云計算虛擬化技術(shù)-虛擬化技術(shù)

云計算虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)1943:“Ithinkthereisaworldmarketformaybefivecomputers”

—ThomasWatson,CEO,IBM1981：“640Kofmemoryshouldbeenoughforanybody”—BillGates,ChiefArchitect,MicrosoftIT發(fā)展速度使行業(yè)領(lǐng)袖的預(yù)言成為愚言06二月20233第一臺電子計算機

ENIAC194730噸重,170M2,174KW4IBMSystem360--1964通用化標準組件的開始06二月20235SNADECNetAdvanceNetNOVAWangNet一馬當(dāng)先,群雄并爭的戰(zhàn)國時代除了與IBM,任意兩點都不通集成電路，分立器件構(gòu)成的CPU板，各不相同不同的服務(wù)器擅長不同的應(yīng)用6基于主機的通信，沒有專門的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備瑞士軍刀模型:集萬千功能于一身Pointtopoint7標準浮現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)半遮面X.25AsyncTerminalVT100EthernetEthernetDTCEthernet:19738Client/Server和Router,數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)EthernetEthernetHubAB食品店模型面包房模型9Client/Server=>二層結(jié)構(gòu)應(yīng)用服務(wù)器:區(qū)域中心廚房數(shù)據(jù)庫服務(wù)器:大型配送中心客戶機:柜面零售應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器存儲區(qū)域網(wǎng)(SAN)數(shù)據(jù)層應(yīng)用服務(wù)器文件服務(wù)器(NAS)應(yīng)用層負載均衡交換機web服務(wù)器web網(wǎng)頁存儲(NAS)內(nèi)部防火墻Web層外部防火墻身份認證,DNS,入侵檢測,VPN邊界路由器訪問層訪問層web層應(yīng)用層數(shù)據(jù)層接入路由器路由交換機認證,域名服務(wù),

入侵檢測,VPN

web緩存第一層防火墻第二層防火墻負載均衡

交換機web服務(wù)器網(wǎng)頁存儲

(NAS)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器存儲域網(wǎng)

(SAN)應(yīng)用服務(wù)器文件存儲

(NAS)交換機交換機internetinternetIT應(yīng)用系統(tǒng)一般結(jié)構(gòu)11”傳統(tǒng)“數(shù)據(jù)中心的IT資源配置模式

——“煙囪式”結(jié)構(gòu)機房設(shè)施數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和存儲網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器1服務(wù)器2服務(wù)器3服務(wù)器n。。。。。。。。。。。應(yīng)用1應(yīng)用2應(yīng)用3應(yīng)用n部門A預(yù)算部門B預(yù)算部門Z預(yù)算存儲1數(shù)據(jù)庫1存儲2存儲3數(shù)據(jù)庫2存儲n數(shù)據(jù)庫n數(shù)據(jù)中心預(yù)算傳統(tǒng)“煙囪式”數(shù)據(jù)中心的缺陷缺陷1：據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)中心資源的平均使用率低于30%，但仍有相當(dāng)數(shù)量的資源無法滿足其服務(wù)水平目標缺陷2：一個新應(yīng)用的部署需要歷經(jīng)預(yù)算、采購、安裝測試、上線等過程，周期長達數(shù)周至數(shù)月，難以及時響應(yīng)業(yè)務(wù)需求缺陷3：硬件數(shù)量和管理成本與應(yīng)用數(shù)量呈線性關(guān)系，IT管理和成本壓力巨大缺陷4：數(shù)據(jù)中心的電力冷卻壓力極大，電費直線上升，且缺乏管理手段大量未能利用的處理能力處理能力不足的系統(tǒng)什么是“虛擬化技術(shù)”“虛擬”的反意詞“現(xiàn)實”“現(xiàn)實環(huán)境”是什么樣?“虛擬”與“現(xiàn)實”的差異“邏輯”與“物理”物理界限變化現(xiàn)實環(huán)境現(xiàn)實環(huán)境特點優(yōu)點直觀控制力強“效率”高適合分散簡單環(huán)境（隱性成本）技巧和經(jīng)驗高技能人才缺點設(shè)備利用率低維護保障成本高無法規(guī)范和自動化集中管理成本高昂不適應(yīng)人力成本快速增長的時代現(xiàn)實環(huán)境特點–設(shè)備利用率低（1）典型的機房–物理集中3個業(yè)務(wù)（應(yīng)用）-3個不同的部門每個業(yè)務(wù)系統(tǒng)為典型的雙機集群3個業(yè)務(wù)系統(tǒng)采用同一廠商的產(chǎn)品所用的軟硬件型號/規(guī)格不同物理集中產(chǎn)權(quán)分割現(xiàn)實環(huán)境特點–設(shè)備利用率低（2）為保證每個業(yè)務(wù)系統(tǒng)的正常工作，各自有一套備用系統(tǒng)（服務(wù)器，光纖存儲交換機,…）彼此之間唯一共享的只有機房、網(wǎng)絡(luò)、電源、空調(diào)6臺服務(wù)器中只有3臺工作光纖存儲交換機只有一半工作軟件的利用率只有一半現(xiàn)實環(huán)境特點–維護保障成本高各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)可能采用不同檔次的設(shè)備設(shè)備部件互用性差軟件版本/型號不統(tǒng)一對維護人員的要求嚴格經(jīng)驗難以共享/總結(jié)無規(guī)模優(yōu)勢現(xiàn)實環(huán)境特點–無法規(guī)范和自動化系統(tǒng)的多樣化、復(fù)雜化經(jīng)驗積累的周期延長經(jīng)驗的通用化消弱人的能力在低層次徘徊流程再造的能力低自動化、規(guī)范化管理的代價昂貴即使建立規(guī)范、自動體系也難于操作、持久2006二月2023“虛擬化”技術(shù)不僅考慮了硬件設(shè)備的成本…

