云計(jì)算與大數(shù)據(jù)技術(shù)（微課版） 教案 第3章 虛擬化技術(shù)

教案首頁(yè)課序第次學(xué)時(shí)周.次第教學(xué)周教學(xué)題目虛擬化技術(shù)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)虛擬化概述，包括虛擬化發(fā)展歷程、虛擬化的幾個(gè)重要概念、虛擬化的主要特征、虛擬化常見(jiàn)的架構(gòu)類型；虛擬化的關(guān)鍵技術(shù)，包括CPU虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、服務(wù)器虛擬化、桌面虛擬化、應(yīng)用程序虛擬化；幾種典型的虛擬化軟件，KVM、Xen、VMwareESXi>MicrosoftHyper-Vo能力了解虛擬化技術(shù)的基本概念、主要特性以及常見(jiàn)的架構(gòu)類型，掌握虛擬化的關(guān)鍵技術(shù)，了解幾種典型的虛擬化軟件。情感虛擬化技術(shù)推進(jìn)了云計(jì)算發(fā)展。教學(xué)重點(diǎn)虛擬化的關(guān)鍵技術(shù)教學(xué)難點(diǎn)虛擬化的關(guān)鍵技術(shù)教學(xué)方法手段采用課堂互動(dòng)講解+研討分析，線下提供學(xué)習(xí)資源多媒體+課后作業(yè)教學(xué)組織方式1.講解2.互動(dòng).練習(xí).課后作業(yè).預(yù)習(xí)課后反思（課后手寫(xiě)）教學(xué)環(huán)節(jié)課程引入新課講解課堂討論每課小結(jié)布置作業(yè)時(shí)間分配（以分鐘計(jì)算）575532教學(xué)設(shè)計(jì)課堂組織：【課程引入】承上啟下總計(jì)回顧上節(jié)課內(nèi)容提問(wèn)云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)？【互動(dòng)】通過(guò)虛擬化技術(shù)元宇宙課堂組織：【課程引入】承上啟下總計(jì)回顧上節(jié)課內(nèi)容提問(wèn)云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)？【互動(dòng)】通過(guò)虛擬化技術(shù)元宇宙【重點(diǎn)內(nèi)容】虛擬化的關(guān)鍵技術(shù)課程引入：.總計(jì)回顧上節(jié)課內(nèi)容.提問(wèn)云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)，CPU存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)？一、虛擬化概述1虛擬化發(fā)展歷程2虛擬化的幾個(gè)重要概念虛擬化、虛擬機(jī)、虛擬化管理器3虛擬化的主要特征：分區(qū)、隔離、封裝、獨(dú)立于硬件4虛擬化常見(jiàn)的架構(gòu)類型寄居虛擬化架構(gòu)、裸金屬虛擬化架構(gòu)、操作系統(tǒng)虛擬化架構(gòu)、混合虛擬化架構(gòu)。二、CPU虛擬化.CPU虛擬化技術(shù)就是單CPU模擬多CPU并行，允許一個(gè)平臺(tái)同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，并且應(yīng)用程序都可以在相互獨(dú)立的空間內(nèi)運(yùn)行而互不影響，從而顯著提高計(jì)算機(jī)的工作效率?；軌蜃屘摂M機(jī)直接在處理器上執(zhí)行大多數(shù)指令，讓多個(gè)虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)可以同時(shí)訪問(wèn)一個(gè)CPU。2x86保護(hù)模式下有4個(gè)特權(quán)等級(jí)，按照權(quán)限下降順序?yàn)镽ing。、Ringl、Ring2>Ring3.虛擬化過(guò)程中，根據(jù)處理敏感指令的方式可以將CPU虛擬化分為3類：完全虛擬化技術(shù)、半虛擬化和硬件輔助CPU虛擬化。三、存儲(chǔ)虛擬化.存儲(chǔ)虛擬化對(duì)多個(gè)物理存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行抽象，將多臺(tái)磁盤陣列進(jìn)行集成和統(tǒng)一管理，形成一個(gè)虛擬化的邏輯池，讓用戶對(duì)邏輯存儲(chǔ)進(jìn)行操作。它管理著下層不同的存儲(chǔ)設(shè)備，對(duì)上層用戶屏蔽不同設(shè)備差異。.存儲(chǔ)的類型磁盤盤陣列、DAS、NAS、SAN.存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)可以分為基于主機(jī)的、基于存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的和基于存儲(chǔ)設(shè)備的3種層次的存儲(chǔ)虛擬化..