云计算基础技术-虚拟化

火龙果·整理uml.org.cn第四章虚拟化技术Page1火龙果·整理uml.org.cn目标学完本课程后，您将能够:什么是虚拟化技术计算虚拟化技术存储虚拟化技术网络虚拟化技术如何创建一个虚拟机Page2火龙果·整理uml.org.cn目录1.虚拟化技术介绍2.计算虚拟化技术3.存储虚拟化技术4.网络虚拟化技术5.创建虚拟机简介Page3火龙果·整理uml.org.cn什么是虚拟化IT资源独立操作系统与硬件紧耦合资源抽像成共享资源池操作系统与硬件解耦，从资源池中分配资源虚拟化虚拟化前虚拟化后WindowsAPPLinuxAPPLinuxAPPServer1Server2Server3APPWinLinuxAPPAPPWinLinuxAPPAPPWinLinuxAPPAPPWinLinuxAPPAPPWinLinuxAPPAPPWinLinuxAPP资源池化虚拟化层虚拟化层虚拟化层Page4火龙果·整理uml.org.cn虚拟化的起源虚拟化发展由来虚拟化技术推动力60年代在大型机上虚拟技术已经有所应用99年在小型机上已经出现逻辑分区的应用2000年x86平台虚拟技术开始出现2001年x86平台虚拟化技术在服务器上应用CPU速度越来越快，超出软件对硬件性能的要求INTEL和AMD在CPU里加入虚拟指令企业成本压力环保压力不断增长的业务压力Page5火龙果·整理uml.org.cn虚拟化的好处提高硬件利用率降低能耗，绿色节能提高了IT运维效率，系统管理人员减少操作系统和硬件的解耦Page6火龙果·整理uml.org.cn虚拟化的本质相对于硬件独立无需修改即可在任何服务器上运行虚拟机分区在单一物理服务器上同时运行多个虚拟机隔离在同一服务器上的虚拟机之间相互隔离封装整个虚拟机都保存在文件中，而且可以通过移动和复制这些文件的方式来移动和复制该虚拟机Page8火龙果·整理uml.org.cn虚拟化中的几个重要概念物理机虚拟机硬件HostMachine操作系统HostOS硬件HostMachine虚拟机监控器Hypervisor虚拟机GuestMachine操作系统GuestOS虚拟机GuestMachine操作系统GuestOSPage9火龙果·整理uml.org.cn业界主流虚拟化类型介绍寄居虚拟化宿主操作系统操作系统应用应用虚拟化层裸金属虚拟化虚拟化层应用操作系统应用服务控制台应用操作系统操作系统虚拟化宿主操作系统虚拟容器应用系统模板库虚拟容器应用系统模板库混合虚拟化宿主操作系统应用操作系统应用操作系统应用操作系统虚拟硬件管理寄居虚拟化裸金属虚拟化操作系统虚拟化混合虚拟化优点•简单、易于实现•虚拟机不依赖于操作系统•支持多种操作系统，多种应用•简单、易于实现•管理开销非常低•相对于寄居虚拟化架构，没有冗余，性能高•可支持多种操作系统缺点•安装和运行应用程序依赖于主机操作系统对设备的支持•管理开销较大，性能损耗大•虚拟层内核开发难度大•隔离性差，多容器共享同一操作系统•需底层硬件支持虚拟化扩展功能厂家VMwareWorkstationWMwareESXServerCitrixXenServer华为FusionSphereVirtuozzoRedhatKVM裸金属虚拟化架构与混合虚拟化架构将是未来虚拟化架构发展的趋势Page10火龙果·整理uml.org.cn目录1.虚拟化技术介绍2.计算虚拟化技术3.存储虚拟化技术4.网络虚拟化技术5.创建虚拟机简介Page11火龙果·整理uml.org.cn计算虚拟化分类计算资源的虚拟化，可以归结为三个方面：CPU虚拟化内存虚拟化IO虚拟化Page12火龙果·整理uml.org.cnCPU虚拟化虚拟机VM共享CPU利用与原始操作系统类似的机制—通过定时器中断，在中断触发时陷入VMM，从而根据调度机制进行调度操作系统VMM硬件CPU指令1指令（1）Page14火龙果·整理uml.org.cn内存虚拟化内存虚拟化：把物理机的真实物理内存统一管理，包装成多个虚拟机的内存给若干虚拟机使用。