云计算-第5章 虚拟化技术

第5章虚拟化技术【教学内容】【教学要求】【重点难点】3虚拟化的诞生与发展ChristopherStrachey虚拟化技术并非是随着云计算的概念而诞生。的论文《大型高速计算机中的时间共享》(Timex86hardwarevirtualization虚拟化技术发展编年史——Wikipedia——VMwareInc.的首席科学家Mende/Rosenblum什么是虚拟化?,在一台计算机上同时运行多个逻辑计算机，每个逻辑计算机可运行不同的操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。定模机应用程序盘机应用程序虚机虚拟化的基本特征整个虚拟机都保存在文件中,可以通过移动和复制这些文件8主要内容主要内容-9一般来说，虚拟环境由三部分组成：虚拟机、虚拟机监控器(GuestAppGuestOS虚拟硬件GuestAppGuest0S虚拟硬件GuestAppGuestOS虚拟硬件●GuestAppGuestOSGuestAppGuestOSGuestAppGuestOS硬件缺点：只支持部分型号设备，需要重写驱动或者协议。典型产品：VMwareESXserver3,KVM。(设备驱动程序),无需重写；物理资源通过调用主机操作系统的服务来获得资源，实现处理器、内存和I/O设GuestAppHostOS典型产品：VMwareserver,VMwareworkstation,virtualPC,virtualserver。●缺点缺点：经常需要在VMM与特权OS之混合模型就是上述两种模型的混合体。混合模式在结构上与与Hypervisor模型的区别在于：混合模式的VMM相对要小的多，●的关联性，使得可以在一个物理计算机上建立多个虚拟化环境，每个虚拟化环境中都能模拟出完整的计算机系统，与真实计算机系统的使用并优势：■通过创建虚拟机使得部署各种软件运行环境更加容易，桌面虚拟化是将操作系统与计算机硬件设备解耦，这样用户可以在自己的电脑上运行多个操作系统，或是通过网络从任何位置和设备访问存放在服务器上的个人的桌面环境。远程桌面N个Xen虚拟机用户配置文件桌面操作系统应用虚拟化：指解除应用和缂作素统。诞件的遇合关系，使应用个虚拟化的环境中，这样就不会跟本地安装的其它程序相冲突，同时也方便了访问应用访问应用应用服务器的CPU带有特别优化过的指令集来控制虚拟过程。通过这些指令集 ,VMM会很容易提高性能，相比软件虚拟化方式会很大程度上提高硬件级虚拟化是目前研究最广泛的虚拟化技术，相应的虚拟化vmware全虚拟化技术(FullVirtualization),也称为原始虚拟化技术，是指虚拟机模拟完整的底层硬件，使为原始硬件设计的操作系统或其它系统软件完全不做任何修改就可在虚拟机中运行，且它不知道自己运行在虚拟化环境下。全虚拟化技术使用Hypervisor这种中间层软件，在虚拟服务器和底层硬件之间建立一个抽象层。Hypervisor可以划分为两大类。首先是类型1,这种Hypervisor是直接运行在物理硬件之上的；其次是类型2,这种Hypervisor运行在另一个操作系统(运行在物理硬件之上)中。AppsAppsGuestOSGuestOSMgmtHardware●AppsAppsModifiedModifiedMgmtHardware 22常见的虚拟化厂商vSpherevmwarevSphereXenServerXenServerSANGFOR深信服科技vGatevSphere是VMware推出的云计算的新一代数据中心虚拟化套件，它是以原生架构的ESX/ESXiServer为基础，让多台ESXServer能并发负担更多个虚拟机，在加上VirtualCenter、配合主流数据库软件来管理多台ESXi及虚拟机，通过将关键业务应用程序与底层硬件分离来实现前所未有的可靠性和灵活性，从而优化IT交付。ApplicationServicesInfrastructureServicesAvailabilityVMotionStoragevMotionvComputeESXiDRSSecurityvShieldZonesVMSafeScalablityHotAddvNetworkvNetworkVMFSThinProvisioning24可以分为内部和外部云端(即私有云与公共云)。由各种硬件资源组成，并由vSphere负责统合云端资源。在ESX和ESXi服务器负责将硬件资源虚拟化。vCompute服务器整合、提供高性一时刻所需的最小空间化技术主要通过VMware能并担保服务品质、流,动态灵活地在多用户vSphere中的vNetwork网水式测试和部署及可伸间分配磁盘存储空间；络元素实现。●DRS确保按需调整资机设计的高性能集群文包括虚拟网络接口卡Vnic源配置，根据需要和优件系统，可以VMware虚、vNetwork标准交换机先级压缩和增加应用系拟数据中心环境中访问vSwitch和vNetwork分布统的资源，动态的响应共享存储。式交换机dvSwitch。可用性就是企业的服务永远不会中断不管是服务器蓝屏或是应用软件蓝屏，让VM能动态转移到更快捷的物,理服务器上，其中HotAdd的功能可以让VM在不关机的情况下安全性包括了vShieldsZones和让物理机直接连上虚拟机，甚至是不同物理机上的虚拟机，而无需通过外接的防火墙或是路由器x86Architecturex86ArchitectureABSAN、iSCSI或NAS实施在线迁移实现计划内的0宕机在物理服务器之间迁移运行中的虚拟机，而无需中断最终用户√在不停机的情况下跨存储磁盘实时迁移虚拟机√最大限度地减少计划内停机VMwareHighAvailability(HA)新的主虚拟机虚拟机√在不同的主机上同步运行相同的虚拟机√零停机时间、零数据损失√无需复杂的群集或专用硬件√所有应用程序和操作系统通用的单一机制32VMSCHEDULEBACKUPSVIAVMWAREvCENTERSERVERCREATESNAPSHOTDATADATAANDSTORED√虚拟机的无代理、基于磁盘√虚拟机或文件级别的恢复√增量备份和消除重复数据以节约磁盘空间√为虚拟机提供快速、简单和完整的数据保护SELECTVMIMAGES/一个Windows一个Windows端的实用程序，用来直接总控单台ESX/ESXi。在vSphere中，所有的VM管理，创建，运行，维护都靠vCenterClient。VMwareVMware所以Hyper-V要求CPU必须支持虚拟化。这种做法带来了虚拟机OS访问硬件性能的直线提升。VMM主要目的是提供很多孤立的执行环境，这些执行环境被称之为分区，每一个分区都被分配了自己独立的一套硬件资源。VM1VM2VM2Hyper-VMS/XenSource/ISV/IHV/OEM虚拟化堆栈非hypervisor感知的操作系统启用Xen的Linux内按承载客户机操作系虚拟化调用，用于与虚拟机监控程序虚拟机监控程序，提供称为分区的隔离执行环境，控制和裁定对基础硬件管理计算机级别的功能。根(或父)分区是唯一能够直接访问物理内存和设备的虚拟机总线，用于分区之间的通虚拟化服务客户端，驻留在子分区中的一种综合VSP虚拟化服务提供程序，驻留在根分区子分区提供综合设WMI开一组基于WMI的API用于管理和Hyper-V支持分区层面的隔离。分区是逻辑隔离单位，受虚拟机监控程序支持，并且操作系统在其中执行。Microsoft虚拟机监控程序必须至少有一个父/根分区，用于运行WindowsServer。虚拟化堆栈在父分区中运行，并且可以直接访问硬件设备。随后，根分区会创建子分区用于承载客户机操作系统。根分区使用虚拟化调用应用程序编程接口MicrosoftIntelVT/AMD-VXen是一个开放源代码虚拟机监视器，由剑桥大学开发。Xen技术被广泛看作是业界最快速、最安全的虚拟化软件。它是基于硬件的完全XENdom0appAPPAPP39Xen的虚拟化架构示意图3940●40XenHypervisorXenHypervisorDom0DomUXen采用混合模式，因而设定了一个特权域用以辅助Xen管理其他的域，并提供虚拟的资源服务，该特权域称为Domain0(简称Dom0),而其余的域则称为DomainU(简称DomU)。位于操作系统和硬件之间，负责为上层运行的位于操作系统和硬件之间，负责为上层运行的操作系统内核提供虚拟化的硬件资源，负责管理和分配这些资源，并确保运行在Xen管理程序之上，具有直接访问硬件和管理其他客户操作系统的特权的客户操作系统。通过本身加载的物理驱运行在Xen管理程序之上的普通客户操作系统或业务操作系统，不能直接访问硬件资源(如内存，硬盘等),但可以独XenServer是基于强大开源的Xe服务管理平台XenCenter可管理虚拟服务器、虚拟机模板、快照共享强大的集中式管理强大的集中式管理√动态迁移及多服务器资源共享√经过验证的管理程序引擎√快速裸机性能√简单设置及管理√集成存储管理Xen"HypervisoXen"HypervisoHardwareHardwareXenServer体系架构AControlDomainXenToolStackControlInterfaceBXenControlInterfaceNetworkandStorageV/OEStorageA:控制域DriversB:B:虚拟层C:硬件层D:虚拟机E:虚拟机RAM/CPUVirtualizedHardwareC■Xen虚拟机管理程序：软件的基础抽象层，负责底层任务，例如CPU调度，并且负责常驻VM的内存隔■控制域：Dom0,是一个安全的特权LinuxVM,运XenServer管理Toolstack。除提供XenServer管理功能之外，还运行驱动程序堆栈，提供对物理设备的用户创建VM访问。■管理Toolstack:也称作xapi,可以控制VM生命周期操作、主机和VM网络连接、VM存储、用户身份验证，并允许