存儲(chǔ)虛擬化作用現(xiàn)統(tǒng)一管理和災(zāi)備四、網(wǎng)絡(luò)虛擬化.網(wǎng)絡(luò)虛擬化基本概念網(wǎng)絡(luò)虛擬化是一種基于用戶實(shí)際需求來(lái)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的技術(shù)，能將網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行邏輯虛擬化，在原有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備硬件系統(tǒng)上，運(yùn)行邏輯隔離的半封閉網(wǎng)絡(luò),可有效提升網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率。網(wǎng)絡(luò)虛擬化將網(wǎng)絡(luò)的硬件和軟件資源整合，向用戶提供虛擬網(wǎng)絡(luò)連接的技術(shù)。.網(wǎng)絡(luò)虛擬化特點(diǎn)透明性、隔離性、可靠性、安全性、可定制.網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)網(wǎng)絡(luò)虛擬化主要包括3個(gè)方面：物理主機(jī)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)虛擬化、網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備虛擬化和網(wǎng)絡(luò)虛擬化的統(tǒng)一管理。網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)研究主要集中在IP網(wǎng)絡(luò)虛擬化領(lǐng)域。IP網(wǎng)絡(luò)虛擬化主要包括網(wǎng)元虛擬化、鏈路虛擬化、隧道虛擬化。五、服務(wù)器虛擬化.服務(wù)器虛擬化是指在一臺(tái)物理服務(wù)器上通過(guò)軟件虛擬出多個(gè)虛擬服務(wù)器，各個(gè)虛擬服務(wù)器之間相互隔離，能夠同時(shí)運(yùn)行相互獨(dú)立的操作系統(tǒng)，這些操作系統(tǒng)通過(guò)VMM來(lái)與硬件進(jìn)行通信并進(jìn)行管理。服務(wù)器虛擬化可以讓CPU、內(nèi)存、磁盤、I/O等硬件變成可以動(dòng)態(tài)管理的資源池，從而提高資源的利用率、簡(jiǎn)化系統(tǒng)管理、實(shí)現(xiàn)服務(wù)器整合。.服務(wù)器虛擬化需要達(dá)到一致性、高效性、可控性的要求。六、虛擬桌面.虛擬桌面基本概念虛擬桌面是操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的預(yù)配置映像，其中桌面環(huán)境與用于訪問(wèn)它的物理設(shè)備是分開(kāi)的。.虛擬桌面工作原理虛擬桌面提供商使用虛擬化軟件從計(jì)算機(jī)硬件中抽象出操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)、應(yīng)用程和數(shù)據(jù)不是在硬件上運(yùn)行的，而是在虛擬機(jī)上運(yùn)行的。組織可以在本地托管虛擬機(jī)。在基于云的虛擬機(jī)上運(yùn)行虛擬桌面也很常見(jiàn)。該技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到允許多用戶共享一個(gè)運(yùn)行多個(gè)虛擬桌面的操作系統(tǒng)。.虛擬桌面的優(yōu)點(diǎn)安全性、靈活性、成本、輕松管理、計(jì)算能力七、應(yīng)用程序虛擬化.應(yīng)用程序虛擬化是將應(yīng)用程序與操作系統(tǒng)解耦合，為應(yīng)用程序提供虛擬的運(yùn)行環(huán)境。.JVM是連接應(yīng)用程序與系統(tǒng)平臺(tái)及計(jì)算機(jī)硬件的橋梁，是在操作系統(tǒng)中的一個(gè)作業(yè)，所有Java應(yīng)用程序均歸屬某一個(gè)虛擬機(jī)實(shí)例，當(dāng)運(yùn)行作為Java程序起點(diǎn)的main()方法時(shí)，JVM便被創(chuàng)建。JVM被創(chuàng)建后，在虛擬機(jī)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)創(chuàng)建守護(hù)線程，守護(hù)線程的作用是監(jiān)測(cè)非守護(hù)線程的執(zhí)行過(guò)程，保障程序的完整執(zhí)行，直到應(yīng)用程序退出。八、幾種典型的虛擬化軟件虛擬化軟件分為開(kāi)源軟件和商業(yè)軟件兩種。開(kāi)源軟件以Xen和KVM為代表，其特點(diǎn)是成本低、產(chǎn)品免費(fèi)；商業(yè)軟件以VMwareESXi和Hyper-V為代表，其特點(diǎn)是性能