云計(jì)算基礎(chǔ)技術(shù)-虛擬化

1、第四章虛擬化技術(shù)Page 1目標(biāo)l學(xué)完本課程后，您將能夠:p什么是虛擬化技術(shù)p計(jì)算虛擬化技術(shù)p存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)p網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)p如何創(chuàng)建一個(gè)虛擬機(jī)Page 2目錄1. 虛擬化技術(shù)介紹虛擬化技術(shù)介紹2. 計(jì)算虛擬化技術(shù)3. 存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)4. 網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)5. 創(chuàng)建虛擬機(jī)簡(jiǎn)介Page 3什么是虛擬化lIT資源獨(dú)立l操作系統(tǒng)與硬件緊耦合l資源抽像成共享資源池l操作系統(tǒng)與硬件解耦，從資源池中分配資源虛擬化虛擬化前虛擬化后WindowsAPPLinuxAPPLinuxAPPServer 1Server 2Server 3APPWinLinuxAPPAPPWinLinuxAPP APPWinLinuxA

2、PP APPWinLinuxAPP APPWinLinuxAPP APPWinLinuxAPP資源池化虛擬化層虛擬化層虛擬化層Page 4虛擬化的起源虛擬化發(fā)展由來(lái)虛擬化技術(shù)推動(dòng)力l60年代在大型機(jī)上虛擬技術(shù)已經(jīng)有所應(yīng)用l99年在小型機(jī)上已經(jīng)出現(xiàn)邏輯分區(qū)的應(yīng)用l2000年x86平臺(tái)虛擬技術(shù)開(kāi)始出現(xiàn)l2001年x86平臺(tái)虛擬化技術(shù)在服務(wù)器上應(yīng)用lCPU速度越來(lái)越快，超出軟件對(duì)硬件性能的要求lINTEL和AMD在CPU里加入虛擬指令l企業(yè)成本壓力l環(huán)保壓力l不斷增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)壓力Page 5虛擬化的好處l提高硬件利用率l降低能耗，綠色節(jié)能l提高了IT運(yùn)維效率，系統(tǒng)管理人員減少l操作系統(tǒng)和硬件的解耦Pa

3、ge 6虛擬化的本質(zhì)相對(duì)于硬件獨(dú)立相對(duì)于硬件獨(dú)立無(wú)需修改即可在任何服務(wù)器上運(yùn)行虛擬機(jī)分區(qū)分區(qū)在單一物理服務(wù)器上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)隔離隔離在同一服務(wù)器上的虛擬機(jī)之間相互隔離封裝封裝整個(gè)虛擬機(jī)都保存在文件中，而且可以通過(guò)移動(dòng)和復(fù)制這些文件的方式來(lái)移動(dòng)和復(fù)制該虛擬機(jī)Page 7虛擬化的本質(zhì)相對(duì)于硬件獨(dú)立相對(duì)于硬件獨(dú)立無(wú)需修改即可在任何服務(wù)器上運(yùn)行虛擬機(jī)分區(qū)分區(qū)在單一物理服務(wù)器上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)隔離隔離在同一服務(wù)器上的虛擬機(jī)之間相互隔離封裝封裝整個(gè)虛擬機(jī)都保存在文件中，而且可以通過(guò)移動(dòng)和復(fù)制這些文件的方式來(lái)移動(dòng)和復(fù)制該虛擬機(jī)Page 8虛擬化中的幾個(gè)重要概念物理機(jī)物理機(jī)虛擬機(jī)虛擬機(jī)硬件Host Ma

4、chine操作系統(tǒng)Host OS硬件Host Machine虛擬機(jī)監(jiān)控器Hypervisor虛擬機(jī)Guest Machine操作系統(tǒng)Guest OS虛擬機(jī)Guest Machine操作系統(tǒng)Guest OSPage 9業(yè)界主流虛擬化類(lèi)型介紹寄居虛擬化宿主操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)應(yīng)用應(yīng)用虛擬化層裸金屬虛擬化虛擬化層應(yīng)用操作系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)控制臺(tái)應(yīng)用操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)虛擬化宿主操作系統(tǒng)虛擬容器應(yīng)用系統(tǒng)模板庫(kù)虛擬容器應(yīng)用系統(tǒng)模板庫(kù)混合虛擬化宿主操作系統(tǒng)應(yīng)用操作系統(tǒng)應(yīng)用操作系統(tǒng)應(yīng)用操作系統(tǒng)虛擬硬件管理寄居虛擬化寄居虛擬化裸金屬虛擬化裸金屬虛擬化操作系統(tǒng)虛擬化操作系統(tǒng)虛擬化混合虛擬化混合虛擬化優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)