更關(guān)注管理方面的成本不斷增加的數(shù)據(jù)量和信息價值的不斷增加隱性的購置成本不斷增加的管理成本不斷降低的設(shè)備的成本1.00美元的設(shè)備3.50美元的管理現(xiàn)實特點–集中管理成本高昂設(shè)備型號復(fù)雜大量應(yīng)急設(shè)備復(fù)雜的軟件版本高昂的維護費用（機房、空調(diào)、電力）人員培訓(xùn)……現(xiàn)實環(huán)境特點–不適應(yīng)人力成本的快速增長隨著經(jīng)濟的發(fā)展，TCO的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化設(shè)備成本減小服務(wù)成本增加（人力成本）降低整個成本的關(guān)鍵–降低人力的使用減少人力開支的關(guān)鍵-IT管理的自動化、工具化、流程化、集成化2306二月2023虛擬環(huán)境虛擬環(huán)境管理特點優(yōu)點適合數(shù)據(jù)/業(yè)務(wù)集中處理（復(fù)雜）資源優(yōu)化配置依靠“工具”而不是“人力”流程化和自動化缺點管理成本靈活性差人受到制約人的要求改變?yōu)槭裁葱枰疤摂M化”汽車的變速工具–離合器手動自動手動離合的特點省油加速快頻繁啟步坡啟自動離合的特點需求發(fā)生了改變手動檔時代“有”與“無”購置成本是決策的中心使用成本處于次要位置自動檔時代“好”與“不好”TCO是決策的中心環(huán)境變化“路況”什么是虛擬化技術(shù)在計算機科學(xué)中，虛擬化（Virtualization）是一個表現(xiàn)邏輯群組或計算機資源的子集的進程，用戶可以用比原本的組織管理更好的方式來存取這些進程。這些資源的新虛擬部份是不受現(xiàn)有資源的架設(shè)方式，地域或物理組態(tài)所限制。一般所指的虛擬化資源包括計算能力和資料儲存。虛擬化是企業(yè)IT整體發(fā)展趨勢的一部分，在把計算機的處理能力被視為用戶按需承擔(dān)開銷的一種工具，它包括自主計算、通過認知活動和計算工具進行自主管理。1959年，Christopher

