)器虛擬化的底層實(shí)現(xiàn)內(nèi)存虛擬化內(nèi)存虛擬化技術(shù)把物理內(nèi)存統(tǒng)一管理，包裝成多個(gè)虛擬的物理內(nèi)存提供給若干虛擬機(jī)使用，每個(gè)

7、虛擬機(jī)擁有各自獨(dú)立的內(nèi)存空間。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of38云計(jì)算第三版配套PPT課件177.2 服務(wù)器虛擬化服務(wù)器虛擬化的底層實(shí)現(xiàn)I/O設(shè)備虛擬化I/O設(shè)備虛擬化技術(shù)把真實(shí)的設(shè)備統(tǒng)一管理起來(lái)，包裝成多個(gè)虛擬設(shè)備給若干個(gè)虛擬機(jī)使用，響應(yīng)每個(gè)虛擬機(jī)的設(shè)備訪問(wèn)請(qǐng)求和I/O請(qǐng)求。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of38云計(jì)算第三版配套PPT課件7.2 服務(wù)器虛擬化7.2.1 服務(wù)器虛擬化的層次7.2.2 服務(wù)器虛擬化的底層實(shí)現(xiàn)7.2.3 虛擬機(jī)遷移7.2.4 隔離技術(shù)7.2.5 案例分析 of38云計(jì)算第三版配套PPT課件197.2 服務(wù)器

8、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）of38云計(jì)算第三版配套PPT課件云計(jì)算中心的物理服務(wù)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)服務(wù)器時(shí)，管理員可以將其上面的虛擬機(jī)遷移到其他服務(wù)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 服務(wù)器虛擬化虛擬機(jī)遷移實(shí)時(shí)遷移（LiveMigration），就是保持虛擬機(jī)運(yùn)行的同時(shí)，把它從一個(gè)計(jì)算機(jī)遷移到另一

9、個(gè)計(jì)算機(jī)，并在目的計(jì)算機(jī)恢復(fù)運(yùn)行的技術(shù)。云計(jì)算中心的物理服務(wù)器負(fù)載經(jīng)常處于動(dòng)態(tài)變化中，當(dāng)一臺(tái)物理服務(wù)器負(fù)載過(guò)大時(shí)，若此刻不可能提供額外的物理服務(wù)器，管理員可以將其上面的虛擬機(jī)遷移到其他服務(wù)器，達(dá)到負(fù)載平衡第二第一20of38云計(jì)算第三版配套PPT課件21圖7-3 虛擬機(jī)遷移示意圖硬件HypervisorVM VM 硬件HypervisorVM VM 服務(wù)器 1服務(wù)器 27.2 服務(wù)器虛擬化虛擬機(jī)遷移of38云計(jì)算第三版配套PPT課件7.2 服務(wù)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）

10、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）22of38云計(jì)算第三版配套PPT課件237.2 服務(wù)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，目前大部分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)遷移最困難的部分of38云計(jì)算第三版配套PPT課件247.2 服務(wù)器虛擬化虛擬機(jī)遷移遷移方案優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)Stop-and-Copyl 方法比較簡(jiǎn)單l 總遷移時(shí)間也最短l 停機(jī)時(shí)間無(wú)法接受Stop-and-Copy和

11、Pull階段結(jié)合l 停機(jī)時(shí)間很短l 總遷移時(shí)間很長(zhǎng)l Pull階段復(fù)制造成的性能下降Push和Stop-and-Copy階段結(jié)合l 平衡了停機(jī)時(shí)間和總遷移時(shí)間之間的矛盾l 需要有一種算法能夠測(cè)定工作集，以避免反復(fù)重傳l 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of38云計(jì)算第三版配套PPT課件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 服務(wù)器虛擬化虛擬機(jī)遷移網(wǎng)絡(luò)資源的遷移of38云

12、計(jì)算第三版配套PPT課件26l 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，通常的解決辦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。l 目前大多數(shù)集群使用NAS（Network Attached Storage，網(wǎng)絡(luò)連接存儲(chǔ)）作為存儲(chǔ)設(shè)備共享數(shù)據(jù)。l NAS實(shí)際上是一個(gè)帶有瘦服務(wù)器的存儲(chǔ)設(shè)備，其作用類似于一個(gè)專用的文件服務(wù)器。l 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。l 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 服務(wù)器虛擬化虛擬機(jī)遷移存儲(chǔ)設(shè)備的遷移of38云計(jì)算第三版配套PPT課件本章未完待續(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 流 中 心終生免費(fèi)的智能硬件大數(shù)據(jù)托管平臺(tái)掃一掃，進(jìn)入萬(wàn)物云終 生 免 費(fèi) 的 環(huán) 境 大 數(shù) 據(jù) 共 享 平 臺(tái)掃一掃，進(jìn)入環(huán)境云