5、虛擬機(jī)不依賴(lài)于操作系統(tǒng)支持多種操作系統(tǒng)，多種應(yīng)用 簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn) 管理開(kāi)銷(xiāo)非常低 相對(duì)于寄居虛擬化架構(gòu)，沒(méi)有冗余，性能高 可支持多種操作系統(tǒng)缺點(diǎn)缺點(diǎn) 安裝和運(yùn)行應(yīng)用程序依賴(lài)于主機(jī)操作系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的支持 管理開(kāi)銷(xiāo)較大，性能損耗大 虛擬層內(nèi)核開(kāi)發(fā)難度大 隔離性差，多容器共享同一操作系統(tǒng) 需底層硬件支持虛擬化擴(kuò)展功能廠家廠家VMware WorkstationWMware ESXServerCitrix XenServer華為 FusionSphereVirtuozzoRedhat KVM裸金屬虛擬化架構(gòu)與混合虛擬化架構(gòu)將是未來(lái)虛擬化架構(gòu)發(fā)展的趨勢(shì)Page 10目錄1. 虛擬化技術(shù)介紹2. 計(jì)算虛擬化

6、技術(shù)計(jì)算虛擬化技術(shù)3. 存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)4. 網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)5. 創(chuàng)建虛擬機(jī)簡(jiǎn)介Page 11計(jì)算虛擬化分類(lèi)計(jì)算資源的虛擬化，可以歸結(jié)為三個(gè)方面：lCPU虛擬化l內(nèi)存虛擬化lIO虛擬化Page 12CPU虛擬化l虛擬機(jī)VM共享CPUp利用與原始操作系統(tǒng)類(lèi)似的機(jī)制通過(guò)定時(shí)器中斷，在中斷觸發(fā)時(shí)陷入VMM，從而根據(jù)調(diào)度機(jī)制進(jìn)行調(diào)度操作系統(tǒng)VMM硬件CPU指令1指令（1）Page 13CPU虛擬化-X86構(gòu)架lX86架構(gòu)存在虛擬化漏洞px86 ISA 中有19條敏感指令不是特權(quán)指令，因此 x86 無(wú)法使用經(jīng)典的虛擬化技術(shù)完全虛擬化l解決辦法p半虛擬化p全虛擬化p硬件輔助虛擬化Page 14內(nèi)存虛擬化l內(nèi)

7、存虛擬化：把物理機(jī)的真實(shí)物理內(nèi)存統(tǒng)一管理，包裝成多個(gè)虛擬機(jī)的內(nèi)存給若干虛擬機(jī)使用。Machine Physical MemoryVirtual Machine Monitor (VMM)Guest Physical Memory5132432145VM1VM4VM3VM2Page 15I/O虛擬化l 現(xiàn)實(shí)中的外設(shè)資源是有限的，為了滿足多個(gè)客戶機(jī)操作系統(tǒng)的需求，VMM必須通過(guò)I/O虛擬化的方式來(lái)復(fù)用有限的外設(shè)資源lVMM截獲客戶操作系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的訪問(wèn)請(qǐng)求，然后通過(guò)軟件的方式來(lái)模擬真實(shí)設(shè)備的效果Page 16Domain 0I/O虛擬化-前后端驅(qū)動(dòng)模型l前端設(shè)備驅(qū)動(dòng)將數(shù)據(jù)通過(guò)VMM提供的接口轉(zhuǎn)發(fā)到后