MachinePhysicalMemoryVirtualMachineMonitor(VMM)GuestPhysicalMemory5132432145VM1VM4VM3VM2Page15火龙果·整理uml.org.cnI/O虚拟化现实中的外设资源是有限的，为了满足多个客户机操作系统的需求，VMM必须通过I/O虚拟化的方式来复用有限的外设资源VMM截获客户操作系统对设备的访问请求，然后通过软件的方式来模拟真实设备的效果Page16火龙果·整理uml.org.cnDomain0I/O虚拟化-前后端驱动模型前端设备驱动将数据通过VMM提供的接口转发到后端驱动后端驱动VM的数据进行分时分通道进行处理物理硬件（处理器，内存，1/O设备）虚拟机监控器内核用户态控制面板后端驱动设备驱动DomainU内核用户态前端驱动Page17火龙果·整理uml.org.cnINTEL硬件对虚拟化的支持处理器辅助虚拟化技术VT-x:VirtualizationTechnologyforIA-32I/O辅助虚拟化:直接I/OVT-d:VirtualizationTechnologyforDirectedI/O网络辅助虚拟化技术VT-c:VirtualizationTechnologyforConnectivity可信执行技术TXT-TrustedExecutionTechnologyPage19火龙果·整理uml.org.cn目录1.虚拟化技术介绍2.计算虚拟化技术3.存储虚拟化技术4.网络虚拟化技术5.创建虚拟机简介Page20火龙果·整理uml.org.cn什么是存储虚拟化存储虚拟化的概念存储虚拟化是在存储设备上加入一个逻辑层，通过逻辑层访问存储资源对管理员来说，可以很方便的调整存储资源，提高存储利用率对终端用户来说，集中的存储设备可以提供更好的性能和易用性存储虚拟化的实现方式裸设备+逻辑卷存储设备虚拟化主机存储虚拟化+文件系统Page21火龙果·整理uml.org.cn存储虚拟化的原理主机挂载存储设备（SAN、本地磁盘等)主机在存储设备上创建文件系统所有的虚拟机磁盘均以文件的形式存放在文件系统上主机存储虚拟化+文件系统存储设备支持通过接口创建和管理存储单元的能力主机通过挂载存储设备划分的存储单元来实现业务存储设备虚拟化主机挂载存储设备（SAN、本地磁盘等）在通用块层创建物理卷，再使用逻辑卷进行卷划分管理。裸设备+逻辑卷Page22火龙果·整理uml.org.cn裸设备+逻辑卷的结构用户虚拟机主机内核空间用户虚拟机后端卷挂载驱动前端驱动前端驱动逻辑卷逻辑卷通用块层设备驱动层存储设备Page23火龙果·整理uml.org.cn存储设备虚拟化的结构用户虚拟机用户虚拟机管理节点后端卷挂载驱动前端驱动前端驱动存储管理逻辑卷逻辑卷通用块层设备驱动层FusionStorageS5500T主机内核空间计算节点存储管理Page24火龙果·整理uml.org.cn存储虚拟化+文件系统的结构用户虚拟机用户虚拟机后端卷挂载驱动前端驱动前端驱动镜像文件通用块层设备驱动层SANNAS主机内核空间本地磁盘NFS文件系统文件系统主机用户空间用户态挂载驱动Page25火龙果·整理uml.org.cn存储虚拟化类型虚拟化类型裸设备+逻辑卷存储设备虚拟化主机存储虚拟化+文件系统支持的业务精简置备磁盘（仅限华为IPSAN3900）全量快照精简置备磁盘差量快照链接克隆精简置备磁盘差量快照存储冷热迁移磁盘扩容精简磁盘空间回收链接克隆支持的存储类型IPSANFCSAN本地存储华为5500T华为FusionStorageIPSANFCSANNAS本地存储Page26火龙果·整理uml.org.cn目录1.虚拟化技术介绍2.计算虚拟化技术3.存储虚拟化技术4.网络虚拟化技术5.