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1、虚拟化技术,什么是虚拟化 为什么要虚拟化 虚拟化技术的发展历史 服务器虚拟化技术 主流虚拟化厂商 虚拟化技术发展趋势,目录,什么是虚拟化,传 统:单机，单系统虚拟化:单机，多个虚拟机，多个系统,什么是虚拟化-虚拟化要求,等价性资源控制效率性,为什么要虚拟化,Intel/AMD服务器越来越多，性能越来越强大每台服务器只运行一个操作系统，一个应用能源越来越紧张,空间不能无限扩展,FileServer,WebServer,FileServer,WebServer,FileServer,DomainServer,AppServer,DNSServer,每个服务器运行一个应用,为什么要虚拟化,提高硬件资
2、源的利用率节省数据中心的能耗提高业务的连续性灵活的资源调度,虚拟化技术发展历史,虚拟化技术发展的历史,虚拟化并不是一个新的概念.起源于大型主机的技术，1964 IBM CP-40.,虚拟化技术发展的历史,把一台机器分成多个虚拟机，主机上的不同任务能够分别独立的运行.如果一个虚拟机或者任务出现问题，不会影响到其它虚拟机.,VM#1Task A,VM#2Task B,VM#3Task C,VM#4Task D,VM#5Task E,VM#6Task F,VM#7Task G,主机虚拟化示例,虚拟化技术发展的历史,1985 Intel 8086 guest os under Unix System
3、V Release 2 OS1987 Merge/386,Locus Computing Corporation1988 SoftPC for Apple Macintosh,只支持DOS1997 Virtual PC for Macintosh,Connectix1998 VMWare 虚拟化技术申请专利1999 VMWare 发布针对IA-32架构的虚拟化平台2000 IBM z/VM 针对IBM 64位架构的虚拟化平台2001 Virtual PC for Windows,VMWare GSX for Linux/Windows2003 开源虚拟化平台Xen,Mircrosoft收购Co
4、nnectix,EMC6亿美金收购VMWare.,虚拟化技术发展的历史,2005 VMWare Player free2006 VMWare Server free,Microsoft Virtual PC 2006 free.Virtual Iron 3.12007 RHEL5,innoTek VirtualBox,KVM进入Linux内核2008 Sun 收购VirtualBox,RedHat收购Qumranet(KVM),Microsoft Hyper-V,服务器虚拟化技术,服务器虚拟化技术,基于操作系统的虚拟化技术全虚拟化技术(Full Virtualization)硬件辅助全虚拟化技
5、术(Hardware Assisted FV)半虚拟化技术(Para-Virtualization),基于操作系统的虚拟化技术,单一的内核上运行多个用户态实例虚拟化消耗的资源较少较高的资源利用率快速启动虚拟操作系统的实例不需要额外购买操作系统授权备份/迁移较快方便管理Solaris Zones,SWsoft Virtuozzo,OpenVZ,基于操作系统的虚拟化技术,依赖底层操作系统缺少灵活性安全问题资源无法独享有一些特殊的限制:1.通过直接访问的方式加载内核 模块2.挂载和卸载文件系统3.创建设备节点4.通过sysctl修改内核设置 5.改变文件的和安全相关的标志,全虚拟化技术(FV),通过
6、完全的系统仿真来建立整个虚拟机虚拟机表现为一个具有独立硬件的操作系统不需对要安装的操作系统做任何修改需要硬件虚拟化支持Intel VT(Vanderpool)和 AMD-V(Pacifica)processorBinary translationXen,KVM,RedHat,VMWare,Microsoft,x86硬件虚拟化的挑战,全虚拟化技术 Binary Translation,全虚拟化技术 Hardware Assisted FV,Intel VT-iAMD AMD-vCPU FLAG:vmx or svm,全虚拟化技术 Hardware Assisted FV,Hardware Ass
7、isted Virtualization,CPU Vendors extending x86 architectureAdding CPU features to support virtualizationFeature added 2006 available in all mainstream platformsIntel VT:Xeon,Core Duo and Core 2 DuoAMD AMD-V:Opteron,Athlon and PhenomFirst GenerationOffloads“Ring compression”to CPUEffectively provides
8、 new privilege levelRemoves the need for hypervisor to scan and rewrite kernel codeCPU provides hooks or traps for privileged instructions,Hardware Assisted Virtualization,Second GenerationMemory ManagementOffloads memory page table management to CPU/ChipsetProvides significant performance improveme
9、ntIntel:Extended Page Tables(EPT)Available in Nahalem class XeonAMD:Rapid Virtualization Indexing(RVI)-was called NPT Available in quad core OpteronsGVA(Guest virtual Address)-GPA(Guest physical Address)-HPA(Host Physical Address),Hardware Assisted Virtualization,Extended Page Table,Guest can have f
10、ull control over page table/eventsCR3,CR4 page bit,page faultVMM controls Extended Page TablesEPT activated on VM entrywhen EPT active,EPT base pointer(loaded on VM entry from VMCS)points to extended page tablesEPT deactivated on VM exit,EPT Performance,EPT Performance,Hardware Assisted Virtualizati
11、on,Third GenerationI/O OffloadSecure PCI Pass-throughAllows PCI devices to be attached directly to virtual machinesDelivers near-native performanceIntel:VT-DAMD:IOMMUSingle Root I/O Virtualization SR/IOVAllows special PCI devices to be split into multiple virtual devicesThese virtual devices are pas