8、端驅(qū)動(dòng)l后端驅(qū)動(dòng)VM的數(shù)據(jù)進(jìn)行分時(shí)分通道進(jìn)行處理物理硬件（處理器，內(nèi)存，1/O設(shè)備）虛擬機(jī)監(jiān)控器內(nèi)核用戶態(tài)控制面板后端驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)Domain U內(nèi)核用戶態(tài)前端驅(qū)動(dòng)Page 17INTEL硬件對(duì)虛擬化的支持處理器輔助虛擬化技術(shù) VT-x: Virtualization Technology for IA-32I/O輔助虛擬化:直接I/O VT-d: Virtualization Technology for Directed I/O網(wǎng)絡(luò)輔助虛擬化技術(shù)VT-c: Virtualization Technology for Connectivity可信執(zhí)行技術(shù)TXT- Trusted Execut

9、ion TechnologyPage 18INTEL硬件對(duì)虛擬化的支持處理器輔助虛擬化技術(shù) VT-x: Virtualization Technology for IA-32I/O輔助虛擬化:直接I/O VT-d: Virtualization Technology for Directed I/O網(wǎng)絡(luò)輔助虛擬化技術(shù)VT-c: Virtualization Technology for Connectivity可信執(zhí)行技術(shù)TXT- Trusted Execution TechnologyPage 19目錄1. 虛擬化技術(shù)介紹2. 計(jì)算虛擬化技術(shù)3. 存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)4. 網(wǎng)絡(luò)虛擬化

10、技術(shù)5. 創(chuàng)建虛擬機(jī)簡(jiǎn)介Page 20什么是存儲(chǔ)虛擬化l存儲(chǔ)虛擬化的概念p存儲(chǔ)虛擬化是在存儲(chǔ)設(shè)備上加入一個(gè)邏輯層，通過(guò)邏輯層訪問(wèn)存儲(chǔ)資源p對(duì)管理員來(lái)說(shuō)，可以很方便的調(diào)整存儲(chǔ)資源，提高存儲(chǔ)利用率p對(duì)終端用戶來(lái)說(shuō)，集中的存儲(chǔ)設(shè)備可以提供更好的性能和易用性l存儲(chǔ)虛擬化的實(shí)現(xiàn)方式p裸設(shè)備+邏輯卷p存儲(chǔ)設(shè)備虛擬化p主機(jī)存儲(chǔ)虛擬化+文件系統(tǒng)Page 21存儲(chǔ)虛擬化的原理主機(jī)存儲(chǔ)虛擬化+文件系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備虛擬化裸設(shè)備+邏輯卷Page 22裸設(shè)備+邏輯卷的結(jié)構(gòu)用用戶虛擬戶虛擬機(jī)機(jī)主機(jī)內(nèi)核空間用用戶虛擬戶虛擬機(jī)機(jī)后端卷掛載驅(qū)動(dòng)后端卷掛載驅(qū)動(dòng)前端驅(qū)動(dòng)前端驅(qū)動(dòng)前端驅(qū)動(dòng)前端驅(qū)動(dòng)邏輯卷邏輯卷邏輯卷邏輯卷通用塊層通用塊層設(shè)

11、備驅(qū)動(dòng)層設(shè)備驅(qū)動(dòng)層存儲(chǔ)設(shè)備Page 23存儲(chǔ)設(shè)備虛擬化的結(jié)構(gòu)用用戶虛擬戶虛擬機(jī)機(jī)用用戶虛擬戶虛擬機(jī)機(jī)管理節(jié)點(diǎn)管理節(jié)點(diǎn)后端卷掛載驅(qū)動(dòng)后端卷掛載驅(qū)動(dòng)前端驅(qū)動(dòng)前端驅(qū)動(dòng)前端驅(qū)動(dòng)前端驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)管理存儲(chǔ)管理邏輯卷邏輯卷邏輯卷邏輯卷通用塊層通用塊層設(shè)備驅(qū)動(dòng)層設(shè)備驅(qū)動(dòng)層FusionStorageS5500T主機(jī)內(nèi)核空間計(jì)算節(jié)點(diǎn)計(jì)算節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)管理存儲(chǔ)管理Page 24存儲(chǔ)虛擬化+文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)用用戶虛擬戶虛擬機(jī)機(jī)用用戶虛擬戶虛擬機(jī)機(jī)后端卷掛載驅(qū)動(dòng)后端卷掛載驅(qū)動(dòng)前端驅(qū)動(dòng)前端驅(qū)動(dòng)前端驅(qū)動(dòng)前端驅(qū)動(dòng)鏡像文件鏡像文件通用塊層通用塊層設(shè)備驅(qū)動(dòng)層設(shè)備驅(qū)動(dòng)層SANNAS主機(jī)內(nèi)核空間本地磁盤(pán)NFSNFS文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)文件系

