虚拟化关键技术-文档资料
虚拟化的关键技术
存储虚拟化原理
抽象化
将物理存储资源抽象为逻 辑资源,打破物理存储设 备的限制,实现灵活配置 和管理。
集中化
通过统一的存储虚拟化层, 集中管理所有存储资源, 提高资源利用率和管理效 率。
服务化
将存储资源以服务的形式 提供给上层应用,满足应 用对存储资源的动态需求。
常见存储虚拟化产品
存储虚拟化软件
如VMware vSAN、Microsoft Storage Spaces等,通过软件层 实现存储资源的抽象、集中和服务化。
发展历程
虚拟化技术经历了从硬件仿真、半虚拟化到全虚拟化的发展历程,随着云计算 和大数据技术的快速发展,虚拟化技术已成为数据中心和云计算基础设施的核 心技术之一。
虚拟化技术分类
01
02
03
服务器虚拟化
将一台物理服务器虚拟化 成多个虚拟服务器,每个 虚拟服务器可以独立运行 不同的操作系统和应用。
存储虚拟化
桌面虚拟化技术
桌面虚拟化原理
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分离桌面环境与物理设备
通过虚拟化技术,将桌面环境从物理设备中分离 出来,使其能够在任何设备上运行。
集中管理桌面环境
在服务器端集中管理所有虚拟桌面环境,包括操 作系统、应用程序和用户数据等。
3
远程传输桌面图像
用户通过网络连接到虚拟桌面,服务器将桌面图 像传输到用户设备上,用户可以通过设备对虚拟 桌面进行操作。
可扩展性
支持动态扩展虚拟网络资源,满足不断增长的业务需求。
常见网络虚拟化产品
虚拟交换机
01
通过软件定义网络(SDN)技术实现网络虚拟化,提供灵活的
网络配置和管理功能。
容器网络
02
为容器提供独立的网络环境,实现容器间的网络通信和隔离。
云计算讲义2-虚拟化关键技术
• P2V:捕捉物理系统的所有硬件配置、软件配 置、磁盘内容,并对客户环境定制化相关 的配置参数进行抽象,打包成镜像和相关配 置文件。
3.2 部署虚拟化解决方案
• 部署虚拟化解决方案步骤
– 规划部署环境 – 部署虚拟器件 – 激活虚拟器件
3.2.1 规划部署环境
– 创建基本的虚拟镜像 – 创建、组装、发布虚拟器件 – 镜像管理 – 物理机环境到虚拟机环境的转换
3.1.1 创建基本虚拟镜像
基本概念
虚拟机
通过虚拟化软件套件 模拟的、具有完整硬 件功能的、运行在一 个隔离环境中的逻辑 计算机系统
客户操 作系统 虚拟机里的操作
系统
虚拟 镜像
虚拟机的存储实体, 它通常是一个或多个 文件,包括虚拟机的 配置信息和磁盘数据, 还可能包括内存数据
3.1.5 迁移到虚拟化环境
• 传统物理服务器上的服务迁移面临很大风险 • 虚拟化的辅助技术P2V(Physical to Virtual)
– P2V就是物理到虚拟,它是指将操作系统、应用程序和数 据从物理计算机的运行环境迁移到虚拟环境中
3.1.5 迁移到虚拟化环境
• P2V 迁移过程:
– 制作物理机的镜像 – 替换镜像中与特定硬件设备相关的驱动
• 开始调研、分析解决方案的模块组成 • 例:LAMP解决方案、IHS-WAS-DB2解决方案
3.1.2 创建虚拟器件镜像:分析调研
分层分类:将不同层次或类型的支撑模块安装到 不同的虚拟器件之上
考虑支撑模块和操作系统之间的兼容性和配置优 化
整个解决方案的联调:对网络参数、安全参数进 行配置、优化
– 软件发布:将成为最普及的软件和服务的发布方 式
虚拟化相关技术文档
1虚拟化定义抽象来说,虚拟化是资源的逻辑表示,它不受物理限制的约束。
具体来说,虚拟化技术的实现形式是在系统中加入一个虚拟化层,虚拟化层将下层的资源抽象成另一种形式的资源,提供给上层使用。
系统虚拟化是指将一台物理计算机系统虚拟化为一台或多台虚拟计算机系统。
每个虚拟计算机系统(简称为虚拟机)都拥有自己的虚拟硬件(如CPU、内存和设备等),来提供一个独立的虚拟机执行环境。
虚拟化分为三类:全虚拟化、半虚拟化、类虚拟化。
全虚拟化:又称为传统虚拟化或者经典虚拟化,他所抽象的虚拟计算机具有完全的物理计算及特性。
完全虚拟化:完全虚拟化经历了两个阶段:软件辅助的完全虚拟化和硬件辅助的完全虚拟化。
软件辅助的完全虚拟化的典型做法是优先级压缩和二进制代码翻译相结合。