12、sed through to VM,Hardware Assisted Virtualization,VT-D,Kernel Based Virtual Machine(KVM),Third generation hypervisor technologyDesigned based on modern x86 hardwareOffloads work to CPUNo need to use binary translation or paravirtualized kernelsLeverages Linux kernel“Dont reinvent the wheel”Uses mat
13、ure,stable and proven kernelDelivered as a loadable kernel module,半虚拟化技术(PV),不需要通过完全的系统仿真来建立整个虚拟机需要修改的Guest操作系统由于可以直接访问由Hypervisor管理的硬件资源从而实现比FV更好的性能表现Xen,RedHat,VMWare,FV/PV/硬件辅助虚拟化对比,主流虚拟化厂商,主流虚拟化厂家,VMWareMicrosoftCitrixParallelsRedHat,VMWare,桌面产品VMWare workstation,VMWare Fusion(Mac),VMWare Player
14、,VMWare ThinApp,VMWare ACE服务器产品VMWare ESXVMWare ServerVMWare High Availability(HA)VMWare DRSVMWare VMotion(Migration)/Storage VmotionVMware Consolidated Backup虚拟化管理VMware vCenter ServerVMware Infrastructure,VMWare ESX 架构,VMWare Infrastructure Server,VMWare,优势完善的虚拟化产品线Hypervisor资源消耗较低较强的虚拟化管理平台较强的虚拟化
15、市场知名度劣势太昂贵硬件支持有限没有自己的操作系统不开放发展策略统治服务器和云计算虚拟化平台,微软,桌面产品Virtual Desktop InfrastructureVirtual PCMicrosoft Enterprise Desktop VirtualizationTerminal Services服务器产品Windows Server 2008 Hyper-VMicrosoft Hyper-V Server 2008Microsoft Virtual Server 2005 R2应用程序虚拟化Microsoft Application Virtualization管理平台System
16、 Center Virtual Machine ManagerSystem Center Data Protection ManagerSystem Center Operations ManagerSystem Center Configuration Manager,微软Windows Server 2008,微软虚拟化架构,微软,优势较大的操作系统市场占有率庞大的用户群易用的虚拟化管理平台劣势费用较高不开放不支持实时迁移虚拟化市场的新手产品线还不够完善，管理工具还有待提高发展策略微软提供了一个完整的技术套件以实现一个集成的、端到端的、虚拟化的基础架构,Citrix,Citrix XenS
17、erver 5 服务器虚拟化解决方案Citrix XenDesktop 桌面虚拟化解决方案Citrix XenApp 应用虚拟化解决方案Citrix Cloud Center 思杰云中心,Citrix-Xen,由剑桥大学发起的开源项目由开源社区合作开发获得了业界众多著名厂家的支持Intel/RedHat/XenSourceNovell/IBM每个Guest OS表现为一个独立的服务器,Citrix Xen架构,Citrix Xen FV,Hardware,Hypervisor,dom0,Device Driver,Back End,domU/guest,Front end,domU/Guest
18、,Front end,Virtual CPU&Memory,qemu-dm,Citrix Xen PV,Hardware,Hypervisor,dom0,Device Driver,Back End,domU/Guest,Front end,domU/guest,Front end,Virtual CPU&Memory,qemu-dm,Citrix,优势开放源代码虚拟化管理平台最好的x86_64 hypervisor劣势没有自己的操作系统,Parallels(SWSoft),桌面虚拟化Parallels Desktop for MacParallels Workstation服务器虚拟化Par
19、allels Server for MacParallels ServerParallels Virtuozzo ContainersParallels Infrastructure Manager自动化Parallels Plesk PanelParallels Plesk BillingParallels Operations AutomationParallels Business Automation,Parallels 基于OS的虚拟化,Parallels,优势快速开通高密度分区技术原始服务器性能消除OS复杂增长相关问题虚拟机的管理和计费系统比较完善劣势虚拟机资源并不是独享安全问题,
20、RedHat虚拟化发展,整合操作系统和虚拟化2007年3月,通过和Intel合作,整合发布RHEL5/Xen2008年8月,虚拟化性能能达到裸机的98%红帽关注的重点:性能和稳定的基础架构Xen是主流的虚拟化第二代技术，但是:工业体系的不成熟冲淡了它对市场的影响力新的内核里面要求“每件事情都要做两次”KVM Kernel-based Virtualization Machine架构上的优势,整合到Linux的内核把Linux作为Hypervisor,RedHat-KVM架构,Guest模式执行非I/O guest代码Kernel模式执行特权指令处理guest模式因为I/O而产生的切换操作Use
21、r模式代表guest执行I/O,RedHat-KVM架构,KVM:Kernel-based Virtual Machine采用全虚拟化技术结构简单，包含两个部分设备驱动/dev/kvm针对模拟PC硬件的用户空间组件2006年被合并到Linux内核把linux转换成一个Hypervisor.可以运行Windows,Linux和其它guestsKVM的架构可以利用强大的Linux的力量,RedHat-KVM架构的优势,Host:96 cores,1TB RAMGuest:16vCPU,64GB RAM利用Linux的功能 不用重复发明轮子构建在信任的，稳定的企业级平台之上调度、内存管理、广泛的硬件支持等高级特性继承可扩展性,NUMA支持,电源管理，热拔插等SELinux安全,实时调度，RAS支持等独特的hybrid-mode操作,提供了最大的灵活性Linux的应用程序和虚拟机同时并存在同一台服务器上，有效的利用系统硬件资源，高效平滑的将虚拟化整合到企业数据中心的核心,RedHat,优势性价比开源性能多平台支持服务劣势端到端的解决方案推出较晚Linux在PC服务器市场份额较小,RedHat/VMWare/Microsoft Hypervisor对比,虚拟化技术发展趋势,虚拟化技术趋势,虚拟化一切虚拟化技术“嵌入化”从虚拟化到云计算构建虚拟化技术标准,谢谢！,
