云计算与虚拟化技术体系结构

Linux操作系统(论文)云计算与虚拟化技术体系结构 系 别计算机与通信工程学院专 业计算机科学与技术学 号姓 名指导教师白雪松2012年 12 月 30 日目录一、中文摘要-2二、相关概念-2三、基本原理-3四、两者关系-3五、虚拟化及云计算技术支撑-3六、当前先进技术汇总-5七、云计算及虚拟化发展趋势-6八、结束语-7九、参考文献-7云计算与虚拟化技术体系结构撰写人： 毛世泽中文摘要：当下，虚拟化技术十分流行，但其实虚拟化并非最新技术，这种技术早在20世纪60年代就已经出现，并且在当时的IBM大型机上得以实现。虚拟化技术经过了这么多年的发展，已经比较成熟，同时也产生了一个一个体系庞大、门类复杂的虚拟化产品家族如Nested Host、P2V等。当然，在众多产品背后是一个庞大的技术体系作为支撑。随着虚拟化技术的成熟，云计算技术也变得越来越流行了，比较著名的云计算技术厂商有Amazon、Google等，同样的，在高端技术背后同样有技术在支撑。本文主要将当今先进的虚拟化及云计算技术举例，同时对相关技术做梳理，形成体系结构。深入理解虚拟化及云计算在当今世界的作用及技术支撑。为下一步的深入学习做良好铺垫。关键字：虚拟化、云计算、技术、体系文章脉络图1、 相关概念（1） 虚拟化：虚拟化是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行，是一个为了简化管理，优化资源的解决方案。通过虚拟化技术把一台计算机虚拟为多台逻辑计算机，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。（2） 云计算：云计算（Cloud Computing），是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需求提供给计算机和其他设备。他是由分布式处理、并行处理和网络运算演进发展，并在商业上实现的计算机概念。2、 基本原理（1） 虚拟化的基本原理：虚拟化对上层应用或用户隐藏了计算资源的底层属性。它既包括是单一的资源划分成多个虚拟资源，也包括将多个资源整合成一个虚拟资源。 （2） 云计算的基本原理：构建大规模的分布式计算系统资源库，将系统的计算分布在系统资源地，统筹考虑整体系统的利用情况。其本质是数据共享计算模式与服务共享计算模式的结合体，是下一代计算模式的发展方向。 3、 两者关系 云计算均采用虚拟化技术，云计算不会指定用户在特定的设备上获取服务，用户应用服务可能运行在任意节点。请求的资源根据云计算平台自由分配，不是固定的有形实体。但是在我观点看来，云计算与虚拟化没有必然联系。实现云计算不一定要虚拟化。只有在云服务提供商对外提供服务时，才需要使用虚拟化技术，其目的是为了更好的管理。四、虚拟化及云计算技术支撑（一）云计算云计算的最终目标是将计算、服务和应用作为一种公共设施提供给公众，使人们能够像使用水、电、煤气和电话那样使用计算机资源。 云计算系统运用了许多技术，其中以编程模型、数据管理技术、数据存储技术、虚拟化技术、云计算平台管理技术最为关键。 首先，云计算技术的实施需要一种简化的分布式编程模型和高效的任务调度模型（如Google的MapReduce），用于大规模数据集（大于1GB）的并行运算。其次，还应有海量数据分布储藏技术，需要同时为大量用户服务，所以他采用的是分布式存储。其热门应用有Google的gfs及Hadoop开发的gfs的开源实现HDFS。 庞大的数据缺乏管理就会混乱无法使用，因此，数据管理技术必须能满足管理大量数据，云计算系统的数据管理技术主要是Google的BT数据管理技术和Hadoop团队开发的开源数据管理模块HBase。BT是建立在GFS, Scheduler, Lock Service和MapReduce之上的一个大型的分布式数据库，与传统的关系数据库不同，它把所有数据都作为对象来处理，形成一个巨大的表格，用来分布存储大规模结构化数据。 虚拟化技术，通过虚拟化技术可实现软件应用与底层硬件相隔离，它包括将单个资源划分成多个虚拟资源的裂分模式，也包括将多个资源整合成一个虚拟资源的聚合模式。虚拟化技术根据对象可分成存储虚拟化、计算虚拟化、网络虚拟化等，计算虚拟化又分为系统级虚拟化、应用级虚拟化和桌面虚拟化。 云计算平台管理技术，云计算资源规模庞大，服务器数量众多并分布在不同的地点，同时运行着数百种应用，如何有效的管理这些服务器，保证整个系统提供不间断的服务是巨大的挑战。 云计算系统的平台管理技术能够使大量的服务器协同工作，方便的进行业务部署和开通，快速发现和恢复系统故障，通过自动化、智能化的手段实现大规模系统的可靠运营。 (二)虚拟化 关键让不同用户看到单个不同的系统，虚拟化的底部是要虚拟化的机器，这台机器可以直接支持虚拟化，也可能不会直接支持虚拟化，这样就要需要系统管理层的支持。