半虚拟化:它提供对底层硬件的部分模拟,以满足某些专门的软件的执行环境,但是并不能运行所有的可能运行在物理机上的软件。
类虚拟化:通过客户及操作系统与虚拟化管理层的协同设计,由虚拟化管理层软件提供一个近似于原物理系统,但又不完全相同的虚拟平台,以避免虚拟化漏洞和实现更高的虚拟化效率。
类虚拟化:它是通过在源代码级别修改指令以回避虚拟化漏洞的方式来使VMM能够对物理资源实现虚拟化。
软件虚拟化会导致系统性能下降,并且会导致一些兼容性的损失。
而硬件虚拟化技术效率高并且更加高效和安全。
系统虚拟化的好处:封装性、多实例、隔离、硬件无关性、特权功能。
2 X86架构及操作系统概述地址氛围三种:逻辑地址、线性地址、物理地址。
逻辑地址:该地址及程序直接使用的地址。
线性地址:又称为虚拟地址,它是逻辑地址转换后的结果,用于索引线性地址空间。
物理地址:该地址索引物理地址空间,是CPU提交到总线用于访问平台内存和硬件十倍的最终地址。
当分段机制启用,分页机制未启用:逻辑地址->线性地址=物理地址当分段机制、分页机制都启用:逻辑地址->线性地址->物理地址。
X86具有四中运行模式:实模式、保护模式、虚拟8086模式、SMM模式(该模式不常见)实模式:当CPU加点并经历最初的混沌张太后,首先进入的就是实模式,它是早期的8086处理器工作模式。
网络功能虚拟化的关键技术
网络功能虚拟化的关键技术作者:王路赵鹏付乔来源:《中兴通讯技术》2017年第02期摘要:指出了网络功能虚拟化(NFV)的5个关键技术:硬件及管理技术、虚拟层技术、管理编排技术、可靠性技术、加速技术,并介绍了NFV发展情况及当前存在的问题。
认为NFV作为运营商网络转型的核心技术架构,是虚拟化和云计算等信息技术(IT)技术在电信领域的一次大规模应用。
随着技术的成熟,未来将很快看到NFV架构的电信网络;以NFV为出发点,通信技术(CT)和IT将走向深度融合。
关键词: NFV;管理和编排(MANO);Hypervisor1 NFV架构和应用场景1.1 NFV架构网络功能虚拟化(NFV)的基础架构由欧洲电信标准化协会(ETSI) NFV行业规范组织(ISG)设计完成,NFV逻辑架构如图1所示。
NFV逻辑架构主要分为4个部分:NFV的管理和编排(MANO)系统用于整体编排和控制管理;NFV基础设施(NFVI)提供网元部署所依赖的基础设施环境;虚拟网络功能(VNF)这一层包括虚拟网元自身以及负责管理VNF的网元管理系统(EMS);运营支持系统/业务支持系统(OSS/BSS)是运营支撑系统。
1.2 NFV应用场景NFV的应用范围非常广泛,从网络边缘到网络核心,从固定网络到移动网络,所有网络功能的实现都有可能重新设计或改造。
以下介绍几种NFV应用的典型场景[1]。
(1)固定接入网。
虚拟客户终端设备(vCPE)和虚拟宽带远程接入服务器(vBRAS)是NFV部署的典型案例之一。
vCPE将复杂的网络功能及新增业务以虚拟化方式部署在网络侧而非用户侧,同时为运营商未来新增业务乃至第三方业务提供开放平台。
vCPE的部署使得传统固定接入网络变得更加灵活,用户可以根据需求定制自己的网络。
从目前的产业发展现状来看,固定接入网络的NFV化已经成为业界的共识,但目前技术方案尚未完全成熟,各类VNF的功能仍有待完善。
(2)移动核心网。
核心网虚拟化一直是NFV应用的重点领域。
《虚拟化的关键技术》课件
提高系统可靠性
虚拟化技术可以实现应用程序的隔离 ,当某个应用程序出现故障时,不会 影响其他应用程序的正常运行,提高 了系统的可靠性。
虚拟化的应用场景
1 2 3
数据中心
虚拟化技术广泛应用于数据中心领域,可以实现 服务器的整合、快速部署和管理,提高数据中心 的能效和可靠性。
云计算
虚拟化技术是云计算的核心技术之一,可以实现 云计算资源的动态管理和调度,提高云计算服务 的灵活性和可靠性。
容器技术与虚拟化的关系
容器技术是一种轻量级的虚拟化技术 ,它通过将应用程序及其依赖项打包 到一个独立的容器中,实现了应用程 序的快速部署和管理。
容器技术与虚拟化技术可以相互补充 ,容器技术可以作为虚拟化技术的补 充,提供更加轻量级的虚拟化解决方 案,满足快速部署和弹性伸缩的需求 。
人工智能在虚拟化中的应用
网络虚拟化
总结词