12、統(tǒng)主機(jī)用戶空間用戶態(tài)掛載驅(qū)動(dòng)用戶態(tài)掛載驅(qū)動(dòng)Page 25存儲(chǔ)虛擬化類(lèi)型虛擬化類(lèi)型虛擬化類(lèi)型裸設(shè)備裸設(shè)備+邏輯卷邏輯卷存儲(chǔ)設(shè)備虛擬化存儲(chǔ)設(shè)備虛擬化主機(jī)存儲(chǔ)虛擬化主機(jī)存儲(chǔ)虛擬化+文文件系統(tǒng)件系統(tǒng)支持的業(yè)務(wù)精簡(jiǎn)置備磁盤(pán)（僅限華為IPSAN3900）全量快照精簡(jiǎn)置備磁盤(pán)差量快照鏈接克隆精簡(jiǎn)置備磁盤(pán)差量快照存儲(chǔ)冷熱遷移磁盤(pán)擴(kuò)容精簡(jiǎn)磁盤(pán)空間回收鏈接克隆支持的存儲(chǔ)類(lèi)型IPSANFCSAN本地存儲(chǔ)華為5500T華為FusionStorageIPSANFCSANNAS本地存儲(chǔ)Page 26目錄1. 虛擬化技術(shù)介紹2. 計(jì)算虛擬化技術(shù)3. 存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)4.4. 網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)5. 創(chuàng)建虛擬機(jī)簡(jiǎn)介P

13、age 27網(wǎng)絡(luò)虛擬化的背景傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心云數(shù)據(jù)中心計(jì)算虛擬化服務(wù)器交換機(jī)服務(wù)器交換機(jī)虛擬機(jī)遷移Page 28虛擬交換技術(shù)PCICPU網(wǎng)卡網(wǎng)線物理交換機(jī)服務(wù)器vSwitcheSwitchQBG123123描述：服務(wù)器內(nèi)部描述：服務(wù)器內(nèi)部CPUCPU實(shí)現(xiàn)虛擬交換功能；實(shí)現(xiàn)虛擬交換功能； 優(yōu)點(diǎn)：功能擴(kuò)展靈活；優(yōu)點(diǎn)：功能擴(kuò)展靈活；缺點(diǎn)：消耗服務(wù)器缺點(diǎn)：消耗服務(wù)器CPUCPU，性能較低；，性能較低；描述：網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)完整的虛擬交換功能；描述：網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)完整的虛擬交換功能；優(yōu)點(diǎn)：性能高、節(jié)省服務(wù)器優(yōu)點(diǎn)：性能高、節(jié)省服務(wù)器CPUCPU資源；資源；缺點(diǎn)：依賴(lài)特殊網(wǎng)卡硬件；缺點(diǎn)：依賴(lài)特殊網(wǎng)卡硬件；描述：物理交換機(jī)實(shí)現(xiàn)

14、虛擬交換功能；描述：物理交換機(jī)實(shí)現(xiàn)虛擬交換功能；優(yōu)點(diǎn)：可繼承交換機(jī)的二層特性；優(yōu)點(diǎn)：可繼承交換機(jī)的二層特性；缺點(diǎn)：規(guī)格小、擴(kuò)展困難、缺點(diǎn)：規(guī)格小、擴(kuò)展困難、HypervisorHypervisor均不支持。均不支持。Page 29華為方案與技術(shù)的關(guān)聯(lián)l華為當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)虛擬化解決方案：p分布式虛擬交換支持vSwitch和eSwitch兩種方式p華為支持網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供的大二層解決方案計(jì)算節(jié)點(diǎn)vSwitcheSwitch物理交換機(jī)分布式虛擬交換集中管理Page 30目錄1. 虛擬化技術(shù)介紹2. 計(jì)算虛擬化技術(shù)3. 存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)4. 網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)5.5. 創(chuàng)建虛擬機(jī)簡(jiǎn)介創(chuàng)建虛擬機(jī)簡(jiǎn)介Page 31“攢

