Module02虚拟化技术基础v2.0

1、Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 0修订记录课程编码课程编码适用产品适用产品产品版本产品版本课程版本课程版本ISSUEHC1108104云计算V1R3C00V1.0开发开发/优化者优化者时间时间审核人审核人开发类型（新开发开发类型（新开发/优化）优化）丁红云-等2013-06Fly新开发王国华2014-08Fly优化本页不打印Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 第二章虚拟化技术Copyrigh

2、t 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 2目标l学完本课程后，您将能够:p什么是虚拟化技术p计算虚拟化技术p存储虚拟化技术p网络虚拟化技术p如何创建一个虚拟机Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 3目录1. 虚拟化技术介绍虚拟化技术介绍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Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. Al

3、l rights reserved. Page 4虚拟化的起源虚拟化发展由来虚拟化技术推动力l60年代在大型机上虚拟技术已经有所应用l99年在小型机上已经出现逻辑分区的应用l2000年x86平台虚拟技术开始出现l2001年x86平台虚拟化技术在服务器上应用lCPU速度越来越快，超出软件对硬件性能的要求lINTEL和AMD在CPU里加入虚拟指令l企业成本压力l环保压力l不断增长的业务压力Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 5什么是虚拟化lIT资源独立l操作系统与硬件紧耦合l资源抽像成共享资源

4、池l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WindowsAPPLinuxAPPLinuxAPPServer 1Server 2Server 3APPWinLinuxAPPAPPWinLinuxAPP APPWinLinuxAPP APPWinLinuxAPP APPWinLinuxAPP APPWinLinuxAPP资源池化虚拟化层虚拟化层虚拟化层Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 6虚拟化的好处l提高硬件利用率l降低能耗，绿色节能l提高了IT运维效率，系统管理人员减

5、少l操作系统和硬件的解耦Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 7虚拟化的本质相对于硬件独立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分区在单一物理服务器上同时运行多个虚拟机隔离隔离在同一服务器上的虚拟机之间相互隔离封装封装整个虚拟机都保存在文件中，可以通过移动文件的方式来迁移该虚拟机Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 8虚拟化的本质相对于硬件独立相对于硬件独立无需修改即可在任

6、何服务器上运行虚拟机分区分区在单一物理服务器上同时运行多个虚拟机隔离隔离在同一服务器上的虚拟机之间相互隔离封装封装整个虚拟机都保存在文件中，可以通过移动文件的方式来迁移虚拟机Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 9虚拟化中的几个重要概念物理机物理机虚拟机虚拟机硬件Host Machine操作系统Host OS硬件Host Machine虚拟机监控器Hypervisor虚拟机Guest Machine操作系统Guest OS虚拟机Guest Machine操作系统Guest OSCopyrig

7、ht 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 10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寄居虚拟化寄居虚拟化裸金属虚拟化裸金属虚拟化操作系统虚拟化操作系统虚拟化优点优点 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 缺点缺点 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

8、难度大 隔离性差，多容器共享同一操作系统厂家厂家VMware WorkstationVitrual PCWMware ESXServerCitrix XenServerRedhat KVMMicrosoft Hyper-V华为 FusionSphereVirtuozzoCopyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 11虚拟化的主要内容CPU虚拟化内存虚拟化I/O虚拟化123计算虚拟化存储虚拟化网络虚拟化Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All

9、rights reserved. Page 12目录1. 虚拟化技术介绍2. 计算虚拟化技术计算虚拟化技术3. 存储虚拟化技术4. 网络虚拟化技术5. 创建虚拟机简介Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 13计算虚拟化分类计算资源的虚拟化，可以归结为三个方面：lCPU虚拟化l内存虚拟化lIO虚拟化Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 14CPU虚拟化l虚拟机VM共享CPUp利用与原始操作系

