云资源管理与虚拟化技术 第5章 云计算 虚拟化与云计算

第5章虚拟化与云计算5.1虚拟化技术5.2虚拟化的分类5.3虚拟化的架构5.4云计算与虚拟化 5.1虚拟化技术

5.1.1虚拟化概念

在一个计算机上创建的另一个计算机称为虚拟机，这种创建虚拟机的技术就是虚拟化技术。

•可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程。

•CPU的虚拟化技术可以单CPU模拟多CPU并行。

•允许一个平台同时运行多个操作系统，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。

•应用在服务器、存储、网络以及客户端环境。

•成为节省空间和能耗的一种手段。5.1.2虚拟化技术的优势

可以提高系统的动态扩展性、设备的复用性和管理的方便性。

(1)提高软/硬件的利用率。

将原本一台服务器的资源分配给数台虚拟化的服务器，可有效利用闲置资源，确保企业应用程序发挥出最高的可用性和性能。

(2)实现作用域的隔离。

虽然虚拟机可以共享一台计算机的物理资源，但它们彼此之间仍然是完全隔离的，就像它们是不同的物理计算机一样。（3）良好的可靠性。

虚拟服务器是独立于硬件进行工作的，当一台服务器出现故障时，可在最短时间内恢复且不影响整个集群的运作。

（4）兼容性。

所有的虚拟服务器都与正常的x86系统相兼容，可部署多套不同的系统，将因兼容性而造成问题的可能性降至最低。

（5）便于管理。

采用虚拟化技术，可提高服务器/管理员比率，一个管理员可以轻松地管理比以前更多的服务器而不会造成更大的负担。 5.2虚拟化的分类

1.平台虚拟化

平台虚拟化包括操作系统或者中间件的虚拟化。可以在一个软件系统平台上虚拟多个相近的平台，每个虚拟的平台均可以对外独立提供服务。

2.基础设施虚拟化

基础设施虚拟化包括服务器系统虚拟化、网络系统虚拟化和存储系统虚拟化。可以将有限的硬件资源（包括服务器资源、存储资源和网络资源）虚拟出多个基础平台，每个平台可以独立地为用户提供服务，用户并不必了解平台后端的硬件分布情况。

3.软件虚拟化

软件虚拟化是将一个软件的实体虚拟成多个副本，它是一种软件共享的模式，即将本来应该独立使用的软件通过虚拟机共享的模式提供给更多的用户使用。

5.2.1服务器虚拟化

服务器虚拟化（也称硬件虚拟化），一台物理机器上运行多台虚拟机，在多个环境之间共享单台计算机的资源。不同的虚拟机可以在同一台物理机器上运行不同的操作系统和多个应用。

虚拟机管理器(VMM)创建的虚拟机（VM）模拟物理机器的环境，创建独立的操作系统环境，在逻辑上与主服务器隔离。虚拟机以文件形式存储，因此在恢复故障系统时，只要将虚拟机的文件复制到新机器上即可服务器虚拟化的好处：

(1)分区：在一台物理机器上运行多个操作系统，在虚拟机之间划分物理系统资源。

(2)管理：一台虚拟机发生故障时不会对其他虚拟机构成影响。

(3)封装：可以将整个虚拟机状态保存在一个文件内，移动和复制虚拟机如同复制文件一样简单。

(4)灵活性：可以配置任何虚拟机并将其迁移到任何物理服务器上的相似机器上。

在任何数据中心中，服务器虚拟化都是减少物理服务器数量、制冷、电缆以及资本费用的关键驱动因素。5.2.2存储虚拟化

存储虚拟化将所有存储设备综合在一个“设备”中进行使用，从而隐藏了一个组织内有多个独立存储设备的事实，也隐藏了寻找数据存储位置、获取数据、向用户提供数据的复杂过程。

存储虚拟化可提供下列好处：

（1）资源优化。

在传统情况下，存储设备物理地连接到服务器上，并专用于服务器和应用。如果需要更多存储容量，则需要购买更多磁盘并将其添加到服务器上，专用于应用。这种运营方式会造成空间和成本的浪费。

利用存储虚拟化技术，可以按需获取存储空间而不会浪费任何空间，组织还可以更高效地利用现有的存储资源而无需购买额外的存储资源。（2）运营成本。

为每台服务器和应用添加及配置独立的存储资源需要耗费大量的时间，并且需要许多技术娴熟的专业人员，这些都会影响总体运营成本。

存储虚拟化支持在应用之外添加存储资源，运营人员只需在管理控制台采取施放操作就可以将存储资源添加到存储池中。带有图形用户界面的安全管理控制台可以提高安全性，允许运营人员方便地添加存储资源。（3）提高可用性。

在传统的存储应用中，因为维护存储设备、升级软件而导致计划内停机时间，以及由于病毒和电源问题造成的计划外停机时间，都会造成客户无法使用应用。这种停机会导致无法实现对客户做出的服务等级协议承诺，从而引起客户的不满以及客户流失。

存储虚拟化能够在最短时间内配置新的存储资源，从而提高资源的整体可用性。（4）提高性能。

许多执行单一任务的系统会压垮单一存储系统。

如果通过虚拟化将工作负荷分布到多个存储设备，那么就可以大大提高性能。5.2.3网络虚拟化

（1）VLAN允许将一个局域网逻辑地划分到多个广播域内，同一VLAN中的端口无需保持连续性处于建筑物不同楼层的用户可以连接在一起，以便构成一个局域网。（2）虚拟路由和转发（VRF）

通常用于多协议标签交换（MPLS）网络，允许一个路由表的多个实例同时并存在同一路由器内。因为无需使用多台设备就可以划分多个网络路径，这可以大大提高路由器的功能。又因为流量自动进行分离，VRF还提高了网络的安全性，并能消除加密和认证的需求。

（3）将多个物理网络设备聚合到一台虚拟设备中。这一特性将两个独立的机箱虚拟地组合成一台更大、更快的交换机。

(4)虚拟设备上下文环境（VDC）

是数据中心的虚拟化概念，可以用来虚拟化设备本身，使物理交换作为多台逻辑设备来呈现。

(5)虚拟网络（VN）

网络虚拟化与服务器虚拟化或虚拟机监控程序类似，即用户、应用、设备之间能够安全地共享通用的物理网络基础设施。5.2.4服务虚拟化

是一种一对多的虚拟化表现方式，对外表现为一台服务器，实际隐藏着反向代理设备后的多台服务器的可用性。

5.3虚拟化的架构

IT基础架构的虚拟化称为“虚拟基础架构”。

以前的虚拟软件必须是装在一个操作系统上，然后在虚拟软件之上安装虚拟机，再在其中运行虚拟的系统及其应用。而在当前的架构下，虚拟机可以通过虚拟机管理器（VirtualMachineMonitor，VMM）来进行管理。大多数VMM可以直接装在裸机上，在其上再装几个虚拟机便可大大提升虚拟化环境下的性能体验。VMM的工作模式利用虚拟基础架构可以在整个基础架构范围内共享多台计算机的物理资源。

利用虚拟化技术可以在多台虚拟机之间共享单台物理计算机的资源。

资源在多个虚拟机和应用程序之间进行共享。

可将x86服务器与网络和存储器聚合成一个统一的IT资源池，供应用程序根据需要随时使用。这种资源优化方式有助于组织实现更高的灵活性，使资金成本和运营成本得以降低。虚拟基础架构 5.4云计算与虚拟化

5.4.1云计算的基石——虚拟化

云计算必定是虚拟化的，虚拟化给云计算提供了坚实的基础。但是虚拟化的用处并不仅限于云计算，这只是它强大功能中的一部分。

云计算已经是第三代的IT，第一代是静态的IT，第二代是一个共享的概念，数据和信息的共享，第三代则是动态的IT，所有的信息和数据都在动态的架构上。对于存储、服务器的“服务化”，一定要让硬件变成动态的，而这一切都要看服务器在虚拟化方面的能力。云计算平台5.4.2虚拟化技术实现云计算

1.基础设施服务

采用虚拟化技术，将集中的服务器系统与存储系统建立为统一的基础设施云，并通过网络以IaaS的服务模式提供给用户使用。

用户得到的资源是一个虚拟系统而该虚拟系统在用户端看来和物理系统并没有区别，完全可以当做一个物理系统使用。基础设施服务架构图

2.平台服务

平台服务即应用运行平台，主要包括中间件和操作系统等。通过这类软件的虚拟化技术，构建统一的公共的平台和相应的虚拟服务，以PaaS方式提供给用户使用。

用户即可在之上部署其应用，而无需自己构建和维护这些平台，所有的工作交由云端处理。图5－5平台服务架构图

3.软件服务

软件服务即将软件当做一种服务，变传统的买为租的形式，是当前众多的服务提供商所提供的服务，也是目前云计算实现最为