15、”（虛擬）機(jī)之預(yù)算篇用途用途數(shù)量CPU內(nèi)存內(nèi)存硬盤(pán)硬盤(pán)文秘用來(lái)文本編輯2臺(tái)2GMHz、1核2G10G美工用來(lái)圖像處理1臺(tái)2GMHz、4核4G80G文件共享服務(wù)器1臺(tái)2GMHz、1核2G500G合計(jì)合計(jì)4臺(tái)780%=6核1080%=8G600G虛擬化技術(shù)大幅提升資源利用率，所以6核CPU當(dāng)7核用，8G內(nèi)存當(dāng)10G用一臺(tái)低端服務(wù)器上（1萬(wàn)塊），可部署4臺(tái)虛擬機(jī)。作用相當(dāng)于4臺(tái)PC成本大幅下降Page 32“攢”（虛擬）機(jī)之硬件篇物理硬件華為虛擬化技術(shù)虛擬硬件云數(shù)據(jù)中心管理員虛擬機(jī)使用者虛擬機(jī)下發(fā)指令Page 33“攢”（虛擬）機(jī)之軟件篇虛擬機(jī)使用者瘦終端 PC 網(wǎng)絡(luò)虛擬機(jī)安裝操作系統(tǒng)（可選）安裝各

16、種應(yīng)用軟件Page 34虛擬機(jī)創(chuàng)建過(guò)程 先從存儲(chǔ)的池子里撈了個(gè)100G硬盤(pán)，是個(gè)虛擬的，還是空的從一堆物理服務(wù)器中找了一臺(tái)，這臺(tái)服務(wù)器上正好有兩個(gè)空閑的CPU(虛擬的)，2G空閑的內(nèi)存，1塊虛擬網(wǎng)卡把這個(gè)虛擬的硬盤(pán)掛到這臺(tái)物理服務(wù)器上用這些CPU，內(nèi)存，硬盤(pán)啟動(dòng)了一個(gè)無(wú)系統(tǒng)的虛擬機(jī)找來(lái)一個(gè)Win7,offcice,foxmail的ISO文件使用CIFS協(xié)議將ISO掛載到VNA節(jié)點(diǎn)，設(shè)置虛擬機(jī)從虛擬光驅(qū)啟動(dòng)，加載ISO文件VNC登錄界面按照提示安裝系統(tǒng)大功告成大功告成您稍等，馬上您稍等，馬上給您攢一個(gè)給您攢一個(gè)我要一個(gè)虛擬機(jī)，雙我要一個(gè)虛擬機(jī)，雙CPUCPU，2G2G內(nèi)存，內(nèi)存，100G100G

17、硬盤(pán)，硬盤(pán)，1 1塊網(wǎng)卡塊網(wǎng)卡操作系統(tǒng)是操作系統(tǒng)是Windows7Windows7，裝了，裝了officeoffice，foxmailfoxmail虛擬機(jī)規(guī)格虛擬機(jī)規(guī)格塊存儲(chǔ)資源塊存儲(chǔ)資源服務(wù)器集群服務(wù)器集群虛擬機(jī)虛擬機(jī)安裝安裝OS業(yè)務(wù)要求業(yè)務(wù)要求虛擬磁盤(pán)虛擬磁盤(pán)Page 35總結(jié)l虛擬化技術(shù)l計(jì)算虛擬化技術(shù)l存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)l網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)Page 36思考題l主流的虛擬化類(lèi)型有哪些？有什么區(qū)別？l計(jì)算虛擬化包含哪些方面？各自的技術(shù)原理如何？l存儲(chǔ)虛擬化有幾個(gè)類(lèi)型？l網(wǎng)絡(luò)虛擬化有幾種實(shí)現(xiàn)方式？Page 37習(xí)題l判斷題1. 裸金屬虛擬化由于性能較高，支持多種操作系統(tǒng)將會(huì)是未來(lái)發(fā)展的方向。 （ )l多選題1. 網(wǎng)絡(luò)虛擬化的實(shí)現(xiàn)方式有哪些？ ( )A. eSwitch。B. vSwitch。C. 物理交換機(jī)。D. 網(wǎng)絡(luò)路由器。Page 38縮略語(yǔ)（1）APP: Application, 應(yīng)用。CPU: Central Process Unit, 中央處理器。IO: Input an