系统管理程序（VMM），是平台硬件和操作系统的抽象画。系统管理程序之上是客户操作系统，也成为虚拟机，这些虚拟机是一些相互隔离的操作系统，将底层硬件视为己有。但实际上是系统管理程序为他们提供了这种假象。现在常用的实现虚拟化的技术有以下几种：一、硬件仿真，是最复杂的虚拟化实现技术，在宿主系统上创建一个硬件虚拟机来仿真所想要的硬件，但是其速度很慢，每条指令都必须在底层硬件上进行仿真。二、完全虚拟化，它在客户操作系统和原始硬件之间通过使用虚拟机进行协调。其速度快于硬件仿真但是比裸硬件慢，因为中间经过了hypervisor（Hypervisor一种运行在基础物理服务器和操作系统之间的中间软件层,可允许多个操作系统和应用共享硬件。也可叫做VMM（ virtual machine monitor ），即虚拟机监视器。 ）的协调过程。三、超虚拟化，这种方法使用了一个hypervisor来实现对底层硬件的共享访问，还将与虚拟化有关的代码集成到了操作系统本身中。五、当前先进云计虚拟化技术汇总（1） 云计算 1、基础设施即服务（SAAS）：基础设施福分包括电脑、网络、存储、负载平衡设备、虚拟机。这些服务于终端用户的软硬件资源都可以按照它们的需求来进行扩展或收缩。如CRM软件领域，视频租用，企业邮箱。 2、软件即服务（PAAS）：顾名思义，这种模式包括类似虚拟桌面、各种实用应用程序、内容资源管理、电子邮件、软件及其他等软件部分。在此种模式中，云服务供应商负责安装、管理和运营各种软件，而客户则通过云来登入和使用他们。Google的APP Engine平台，微软的Azure平台， 3、平台即服务（IAAS）：在此种模式中，托管服务供应商通过提供工作平台来帮助客户，包括执行运行时间、数据库、Web服务、开发工具和操作系统，客户无需手动分配资源。Amazon的弹性计算云S3、Flesiscale。（2） 虚拟化当前非常热门的Virtualization虚拟化技术的出现和应用其实已经有数十年的历史了，在早期，这个技术主要应用在服务器以及大型主机上面，随着PC性能的不断增长，Virtualization也开始逐渐在x86架构上流行起来。虚拟化技术今天，虚拟化技术的各方面都有了进步，虚拟化也从纯软件逐深入到处理器级虚拟化，再到平台级虚拟化乃至输入/输出级虚拟化，代表性技术就是IntelVirtualizationTechnologyforDirectedI/O，简写为IntelVT-d，运用VT-d技术，虚拟机得以使用直接I/O设备分配方式或者I/O设备共享方式来代替传统的设备模拟/额外设备接口方式，从而大大提升了虚拟化的I/O性能。六、云计算及虚拟化发展趋势 （一）虚拟化发展趋势：1平台开放化随着云计算时代的来临，虚拟化管理平台逐步走向开放平台架构，多种厂家的虚拟机可以在开放的平台架构下共存，不同的应用厂商可以基于开放平台架构不断的丰富云应用。2连接协议标准化多种连接协议共存情况下，将带来终端兼容性的复杂化，终端将需要支持多种虚拟化客户端软件，这样限制了客户采购的选择性和替代性。未来桌面连接协议标准化之后，将解决终端和云平台之间的兼容性，给用户形成良好的使用体验。3虚拟化客户端硬件化当前的桌面虚拟化和应用虚拟化技术对于富媒体的客户体验和传统的PC终端相比还是有一定的差距的，主要原因是媒体缺少硬件辅助虚拟化支持。对于PAD、智能手机等移动终端设备，如果对虚拟化指令有较好的硬件辅助支持，将使虚拟化在移动终端中的应用更为广泛。4公有云私有化虚拟化的实现多用于分布式计算，主要是服务于云计算业务，如果不能解决公有云的安全性，就难以推进企业IT架构向公有云模式的转变。在未来唯有解决这一难题，讲共有资源逐渐转化为私有加密资源，如此下去安全问题可以得以解决并且带给用户更加安全的服务。（二）云计算技术发展趋势： 我认为，云计算尚在发展，而且后劲十足，在接下来的发展中，云计算的概念将会越来越清晰，实现云计算概念的“去泡沫化”。同时，云计算服务商业竞争将更加激烈，安全可靠的服务将会获得最后的成功。同时云计算服务会变得更高速稳定，更加安全。同时，基于各类云计算的服务蓬勃兴起，具有易用开源接口的云计算服务将更有优势，同时，虚拟化技术的发展将会给云计算提供更好的支持，推进云计算服务取得更大的发展。网络服务就必然涉及安全问题，这样对于云计算的监管将会变得十分重要，这又是一个迫切需要解决的问题。同时，降低服务成本，挺高服务质量是不变的宗旨。七、结束语 云计算及虚拟化给我们的生活带来了巨大变化，给我们的生活与工作创造了很大便利，也改变了我们的观念，同时使数据的大量并行计算成为可能，这样令电子商务等大量网络交易变成可能。同时虚拟化的高速发展令数据的分布式计算成为了可能，更促进了云计算的发展。但是，网络的安全性是人们关注的一大问题，如此庞大的数据，在传输存储中被截获盗窃的可能性极高，如何保护好用户的隐私，如何合理的存储庞大的信息