云计算虚拟化技术虚拟化技术王瑞琳PPT课件.ppt

本节课内容安排 虚拟化综述服务器虚拟化存储虚拟化网络虚拟化 融合网络 云计算综述课程总结和答疑 行业趋势 发展历史定义和技术分类 云计算和虚拟化 什么是虚拟化 狭义虚拟化指在计算机上模拟运行多个操作系统平台更多时候强调的是虚拟计算资源广义虚拟化虚拟化就是把实体资源转变为逻辑上可以管理的资源 以打破实体结构间的壁垒 就其本质而言属于一种资源管理技术计算机科学中的虚拟化包括平台虚拟化 应用程序虚拟化 存储虚拟化 网络虚拟化 服务器虚拟化 桌面虚拟化 展现层虚拟化等 虚拟应用应用到任何有需求的计算机上 虚拟存储通过网络存储及备份 虚拟网络将分散的资源本地化 虚拟机器操作系统可以分配到任何计算机或服务器 虚拟桌面桌面与流程分离 基础设施虚拟化 虚拟化的关键特征 隔离 每一个虚拟机都与同在一个服务器上的其他虚拟机相隔离 服务器虚拟化的术语 术语介绍宿主机 Host 客户机 Guest VMM 虚拟机监视器 Hypervisor 虚拟机管理系统 全虚拟化 FullVirtulization 半虚拟化 Parairtulization 硬件辅助虚拟化 HardwareAssistedVirtualization 软件虚拟化 SoftwareVirtualization IntelVT xAMDAMD VSR IOVNPIVFCOECEE 服务器虚拟化历史 服务器虚拟化进程指在计算机上模拟运行多个操作系统平台20世纪60年代和70年代 IBMS 360主机问世并推出了第一代虚拟化技术在2001年 VMware发布了GSX和ESXServer1 0 从此VMWare确定在x86虚拟化商用领域的霸主地位2003 2008PowerVM IBM在Power架构体系上的虚拟化技术 它是以半虚拟化为核心 硬件虚拟化为辅助的虚拟化技术 2003年Xen问世 2008年Xen被Citrix收购用于Citrix在云计算领域中与VMWare竞争的利器 2006年10月 KVM出现2007 2008年 微软发布Hyper V 服务器虚拟化技术分类 操作系统级虚拟化共享时间片 虚拟内存VirtualPrivateServer JVM全虚拟化传统虚拟化 主要采用优先级压缩和二进制代码翻译技术硬件辅助虚拟化 主要有Intel的VT x和AMD的AMD V这两种技术 内存虚拟化 IO虚拟化 半虚拟化需要修改操作系统内核 其通过修改GuestOS的代码 使其将那些和特权指令相关的操作都转换会发给VMM的Hypercall 超级调用 使得通过Hypercall能得到近似于物理机的速度 这是Xen最大的特点 本节课内容安排 虚拟化综述服务器虚拟化存储虚拟化网络虚拟化 融合网络 云计算综述课程总结和答疑 技术推动力服务器虚拟化技术分类应用描述 虚拟化1 0 整合 虚拟化3 0 虚拟化延伸 虚拟化2 0 敏捷 小结 负载均衡交换机web服务器web网页存储 NAS 内部防火墙 Web层 访问层 web层 应用层 数据层 接入路由器 路由交换机 认证 域名服务 入侵检测 VPNweb缓存 第一层防火墙 第二层防火墙 负载均衡交换机 web服务器 网页存储 NAS 数据库服务器 存储域网 SAN 应用服务器 文件存储 NAS 交换机 交换机 internet internet IT应用系统一般结构 14 处理器虚拟化 三种常见的虚拟化技术解释执行 取指 译码 执行 代码扫描与修补多数指令直接在物理CPU执行 把OS代码中的敏感指令替换成跳转指令或会陷入到VMM中的指令 一旦运行到敏感指令处控制流就会进入VMM中 由VMM代为执行二进制代码翻译在VMM中开辟一块儿代码缓存 将代码翻译好放在其中 15 内存虚拟化 基于软件的内存虚拟化方法 影子页表法硬件辅助虚拟化VT x类虚拟化 页表写入法 16 硬件辅助虚拟化 VT x引入了两种操作模式 统称为VMX模式 根操作模式和非根操作模式 两种操作模式与IA32特权级0 3是正交的 17 不同虚拟化技术对比表 18 缺陷1 据统计数据中心资源的平均使用率低于30 但仍有相当数量的资源无法满足其服务水平目标缺陷2 一个新应用的部署需要历经预算 采购 安装测试 上线等过程 周期长达数周至数月 难以及时响应业务需求缺陷3 硬件数量和管理成本与应用数量呈线性关系 IT管理和成本压力巨大缺陷4 数据中心的电力冷却压力极大 电费直线上升 且缺乏管理手段 大量未能利用的处理能力 处理能力不足的系统 传统模式带来的问题 19 服务器虚拟化概览 X86 物理层 厂商提供的x86服务器CPU辅助虚拟化层 选用的x86服务器中使用的芯片必须支持Intel VT或者AMD V硬件虚拟Hypervisor层 分三层ApplicationContainer层 操作系统提供的虚拟化技术 VMMgmt层 虚拟机的管理软件 服务器虚拟化概览 