Strachey(British)提出《大型高速計算機中的時間共享》

(TimeSharinginLargeFastComputers)觀點虛擬化技術(shù)并不是一個新技術(shù)，早在60-70年代，IBM就已經(jīng)在360/67，370等硬件體系實現(xiàn)上虛擬化。IBM的虛擬化通過VMM(VirtualMachineMonitor)把一個硬件虛擬成多個硬件(VM,VirtualMachine)，各VM之間可以認為是完全隔離的。這個隔離不同于各進程之間的地址空間隔離。無論是內(nèi)存，設(shè)備，還是處理器等對各VM來講，都被認為是自已獨一套的。在VM上可以運行”任何”的操作系統(tǒng)(稱為GuestOS)而不會對其它的VM產(chǎn)生影響。什么是虛擬化技術(shù)在計算機集群中，許多小型服務(wù)器正在被一個大型服務(wù)器取代以增加硬件資源的利用率（如CPU等）。雖然硬件正在被整合，但是典型的操作系統(tǒng)仍然是獨立的。取而代之地，每一個運行在獨立的服務(wù)器上的操作系統(tǒng)被轉(zhuǎn)移到在虛擬機中。大型的服務(wù)器可以“寄宿”許多這樣的“客戶”虛擬機。這就是物理到虛擬（Physical-to-Virtual,P2V）的轉(zhuǎn)換。虛擬機比真實的機器可以被更容易從外部被控制和檢查，并且可以配置更靈活。這在內(nèi)核開發(fā)與操作系統(tǒng)課程教學(xué)中尤為有用。創(chuàng)建一個新的虛擬機不需要預(yù)先購買硬件。同時，一個新的虛擬機可以容易地從一臺計算機轉(zhuǎn)移到另一臺上。舉例來說，一個銷售員可以復(fù)制一個包含試用版軟件的虛擬機到他的筆記本電腦去訪問他的客戶而不用更換電腦。類似的，虛擬機中的故障不會對宿主機產(chǎn)生損害，所以不會令筆記本上的操作系統(tǒng)死機。由于可以被容易地遷移，虛擬機可以被用于遠距離災(zāi)難恢復(fù)方案。虛擬化的主要類型硬件虛擬化全虛擬化/半虛擬化/平行虛擬化(準虛擬化)Fullvirtualization/Partialvirtualization/Paravirtualization軟件虛擬化系統(tǒng)虛擬化/應(yīng)用虛擬化/工作環(huán)境虛擬化Operatingsystem-levelvirtualization/Applicationvirtualization/Workspacevirtualization內(nèi)存虛擬化內(nèi)存聚合技術(shù)/虛擬內(nèi)存隔離技術(shù)Memoryvirtualization/Virtualmemory存儲虛擬化物理存儲的邏輯抽象處理/分布式文件系統(tǒng)Storagevirtualization/Distributedfilesystem網(wǎng)絡(luò)虛擬化桌面虛擬化/地址空間虛擬化(VPN)Desktopvirtualization/Networkvirtualization虛擬化的主要類型硬件平臺虛擬化，將操作系統(tǒng)和硬件平臺資源分割開