网络虚拟化是一种将网络设备和网络资源抽象成虚拟网络的技术,以提高网络的灵活性和可扩展性。
详细描述
网络虚拟化通过软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)等技术实现。它可以将物理网络设 备和网络资源抽象成虚拟网络,实现网络的动态配置、流量管理和安全控制等功能。
应用虚拟化
总结词
安全培训和意识提升
对虚拟化环境的管理员和用户进行安全培训和意识提升,提高他们 的安全意识和技能。
06
虚拟化未来发展
云计算与虚拟化的结合
云计算为虚拟化提供了更广阔的应用场景,通过将虚拟化技术与云计算的资源池 化、弹性伸缩、按需付费等特性相结合,可以实现更加灵活、高效和可靠的计算 服务。
云计算与虚拟化的结合可以实现资源的动态调度和优化配置,提高资源利用率, 降低运维成本,为企业提供更加灵活、可靠和高效的基础设施服务。
虚拟技术-文档资料
start
call
jmp
HANDLE_INTS
HANDLE_RET
基本二进制翻译器
void BT_Run(void) { CPUState.PC = _start; BT_Continue(); } void BT_Continue(void) { void *tcpc; tcpc = BTFindBB(CPUState.PC); if (!tcpc) { tcpc = BTTranslate(CPUState.PC); } RestoreRegsAndJump(tcpc); }
void *BTTranslate(uint32 pc) { void *start = TCTop; uint32 TCPC = pc;
开始
二进制翻译
客户代码
vPC
mov cli and mov sti ret ebx, ~0xfff ebx, cr3 ebx, eax mov mov and mov call mov test jne
翻译缓存
ebx, eax [CPU_IE], 0 ebx, ~0xfff [CO_ARG], ebx HANDLE_CR3 [CPU_IE], 1 [CPU_IRQ], 1
陷入模拟的问题
• 并不是所有的体系结构都支持 • 陷入的代价比较高 • 监视器在特权级别
– 需要虚拟化保护级别
二进制翻译
客户代码
翻译器
翻译 缓存 [TC] 索引
翻译缓存
CPU 模拟例 程
基本块
客户代码
vPC
mov cli and mov sti ret ebx, ~0xfff ebx, cr3 ebx, eax
E6998 – 虚拟机 课程 2 CPU 虚拟化
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3.1.3 发布虚拟器件镜像
• 每个虚拟化解决方案都能通过一个OVF文件 来描述 • OVF描述文件的实例结构
虚拟化的关键技术
虚拟化的关键技术
• 虚拟化技术给数据中心管理带来的优势:
– 提升基础设施利用率,减少运营开销成本 – 通过整合应用栈和即时应用镜像部署来实现业务管理的高效敏捷
• 虚拟化三个重要阶段:
3.1 创建虚拟化解决方案
• 虚拟化解决方案的创建由服务提供商和服 务集成商完成 • 虚拟化解决方案是由一系列虚拟镜像或虚 拟器件组成
– 对镜像文件的元数据信息和文件内容分别存储
• 元数据包括文件的大小、文件名、创建日期、修改 日期、读写权限、指向文件内容的指针等
3.1.5 迁移到虚拟化环境
• 虚拟化的辅助技术P2V(Physical to Virtual)
– P2V就是物理到虚拟,它是指将操作系统、应用 程序和数据从物理计算机的运行环境迁移到虚拟 环境中
3.1.2 创建虚拟器件镜像:测试和验 证
• 编写配置脚本并进行测试 • 单元测试
– 检验单个脚本的正确性
• 集成测试
– 模拟脚本执行的顺序来逐一测试脚本
3.1.2 创建虚拟器件镜像:制作虚拟 器件
3.1.3 发布虚拟器件镜像
• DMTF(Distributed Management Task Force) 制定了开放虚拟化格式(Open Virtualization Format , OVF) • 三类关键格式
• 一个文件保存虚拟机的硬件配置信息,用于被虚拟 化平台调用来启动虚拟机 • 另一个文件保存的是对于虚拟器件内的软件进行定 制的信息