HPUX VPAR 粒度细到core 服务器虚拟化概览 AIX PowerVM选项 动态逻辑分区专用处理器CPU微分区多组共享处理器池整合虚拟以太网卡 IVE NPIV N PortIDVirtualization 虚拟IO服务器LivePartitionMobilityLx86LinuxEmulation工作负载分区 WPAR 和其他多种虚拟化功能 Director AIXV6 1 2Cores AIXV6 1 5Cores VirtualLAN POWERHypervisor Linux 2Cores IBMi 不使用分区 使用微分区共享处理器池技术 错峰整合应用 LegendCPUApplicationLoad HP UX11iOperatingEnvironment SystemsManagement HPVirtualizationSoftware HPVSE 为应用提供虚拟服务器环境支持 HPVSE 了解第三方应用的状态和资源需求 BatchJobs低优先级 BEAWebLogicServer高优先级 OracleDatabase中优先级 HPVSE 根据规划分配CPU资源 HighAvailability HPVSE 根据动态需要添加即时扩容CPU资源 HPVSE 监控到Oracle负载增加 HPVSE 监控到BEA负载增加 调整CPU资源 HPVSE Oracle负载降低调整CPU资源的分配 BEALoad ServicesDeliveryofCPUsacrossapplicationsbasedonapplicationloadandpriority OracleLoad BatchLoad 服务器虚拟化应用 服务器分区 存储 三层交换机 刀片服务器 RDP OV Ignite SIM ADDNSDHCP CARadius 虚拟网络 VM 1 VM 2 VM 1 VM 2 Web Web Web 应用服务器 数据库 VSE VSE 操作管理服务 配置管理服务 基础设施服务 Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade Blade VM 2 VM 1 VM 2 事件 控制命令l 事件 控制命令 事件 事件 WLM策略 WLM策略 Blade Blade Linux HP UX Windows 事件 控制命令 控制命令l Blade Web VM 2 VM 1 VM 2 VM 1 Blade Blade Blade Blade Blade VM 1 Blade VM 1 VM 1 SMA 演示过程 本节课内容安排 虚拟化综述服务器虚拟化存储虚拟化网络虚拟化 融合网络 云计算综述课程总结和答疑 技术推动力存储虚拟化技术分类应用描述 40 的信息预算用于系统的合并 30 的人时用于查找相关信息 平均10亿美元规模的公司有48个独立的财务系统和2 7个ERP系统 只有1 3的CFO相信他们企业的信息是有效管理的 容易使用的并且是经济合算的 42 的交易依旧没有做到电子化 还是基于纸张的 60 以上的CEO认为 为了做出业务决策需要更好的快速抓取 分析信息 30 50 的设计时间是用于管理各项备份 80 的信息是未经有效组织的 Transactions Documents Reports E mails Media Customers Employees Partners Databases Organizations Financials Products Webcontent 79 的公司有两个以上的仓库 其中25 有15以上 面临的信息挑战 28 驱动A 驱动A 驱动B 驱动B 驱动C 远程镜像 没空间了 没空间了 没空间了 空余空间 010101010101010101010010101101001000 数据迁移 SAN 是否能利用现有的存储网络进行数据拷贝服务 管理多个存储通过多个管理接口 整合 需要为新增加的存储容量购买各种功能的软件授权 存储的空间没有得到有效的利用 整合 是否支持非中断的数据迁移 以及所需时间 应对7X24小时需求 空间 制冷 电费 面临的信息挑战 在物理存储系统和服务器之间增加一个虚拟层 它管理和控制所有存储并对服务器提供存储服务 服务器不直接与存储硬件打交道 存储硬件的增减 调换 分拆 合并对服务器层完全透明 隐藏了复杂程度允许将现有的功能集成使用摆脱了物理容量的局限 虚拟化 逻辑表现 物理设备 什么是存储虚拟化 DS TS StorageSubsystem SAN卷控制器 SAN文件系统NAS StorageNetwork p5Hypervisor 操作系统 LVM Server OperatingSystem VIOS 虚拟化 逻辑表现 物理设备 存储虚拟化技术 IBM虚拟化存储整合 备份方案 构建弹性 可扩展 面向7X24应用 30 