軟件系統(tǒng)虛擬化，在操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序間建立虛擬環(huán)境操作系統(tǒng)級虛擬化便攜式應(yīng)用程序，允許程序在便攜式設(shè)備中運行而不用在操作系統(tǒng)中安裝跨平臺虛擬化，允許針對特定CPU或者操作系統(tǒng)的軟件不做修改就能運行在其他平臺上，例如Wine，AdobeAIR，Java虛擬設(shè)備，運行于虛擬化平臺之上，面向應(yīng)用的虛擬機映像虛擬內(nèi)存，將不相鄰的內(nèi)存區(qū)，甚至硬盤空間虛擬成統(tǒng)一連續(xù)的內(nèi)存地址存儲虛擬化，將實體存儲空間（如硬盤）分隔成不同的邏輯存儲空間網(wǎng)絡(luò)虛擬化，將不同網(wǎng)絡(luò)的硬件和軟件資源結(jié)合成一個虛擬的整體虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（VPN），在大型網(wǎng)絡(luò)（通常是Internet）中的不同計算機（節(jié)點）通過加密連接而組成的虛擬網(wǎng)絡(luò)，具有類似局域網(wǎng)的功能存儲器虛擬化，將網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的隨機存儲器聚合起來，形成統(tǒng)一的虛擬內(nèi)存池桌面虛擬化，在本地計算機顯示和操作遠程計算機桌面，在遠程計算機執(zhí)行程序和儲存信息數(shù)據(jù)庫虛擬化虛擬化與新技術(shù)云計算中的虛擬化需求首先我們想到的第一個問題是云計算中為什么需要虛擬化技術(shù)？是否云計算必須使用虛擬化技術(shù)？從實際運營而言，云計算是否必須使用虛擬化技術(shù)。從理論上講云所宣稱的“數(shù)據(jù)在云端，計算在云端”，“用戶按需購買存儲和計算能力”，“即插即用”等特性，使用傳統(tǒng)的分布存儲和分布計算體系是完全可以完成的。也就是說拋開虛擬化技術(shù)我們?nèi)匀豢勺龅綄?shù)據(jù)分布存于集群中存儲，將運算派發(fā)到集群中執(zhí)行；也可做到為不同用戶的存儲和計算（或者還包括帶寬）設(shè)定容量和計算能力的限制；而且只要作為一種遠程服務(wù)，那么自然也可做到“即插即用“。但是！作為運營實際云計算的工業(yè)考慮來看，虛擬化卻是必然選擇！因為運營系統(tǒng)不同于實驗室系統(tǒng)，它必須考慮成本問題！考慮安全！而虛擬化技術(shù)確實可幫助我們降低成本，提供一定的安全保障。當(dāng)前信息技術(shù)面臨的三座高墻摘自李國杰：信息技術(shù)的發(fā)展前景云計算的關(guān)鍵特征成本低LowCost使用者付費PayperUse虛擬化Virtualization高通用性HighUniversality超大規(guī)模HugeDataScale高擴充性HighScalibility高可靠性HighReliability參考來源：/view/1316082.htm云計算的參考架構(gòu)硬件設(shè)施Infrastructure:Computer,Storage,Network虛擬化VM,VMmanagementandDeployment控制QosNegotiation,AdmissionControl,Pricing,SLAManagement,Metering…程序語言Web2.0界面,Mashups,Workflows,…應(yīng)用SocialComputing,Enterprise,ISV,…User-LevelMiddlewareCoreMiddlewareUser-LevelSystemLevelIaaSPaaSSaaS云計算的核心思想一個房子五個模型地基：數(shù)據(jù)中心資源整合模型——資源虛擬化空間：數(shù)據(jù)中心海量數(shù)據(jù)存儲模型——分布式文件系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)化非關(guān)系數(shù)據(jù)庫墻壁1：數(shù)據(jù)中心編程模型——MapReduce編程模型墻壁2：服務(wù)封裝模型——IaaS/PaaS/SaaS屋頂：商業(yè)模型資源整合模型數(shù)據(jù)存儲模型編程模型服務(wù)封裝模型商業(yè)模型云計算相關(guān)技術(shù)自優(yōu)化桌面虛擬化服務(wù)器虛擬化網(wǎng)絡(luò)虛擬化存儲虛擬化自動化監(jiān)控和計量服務(wù)管理云計算Web2.0部署管理環(huán)境監(jiān)控容量管理用戶管理安全管理備份管理存儲虛擬化/網(wǎng)絡(luò)虛擬化/服務(wù)器虛擬化軟件管理鏡像管理可用性管理使用計量服務(wù)生命周期管理應(yīng)用服務(wù)平臺自服務(wù)平臺云用戶云計算邏輯拓撲圖數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器應(yīng)用軟件資源管理網(wǎng)絡(luò)管理研發(fā)管理和支持平臺企業(yè)應(yīng)用企業(yè)級協(xié)作及業(yè)務(wù)流程管理平臺項目資源容災(zāi)服務(wù)開發(fā)工具OA系統(tǒng)物資財務(wù)協(xié)同平臺共享平臺配置中心數(shù)據(jù)備份應(yīng)用備份項目申請項目維護項目恢復(fù)項目備份資源申請開發(fā)服務(wù)資源監(jiān)控容災(zāi)備份生產(chǎn)管理審批報表企業(yè)應(yīng)用協(xié)同共享項目管理38基礎(chǔ)架構(gòu)標準化服務(wù)器虛擬化技術(shù)動態(tài)分區(qū)遷移VIOSNPIVEnabledSANNPIVVIOClientPOWER6NPIVVIOClientVIOClientVIOClientVIOClientsvcTapeLibraryDS8000DS6800DS4800OEM完美的I/O虛擬化-NPIV技術(shù)LPAR#2LPARVIOSLPAR#3LPAR#1DedicatedProcessor/MemoryLPAR#4PowerHypervisorMicro-PartitionSharedProcessor/MemoryPoolVSCSIVNETBootHMC動態(tài)邏輯分區(qū)/微分區(qū)共享CPU和內(nèi)存最小分區(qū):0.1core，分區(qū)數(shù)達254AIXV5.3/6.1,Linux,&IBMi

AIXLinuxAIX2A3A4AASCSIFibre2B3B4BBSCSIFibreAA

1BMirrorAA

5BMirrorMirrorMirrorVirtualI/OserverVirtualI/Oserver2B3BHypervisorlayerAMirror4B2A1A5A3A4AHypervisorlayer虛擬I/O服務(wù)器云計算中的存儲虛擬化架構(gòu)塊設(shè)備訪問(StorageVolume)存儲集合管理VMMobilityOSOSOSHypervisorN-waySMPOSOSOSN-waySMP服務(wù)器集合管理Hypervisor…StorageControllersSAN

SwitchesBlockStorageEnsembleStorageMobilityStorageControllersSAN

SwitchesVirtualizedBlockStorageEnsembleStorageMobilityStorageControllersSAN

SwitchesBackup&ArchiveEnsembleStorageControllersSAN

SwitchesFileStorageEnsemble高擴展文件系統(tǒng)存儲虛擬層文件訪問(File)OSOSOSHypervisorN-waySMPTape存儲的變化應(yīng)該對上層應(yīng)用透明，不影響上層應(yīng)用的配置和運行云計算中的網(wǎng)絡(luò)虛擬化安全的網(wǎng)絡(luò)分區(qū)安全的用戶分組和計算資源分組虛擬的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)HypervisorHypervisorHypervisor系統(tǒng)視圖業(yè)務(wù)視圖項目管理者項目管理者項目1項目2物理數(shù)據(jù)中心多項目支持42August24,2008云計算管理架構(gòu)模型最終用戶操作員…服務(wù)請求、操作設(shè)計&創(chuàng)建鏡像庫（存儲）部署鏡像使用周期IT基礎(chǔ)架構(gòu)和應(yīng)用提供服務(wù)創(chuàng)建、部署虛擬鏡像管理服務(wù)目錄請求、操作界面基于標準的界面虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)管理面向服務(wù)的架構(gòu)信息架構(gòu)基于標準的界面服務(wù)目錄、組件庫數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施云管理員訪問服務(wù)43August24,2008云計算管理架構(gòu)模型最終用戶操作員…服務(wù)請求、操作設(shè)計&創(chuàng)建鏡像庫（存儲）部署鏡像使用周期IT基礎(chǔ)架構(gòu)和應(yīng)用提供服務(wù)創(chuàng)建、部署虛擬鏡像管理服務(wù)目錄請求、操作界面用戶請求管理/自服務(wù)門戶安全：Identity,Integrity,Isolation,Compliance計費License管理鏡像生命周期管理部署性能管理可用性/備份/恢復(fù)服務(wù)自動化管理服務(wù)管理OptimizedMiddleware(imagedeployment,integratedsecurity,workloadmgmt.,high-availability)ServiceOrientedArchitectureInformationArchitecture虛擬化資源SMPServersNetworkHardwareStorageServers系統(tǒng)資源BladesStorage虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)器存儲網(wǎng)絡(luò)云服務(wù)的生命周期定義提供訂閱與實例化生產(chǎn)終結(jié)IBM/ISV/

IT部門訂閱者(例如LOB)管理員/服務(wù)水平管經(jīng)理服務(wù)模板定義創(chuàng)建服務(wù)的生成和管理計劃服務(wù)的創(chuàng)建和注冊根據(jù)模板定義服務(wù)，并將其注冊在服務(wù)目錄中服務(wù)目錄經(jīng)理服務(wù)訂閱與實例化選擇服務(wù)，定制相關(guān)參數(shù)和服務(wù)水平。自動實例化服務(wù)訂閱者(例如LOB)服務(wù)實例終結(jié)

終結(jié)服務(wù)并釋放相應(yīng)的資源云服務(wù)服務(wù)的轉(zhuǎn)變期服務(wù)的運行期服務(wù)的設(shè)計期利用自動化和虛擬化技術(shù)主動或手動執(zhí)行管理計劃

從而保證達成相應(yīng)的服務(wù)水平服務(wù)管理平臺通用資源池44云計算中的安全驗證和基于角色訪問控制包括單點登錄隔離管理服務(wù)器，存儲，網(wǎng)絡(luò)鏡像管理的安全元數(shù)據(jù)安全，訪問控制，授權(quán)完整性VirtualImageintegrity風(fēng)險和合規(guī)審計和配置管理企業(yè)級合規(guī)要求策略管理威脅管理虛擬環(huán)境下的安全監(jiān)控在每個主機上為每個虛擬機提供防火墻入侵防護木馬(Rootkit)檢測/防護虛擬機流量分析網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)行為審計整合的安全監(jiān)控平臺集中安全管理平臺，覆蓋網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、桌面、應(yīng)用、郵件安全等多個層面支持B/S，C/S,SSH,LCD面板，命令行等多種管理配置方式靈活定制管理用戶權(quán)限，支持多種用戶角色支持基于Windows活動目錄的資產(chǎn)管理通過TSOM與Tivoli集成企業(yè)級報告系統(tǒng)，支持HTML、PDF、CSV、XLS等多種格式輸出，支持報告定時生成支持CVSS支持RADIUS/LDAP認證支持手動和自動工單,工作流管理軟件與硬件兩種形態(tài)多層架構(gòu),HA負載均衡支持遠程控制臺關(guān)聯(lián)分析系統(tǒng)48平臺服務(wù)標準化中間件服務(wù)云中間件級別實現(xiàn)虛擬化應(yīng)用無需考慮其實用的資源分布中間件服務(wù)器自動資源負載均衡和高可用股票Trad