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1、虚拟化技术概论,主要内容,数据中心现状和趋势虚拟化的定义虚拟化的常见类型服务器虚拟化关键技术主流的虚拟化软件与虚拟化技术实践,3,传统数据中心的IT资源配置模式- “烟囱式”结构,机房设施,数据网络和存储网络,服务器1,服务器2,服务器3,服务器n,。,应用1,应用2,应用3,应用n,部门A,部门B,部门Z,传统数据中心架构面临的挑战,应用相关的架构层,Exchange,文件/打印,Web,CRM,BI,商务应用,App1,App2,关键指标,资产利用率,运营费用,高可用 / 容灾计划覆盖,数据中心扩展的努力,资源配置 / 移动 / 变更,1,2,3,4,5,6,数周,$ - 百万 时间: 数
2、月/ 数年, 10% 覆盖, $4,000/ 服务器/年, 20%,% 花费 ( 维护对创新),72% / 28%,通过VMware来进行服务器整合意味着客户能够将这样的环境,改造成这样简捷的配置,没有利用VMware软件之前是300台服务器,使用VMware软件后，整合成8台服务器、一个机架,7,传统“烟囱式” 数据中心的缺陷,缺陷1：据统计数据中心服务器的平均使用率低于 30%，但仍有相当数量的服务器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：服务器数量和管理成本与应用数量呈线性关系，IT管理和成本
3、压力巨大,大量未能利用的处理能力,处理能力不足的服务器,8,资源利用率低下的原因,为应付少量峰值负载而过度配置服务器,9,“冰山模式”- 传统数据中心的成本支出结构,看的见的花费：30% 预算用于新基础设施建设和新应用开发,看不见的花费：70% 预算用于现有设施维护和人员支出,问题：如何节省运营性支出把预算更多地用于IT基础设施创新？,数据中心的IT基础架构发展路径 三个阶段性步骤,非虚拟环境 技术孤岛 系统管理复杂 资源不共享 架构庞大 难以配置新的工作量 僵化不灵活,虚拟环境 通用技术平台 易于系统管理 资源库共享 架构简单 易于配置新的工作量 随需应变且灵活,随需应变的数据中心,主要内容
4、,数据中心现状和趋势虚拟化的定义虚拟化的常见类型服务器虚拟化关键技术主流的虚拟化软件与虚拟化技术实践,虚拟化的定义,虚拟化本质：将原来运行在真实环境上的计算系统或组件运行在虚拟出来的环境中。,定义虚拟化是表示计算机资源的抽象方法，通过虚拟化可以用与访问抽象前资源一致的方法访问抽象后的资源。这种资源的抽象方法并不受实现、地理位置或底层资源的物理配置的限制 (维基百科),主要内容,数据中心现状和趋势虚拟化的定义虚拟化的常见类型服务器虚拟化关键技术主流的虚拟化软件,虚拟化常见类型：基础设施 虚拟化、系统虚拟化、软件虚拟化。基础设施虚拟化网络虚拟化：将网络的硬件与软件资源整合，向用户提供虚拟网络连接的
5、虚拟化技术。分为虚拟局域网（VLAN)虚拟化和虚拟专用网（VPN)。存储虚拟化：为物理的存储设备提供一个抽象的逻辑视图，用户可以通过这个视图中的统一逻辑接口来访问被整合的存储资源。分为基于存储设备的存储虚拟化（如磁盘阵列）和基于网络的存储虚拟化（如NAS, SAN)。,虚拟化常见类型,系统虚拟化核心思想：使用虚拟化软件在一台物理机上虚拟出一台或多台虚拟机(VM)PC/服务器虚拟化：系统虚拟化的最大价值所在。桌面虚拟化：解决个人电脑的桌面环境（包括应用程序和文件等）与物理机之间的耦合关系。经过虚拟化的桌面环境被保存在远程的服务器上，当用户使用具有足够显示能力的兼容设备（比如PC, 智能手机等）在
6、桌面环境上工作时，所有的程序与数据都运行和最终保存在这个远程的服务器上。,软件虚拟化高级语言虚拟化：解决的是可执行程序在不同体系结构计算机间迁移的问题。由高级语言编写的程序将编译为标准的中间指令，这些指令在解释执行或编译环境中被执行。（如Java虚拟机JVM)应用程序虚拟化：将 应用程序与操作系统解耦合，为应用程序提供了一个虚拟的运行环境，其中包括应用程序的可执行文件和它所需的运行时环境。应用虚拟化服务器可以实时地将用户所需的程序组件推送到客户端的应用虚拟化运行环境。(如VMWare ThinApp),应用程序级虚拟化,虚拟化技术的分类,计算机系统,硬 件,操作系统,程 序 库,应用程序,IS
7、A指令集,系统调用,API,硬件级虚拟化,指令级虚拟化,操作系统级虚拟化,程序库级虚拟化,编程语言级虚拟化,VMWare, Xen, Virtual PC,Bochs, QEMU,Jail, Enism,WINE,JVM (Java VM),VMWare ThinApp,主要内容,数据中心现状和趋势虚拟化的定义虚拟化的常见类型服务器虚拟化关键技术主流的虚拟化软件与虚拟化技术实践,服务器虚拟化技术,便于管理; 提高利用率; 降低成本; 以技能为重点只买需要的 简化环境侧重于核心技能提高业务变化的响应速度,虚拟化技术也是云计算的核心技术,更低的IT费用更高的利用率更少的复杂性更自动化管理,更高的服