创建虚拟机简介Page27火龙果·整理uml.org.cn网络虚拟化的背景传统数据中心云数据中心计算虚拟化服务器交换机服务器交换机…虚拟机……迁移Page28火龙果·整理uml.org.cn虚拟交换技术PCICPU网卡网线物理交换机服务器vSwitcheSwitchQBG123123描述：服务器内部CPU实现虚拟交换功能；优点：功能扩展灵活；缺点：消耗服务器CPU，性能较低；描述：网卡实现完整的虚拟交换功能；优点：性能高、节省服务器CPU资源；缺点：依赖特殊网卡硬件；描述：物理交换机实现虚拟交换功能；优点：可继承交换机的二层特性；缺点：规格小、扩展困难、Hypervisor均不支持。Page29火龙果·整理uml.org.cn华为方案与技术的关联华为当前的网络虚拟化解决方案：分布式虚拟交换支持vSwitch和eSwitch两种方式华为支持网络设备提供的大二层解决方案计算节点vSwitcheSwitch物理交换机分布式虚拟交换集中管理Page30火龙果·整理uml.org.cn目录1.虚拟化技术介绍2.计算虚拟化技术3.存储虚拟化技术4.网络虚拟化技术5.创建虚拟机简介Page31火龙果·整理uml.org.cn“攒”（虚拟）机之预算篇用途数量CPU内存硬盘文秘用来文本编辑2台2GMHz、1核2G10G美工用来图像处理1台2GMHz、4核4G80G文件共享服务器1台2GMHz、1核2G500G合计4台7×80%=6核10×80%=8G600G虚拟化技术大幅提升资源利用率，所以6核CPU当7核用，8G内存当10G用一台低端服务器上（1万块），可部署4台虚拟机。作用相当于4台PC＋‖成本大幅下降Page32火龙果·整理uml.org.cn“攒”（虚拟）机之硬件篇物理硬件华为虚拟化技术虚拟硬件云数据中心管理员虚拟机使用者＋＋＝虚拟机下发指令Page33火龙果·整理uml.org.cn“攒”（虚拟）机之软件篇虚拟机使用者瘦终端PC网络虚拟机安装操作系统（可选）安装各种应用软件Page34火龙果·整理uml.org.cn虚拟机创建过程•先从存储的池子里捞了个100G硬盘，是个虚拟的，还是空的…•从一堆物理服务器中找了一台，这台服务器上正好有两个空闲的CPU(虚拟的)，2G空闲的内存，1块虚拟网卡…•把这个虚拟的硬盘挂到这台物理服务器上•用这些CPU，内存，硬盘启动了一个无系统的虚拟机…•找来一个Win7,offcice,foxmail的ISO文件…•使用CIFS协议将ISO挂载到VNA节点，设置虚拟机从虚拟光驱启动，加载ISO文件…•VNC登录界面按照提示安装系统…大功告成您稍等，马上给您攒一个…我要一个虚拟机，双CPU，2G内存，100G硬盘，1块网卡操作系统是Windows7，装了office，foxmail…虚拟机规格块存储资源服务器集群虚拟机安装OS业务要求虚拟磁盘Page35火龙果·整理uml.org.cn总结虚拟化技术计算虚拟化技术存储虚拟化技术网络虚拟化技术Page36火龙果·整理uml.org.cn思考题主流的虚拟化类型有哪些？有什么区别？计算虚拟化包含哪些方面？各自的技术原理如何？存储虚拟化有几个类型？网络虚拟化有几种实现方式？Page37火龙果·整理uml.org.cn习题判断题1.裸金属虚拟化由于性能较高，支持多种操作系统将会是未来发展的方向。（)多选题1.网络虚拟化的实现方式有哪些？()A.eSwitch。B.vSwitch。C.物理交换机。D.网络路由器。Page38火龙果·整理uml.org.cn缩略语（1）APP:Application,应用。CPU:CentralProcessUnit,中央处理器。IO:InputandOutput,输入输出。VM:VirtualMachine,虚拟机。VMM:VirtualMachineMonitor,虚拟机监控器。ISA:InstructionSetArchitecture,指令集架构。PCI:PeripheralComponent