10、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）Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 15CPU虚拟化-X86构架lX86架构存在虚拟化漏洞px86 ISA 中有19条敏感指令不是特权指令，因此 x86 无法使用经典的虚拟化技术完全虚拟化l解决办法p半虚拟化p全虚拟化p硬件辅助虚拟化Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 1

11、6内存虚拟化l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。Machine Physical MemoryVirtual Machine Monitor (VMM)Guest Physical Memory5132432145VM1VM4VM3VM2Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 17I/O虚拟化l 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lVMM截获客户操作系统对设备的访问请

12、求，然后通过软件的方式来模拟真实设备的效果Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 18Domain 0I/O虚拟化-前后端驱动模型l前端设备驱动将数据通过VMM提供的接口转发到后端驱动l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Domain U内核用户态前端驱动Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 19Intel

13、硬件虚拟化技术硬件虚拟化I/O辅助虚拟化VT-d: Virtualization Technology for Directed I/O网络辅助虚拟化VT-c: Virtualization Technology for Connectivity可信执行技术TXT- Trusted Execution Technology处理器辅助虚拟化VT-x: Virtualization Technology for IA-32Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 20目录1. 虚拟化技术介绍2. 计

14、算虚拟化技术3. 存储虚拟化技术存储虚拟化技术4. 网络虚拟化技术5. 创建虚拟机简介Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 21什么是存储虚拟化l存储虚拟化的概念p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p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p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l存储虚拟化的实现方式p裸设备+逻辑卷p存储设备虚拟化p主机存储虚拟化+文件系统Copyright 2015 Huawei Technologies Co.

15、, Ltd. All rights reserved. Page 22存储虚拟化的原理主机存储虚拟化主机存储虚拟化+文件系统文件系统存储设备虚拟化存储设备虚拟化裸设备裸设备+逻辑卷逻辑卷Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 23裸设备+逻辑卷的结构用户虚拟机用户虚拟机主机内核空间用户虚拟机用户虚拟机后端卷挂载驱动后端卷挂载驱动前端驱动前端驱动前端驱动前端驱动逻辑卷逻辑卷逻辑卷逻辑卷通用块层通用块层设备驱动层设备驱动层存储设备Copyright 2015 Huawei Technologies

16、 Co., Ltd. All rights reserved. Page 24存储设备虚拟化的结构用户虚拟机用户虚拟机用户虚拟机用户虚拟机管理节点管理节点后端卷挂载驱动后端卷挂载驱动前端驱动前端驱动前端驱动前端驱动存储管理存储管理逻辑卷逻辑卷逻辑卷逻辑卷通用块层通用块层设备驱动层设备驱动层FusionStorageS5500T主机内核空间计算节点计算节点存储管理存储管理Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 25存储虚拟化+文件系统的结构用户虚拟机用户虚拟机用户虚拟机用户虚拟机后端卷挂载驱动后

17、端卷挂载驱动前端驱动前端驱动前端驱动前端驱动镜像文件镜像文件通用块层通用块层设备驱动层设备驱动层SANNAS主机内核空间本地磁盘NFS文件系统文件系统文件系统文件系统主机用户空间用户态挂载驱动用户态挂载驱动Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 26存储虚拟化类型虚拟化类型虚拟化类型裸设备裸设备+逻辑卷逻辑卷存储设备虚拟化存储设备虚拟化主机存储虚拟化主机存储虚拟化+文文件系统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

18、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Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 27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4.4. 网络虚拟化技术网络虚拟化技术5. 创建虚拟机简介Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 28网络虚拟化的背景传统数据中心

19、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Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 29大二层网络需求服务器一虚多服务器多虚一网络融合高可靠性网络逻辑隔离云计算云计算ETH承载大量东西向流量虚拟感知多租户隔离租户间安全VM大范围迁移FCoE和DCB链路冗余网络需求网络需求网络需求网络需求网络需求多路径二层网络云计算的业务需求，带来了对DC网络模型的新需求：二层网络：VM大范围迁移、存储融合的基础要求多路径：大量横向流量、高可靠的基础要求Copyright 2015 Huawei Te