8、务质量支持动态迁移容错性更好具有隔离性，安全性更好基于容器的管理，具有封装性具有弹性，易于扩展,Cloud Computing Platform,22,虚拟化技术发展,虚拟机技术出现于上世纪60年代为了提高对珍贵的计算资源的利用率 促使虚拟机技术得到广泛的研究和应用。,23,到了80和90年代 多任务多用户操作系统的普及 以及硬件成本下降 使虚拟机技术无法发挥其优势 人们冷却了对它的研究热情,24,现在， 在计算机硬件强大性能的前提下 如何降低系统成本 提高系统资源利用率 如何降低管理成本 如何提高安全性和可靠性 如何增强可移植性 提高软件开发效率 使虚拟机技术的重要性越来越明显。 使虚拟机技
9、术重新成为研究的热点。,25,虚拟化技术的体系结构,26,虚拟化实现技术的分类,全虚拟化 使用了一种叫做二进制转换（Binary Translation）的技术。其核心是让Hypervisor运行在0环上，由它来负责管理底层的硬件。而虚拟机的操作系统运行在权限较低的1 环上，当这些操作系统调用特权指令的时候，0环的VMM使用二进制转换技术将这些指令调用拦截下来，并负责指令的后续工作。缺点：软件拦截机制，性能开销大,27,泛虚拟化 使得虚拟机的操作系统仍然可以运行在0 环上，但是需要修改操作系统的内核，把其中对特权指令的调用都改成对Hypervisor的调用，这种调用叫做Hypercall，半虚
10、拟化的典型代表是Xen。这样，当在0 环上的虚拟机的操作系统调用特权指令的时候，会转成对Hypervisor的Hypercall 调用，依然是由Hypervisor来统一的对系统硬件资源进行管理。缺点：需要修改OS内核,28,硬件辅助虚拟化 需要CPU 对虚拟化技术的支持。除了0 环到3 环以外，CPU 额外的多提供了一个环为Hypervisor专用，称为 -1 环。虚拟机的操作系统仍运行在0 环上，在操作系统调用特权指令的时候，通过硬件的机制将特权指令调用转到在处在 -1环上的Hypervisor 上，由Hypervisor完成对硬件的统一管理。缺点：需要有硬件支持(如Intel VT, A
11、MD SVM),VMM的实现技术,CPU虚拟化内存虚拟化I/O虚拟化,主要内容,数据中心现状和趋势虚拟化的定义虚拟化的常见类型服务器虚拟化关键技术主流的虚拟化软件与虚拟化技术实践,主流的虚拟化软件,VMware-ESX-Server,VMWare: 不开源,VMware-WorkStation, VMware-GSX-Server,可直接运行于硬件之上,不需要host OS事实上是修改后的Linux内核,需要host OS,Xen:开源Xen虚拟机即Xen VMM，是剑桥大学计算机实验室开发的一个开源项目. Xen虚拟机有两种运行方式：完全虚拟化(Full virtualization）半虚拟
12、化(Para virtualization),硬件对虚拟化的支持,VT-x: Virtualization Technology for IA-32,INTEL VT系列,VT-d: Virtualization Technology for Directed I/O,VT-c: Virtualization Technology for Connectivity,TXT- Trusted Execution Technology,处理器辅助虚拟化技术,I/O辅助虚拟化:直接I/O,可信执行技术,网络辅助虚拟化技术,虚拟化技术实践,作业:以下题目任选其一.,1.在虚拟平台上安装一个操作系统,并
13、建立一个用户(难度),2.在虚拟平台的两个操作系统上建立ftp连接(难度),3.在虚拟平台的操作系统上构建虚拟平台,安装操作系统(难度),每组所安装的虚拟平台虚拟机名称统一为:大组号+组员姓名首字母缩写+虚拟机序号如：第一组的张三、李四、王五、赵六四位同学建的第二个虚拟机,则虚拟机名称为1zslswwzl2.这个名称会显示在上方标签,在截图时请截下.,1-2人一组,2-5人一组,5-7人一组,实验目的,1了解虚拟化概念2掌握虚拟机搭建和运用的基本方法3了解在虚拟机间进行网络连接的方法(2)4了解vmware的基本操作和在其上安装操作系统的方法.(3),实验要求,1安装一个虚拟监控器(VMM).
14、2在虚拟平台上安装操作系统3在虚拟机之间进行ftp连接(2)4在虚拟平台的虚拟机上搭建另一层虚拟平台,安装操作系统.(3)5撰写实验报告,需要每个步骤的截图和适当解释.,虚拟机的搭建,第一步：打开vmware, “文件”-“新建”-“虚拟机”,第二步：选择标准类型配置,第三步：选择安装盘镜像文件-iso在浏览下选择下载的安装盘文件,第四步：选择操作系统类型,Windows 2000/xp选择windows,Fedora,Ubuntu,Opensuse,RHEL选择Linux,第五步：选择具体操作系统类型,如是Fedora则选择”other linux 2.6.x kernel如是Ubuntu和opensuse都有对应选项，直接选取,第六步：输入虚拟机名称.再次强调命名方法:大组号+组员姓名首字母缩写+虚拟机序号如：第一组张三李四王五赵六四位同学建的第二个虚拟机,则虚拟机名称为1zslswwzl2输入虚拟机安装的地址,第七步：输入虚拟磁盘大小,一般为10G以上选择单个文件存储,第八步，点Finish,