存储的变化应该对上层应用透明 不影响上层应用的配置和运行 存储虚拟化架构 Time 应用成长 功能 扩展 部分功能迁移到其他应用 存储初始规划 应用逐步下线 部分正确定级 部分正确定级 快速发布 简单的流程 没有浪费 没有浪费 应用生命周期 部分正确定级 主动并且没有痛苦的存储管理深入了解应用特性预测并消除应用QoS问题简单的初始定级简单的再定级在应用生命周期的所有阶段都有效利用空间 存储服务在应用生命周期的所有阶段都可以很好地匹配业务的需求 少数卓越的大型企业 IO负载 应用初始上线有限测试 动态优化存储架构 本节课内容安排 虚拟化综述服务器虚拟化存储虚拟化网络虚拟化 融合网络 云计算综述课程总结和答疑 技术推动力网络虚拟化技术分类应用描述 以太网域 以太网核心层 SAN网域 以太网会聚层 光纤交换核心层 边缘接入域 服务器域 存储域 存储系统 LAN接入服务器 LAN SAN接入服务器 LAN接入 边缘 层 SAN边缘层 数据中心可以分为五个域 以太网域由网络IT团队负责 SAN网域由存储IT团队负责 边缘介入域由网络 存储团队负责 服务器域由服务器团队负责 存储域由存储团队负责 数据中心连接全景 在现有的连接模式下 网络利用效率低下 延迟过大 扩展性受限服务器虚拟化的广泛应用 对连接的需求提出了更高的要求网络连接的增加 变更需要多个团队的参与 同时耗费很长的时间在一个大的数据中心里 3daystoturnoffanetworkport6weekstoconnectVM 资源绑定部署 系统难以整合 网络架构不合理 系统效率低下 设备不断增加 系统无法驾驭 数据中心网络面临的挑战 限制了应用服务交付 有效在线支持 IT蔓延 安全和可靠性 存储暴涨 延迟增加 数据中心网络面临的挑战 通向融合网络之路 虚拟网 虚拟园区网解决方案虚拟化扩展 横向整合 通过IRF横向虚拟化纵向分割 将横向虚拟化网络进行纵向虚拟化业务部署 数据 语音 安全插卡 流量分析网络管理 拓扑 告警 网流 安全管理 虚拟化业务整合 IRF2横向整合 通向融合网络之路 2010 2011 2012 2009 1跳 多跳 2跳 服务器端交换模块 服务器端交换模块上连汇聚层交换设备 完全端到端的融合CEE FCoE CEE FCoE FinalRatifiedSpecSpec FinalRatifiedSpecSpec FinalRatifiedSpecSpec NextGenProducts Congestionmanagement CEEconfigurationprotocol INCITST11 3FC BB 5 IEEE802 1Qau QCN Qbb PFC IEEE802 1Qaz ETSandDCBX 通向融合网络之路 融合网络技术发展 本节课内容安排 虚拟化综述服务器虚拟化存储虚拟化网络虚拟化 融合网络 云计算综述课程总结和答疑 概述应用描述 5Characteristics五大基础特征 4DeploymentModels四种部署形式 3ServiceModels三层服务模式 定性认识云计算 美国国家标准局的定义 Cloudform CloudResource Server Storage Network Media CloudService IaaS PaaS SaaS Administrator EndUser PublicCloud PrivateCloud BusinessUser HybridCloud CommunityCloud CloudPlatform CloudApplication CloudInfrastructure VirtualInfrastructure PhysicalInfrastructure Designer 云计算分层 云计算中的虚拟化需求首先我们想到的第一个问题是云计算中为什么需要虚拟化技术 是否云计算必须使用虚拟化技术 从实际运营而言 云计算是否必须使用虚拟化技术 从理论上讲云所宣称的 数据在云端 计算在云端 用户按需购买存储和计算能力 即插即用 等特性 使用传统的分布存储和分布计算体系是完全可以完成的 也就是说抛开虚拟化技术我们仍然可做到将数据分布存于集群中存储 将运算派发到集群中执行 也可做到为不同用户的存储和计算 或者还包括带宽 设定容量和计算能力的限制 而且只要作为一种远程服务 那么自然也可做到 即插即用 但是 作为运营实际云计算的工业考虑来看 虚拟化却是必然选择 因为运营系统不同于实验室系统 它必须考虑成本问题 考虑安全 而虚拟化技术确实可帮助我们降低成本 提供一定的安全保障 虚拟化与新技术 46 August24 2008 云计算管理架构模型 最终用户操作员 服务请求 操作 设计 创建 镜像库 存储 部署 镜像使用周期 IT基础架构和应用提供 服务创建 部署 虚拟镜像管理 服务目录请求 操作界面 云服务的生命周期 定义