20、chnologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 30网络虚拟化视图物理设备虚拟化QBG/QBRTRILLSPB服务器虚拟化VMDQSR-IOVVXLAN虚拟交换安全QoS监控维护Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 31虚拟交换技术PCICPU网卡网线物理交换机服务器vSwitcheSwitchQBG123123描述：服务器内部描述：服务器内部CPU实现虚拟交换功能；实现虚拟交换功能； 优点：功能扩展灵活；优点：功能扩展灵活；缺点：消耗服务器缺点

21、：消耗服务器CPU，性能较低；，性能较低；描述：网卡实现完整的虚拟交换功能；描述：网卡实现完整的虚拟交换功能；优点：性能高、节省服务器优点：性能高、节省服务器CPU资源；资源；缺点：依赖特殊网卡硬件；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；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；优点：可继承交换机的二层特性；缺点：规格小、扩展困难、缺点：规格小、扩展困难、Hypervisor均不支持。均不支持。Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 32网络设备的大二

22、层技术特性特性SPBTRILL阵营华为、Avaya、HP、Ericsson、ALCisco、华为、Brocade、HP、IBM虚拟机在线无损迁移支持支持支持支持多租户16M(24位I-SID标识)4K(12位VLAN ID标识)收敛速度慢慢(源端集中计算路径, 计算工作量大)快快(基于每跳的转发行为, 采用分布式计算路径, 计算工作量小)兼容性不支持不支持(无法兼容原有交换机, 需全新建)支持支持(可兼容原有交换机, 可平滑迁移原有的交换机)租户ACVLAN=1映射到I-SID=100租户A租户ACVLAN=10映射到I-SID=100CVLAN=1映射到I-SID=100租户BCVLAN=1

23、0映射到I-SID=200租户BCVLAN=1映射到I-SID=200租户BCVLAN=1映射到I-SID=200I-SID 200逻辑广播域I-SID 100逻辑广播域租户A租户A租户ACVLAN=1CVLAN=1租户BCVLAN=2租户BCVLAN=2租户BCVLAN=2CVLAN 1、CVLAN 2共享的逻辑广播域SPB/AQTRILLCopyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 33叠加大二层网络技术STP/TRILL/OSPFVMvSwitch-1Server-1VMVMvSwitch-2

24、Server-2VMVMvSwitch-nServer-nVMVXLANl物理网络p无环p多路径p快速收敛p大规模lVXLAN叠加网络p大范围迁移（位置无关性）p避免对物理网络的自动配置p多租户（16M）Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 34华为方案与技术的关联l华为当前的网络虚拟化解决方案：p分布式虚拟交换支持vSwitch和eSwitch两种方式p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Copyright 2015 Hu

25、awei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 35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5.5. 创建虚拟机简介创建虚拟机简介Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 36“攒”（虚拟）机之预算篇用途用途数量CPU内存内存硬盘硬盘文秘用来文本编辑2台2GHz、1核2G10G美工用来图像处理1台2GHz、4核4G80G文件共享服务器1台2GHz、1核2G500G合计合计4台780%=6核10

26、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台虚拟机作为应用服务器。成本大幅下降Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 37“攒”（虚拟）机之硬件篇物理硬件物理硬件华为虚拟化技术虚拟硬件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Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 38“攒”（虚拟）机之软件篇虚拟机使

27、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Copyright 2015 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page 39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大功告成您稍等，马上您稍等，马上给您攒一个给您攒一个我要一个虚拟机，双我要一个虚拟机，双CPU，2G内存，内存，100G硬盘，硬盘，1块网卡块网卡操作系统是操作系统是Windows7，装了，装了office，foxmail虚拟机规格虚拟机规格块存储资源块存储资源服务器集群服务器集群虚拟机虚拟机安装安装OS业务要求