3.2.2 部署虚拟器件
• 选择部署的目标物理机服务器
– 目标机满足:网络畅通、足够的磁盘空间、物 理资源满足虚拟机硬件资源需求、平台与器件 的格式兼容
• 拷贝虚拟器件的相关文件
3.2 部署虚拟化解决方案 3.2.1 规划部署环境
• 构建虚拟化环境的三个步骤:
3.2.2 部署虚拟器件
• 部署虚拟器件
– 虚拟机实例化的阶段
• 部署虚拟器件的流程:
3.2.2 部署虚拟器件
• 选择虚拟器件并定制化
– 用户选择需要部署的虚拟器件,并输入配置参 数
• 保存定制化参数文件
– 定制化文件保存为两个文件
– 一个“大脑”
• 具备性能分析预测、进行资源动态规划和输出调度结果 的算法
– 两只“手”
• 宏观调整:打开或关闭服务器或利用实时迁移技术移动 虚拟机 • 微观调整:负责调整某个服务、应用所在部分或全部虚 拟机的计算资源
3.3.3 动态优化
• 动态优化“大脑”采取的调度书法
– 在决策空间中的搜索算法
• 虚拟化器件管理阶段的关键技术
– 集中监控、快捷管理、动态优化、高效备份
3.3.1 集中监控
• 数据中心的管理平台在监控方面做到:
– 能够集中监控数据中心的所有资源
• 监控各资源的使用情况、性能等 • 监控各个物理机上的虚拟机的拓扑结构图
– 能够集中监控所有虚拟器件上运行的解决方案的状态和 流程
– 安全手动激活 – 基于脚本的激活 – 单个虚拟器件的自动激活 – 组成解决方案的多个虚拟器件的协同激活
3.3 管理虚拟化解决方案
• 数据中心的调度需单个业务能够自治管理
– 也需要负责全局控制和协调的中心节点对数据 中心的业务和资源进行统一监控、管理和调度
3.1.3 发布虚拟器件镜像
• OVF包是虚拟器件最终发布的打包格式
3.1.3 发布虚拟器件镜像
• 以OVF包的方式发布虚拟器件需要以下步骤:
3.1.4 管理虚拟器件镜像
• 镜像文件管理目标:
– 保证镜像文件能够被快速检测到 – 尽量减小公共仓库的磁盘使用量 – 能够对镜像镜像版本控制
• 解决方法:
• 虚拟化平台下,主流的备份机制:
– 虚拟机上的备份
• 沿袭传统备份方法 • 优点:最大限度兼容传统的备份机制,减少为升级 备份而投入的初期成本 • 缺点:备份冗余度高,增加了后期存储备份数据设 施的开销
3.3.3 动态优化
• 动态资源优化
• 在虚拟化环境中,根据应用、服务负载的变化为其 所在的虚拟机及其所在的虚拟机及时、有效地分配 虚拟化环境中的资源
• 保证既不会因为资源缺乏而影响业务系统运行,也 不会造成严重的资源浪费
3.3.3 动态优化
• 动态优化技术
– 两只“眼睛”
• 从虚拟化平台的角度进行资源监测,了解虚拟环境下各 资源总数量和剩余数量 • 从应用、服务的角度进行监测,了解各资源的使用情况
• 需要考虑的因素
– 服务级别协定(SLA) – 负载的变化规律 –…
3.3.4 高效备份
• 虚拟化平台下数据备份的问题:
– 大量具备高度相似内容的虚拟机镜像并存 – 有些虚拟化平台才有私有的文件系统格式 – 需要考虑虚拟平台的异构性和多样性 – 多个虚拟器件才能承载单一解决方案
3.3.4 高效备份
• 让用户实时跟踪解决方案在部署运行期间的状态和流程的实时 情况
3.3.2 快捷管理
• 管理指令主要针对三种类型的实体: • 基础设施、虚拟机、虚拟器件内的应用 • 简化管理
– 物理机和虚拟机的简化管理
• 能够与各种物理机、虚拟机平台进行通信,发出指 令
– 虚拟器件内部应用的简化管理
• 借助于虚拟器件内部的管理模块
3.1.1 创建基本虚拟镜像
基本概念
最基本的虚拟镜像的流程
3.1.2 创建虚拟机器件镜像
• 计算机器件和虚拟器件
3.1.2 创建虚拟器件镜像
• 虚拟器件创建流程图
3.1.2 创建虚拟器件镜像:分析调研
• 开始调研、分析解决方案的模块组成 • 例:LAMP解决方案、IHS-WAS-DB2解决方案
– 虚拟器件镜像较大,部署时间的瓶颈在于传输 所消耗的时间
• 镜像流技术 • 快照技术
3.2.2 部署虚拟器件
• 在目标机上启动部署后的虚拟器件
3.2.3 激活虚拟器件
• 虚拟器件的激活
– 在虚拟器件内部读取OVF Environment文件的信 息,根据这些信息对虚拟器件内的软件进行定 制
• 激活方式: