支撑云计算的虚拟化技术PPT课件

虚拟机的特征及应用
相互隔离
操作 系统
操作 系统
动态构建 动态部署
虚拟机管理器VMM
在线迁移
动态资源调整
服务器融合
容错支持：在线备份、Checkpoint
……
15
动态快速部署
需要Windows操作系统 需要DirectX的编程库 需要MPI通讯库
虚拟机管理器
虚拟机库
.NET DirectX MPI .NET DirectX MPI .NET DirectX MPI
银河
虚拟机管理器
2020/9/30
神威
虚拟机管理器
16
动态快速部署
需Re要dhWatinLdinouwxs操操作作系系统统 需需要要DMiryeScQtXL的数编据程库库 需需要要MAPpIa通ch讯e服库务器
.NET DirectX MPI
虚拟机管理器
虚拟机库
PHP
PHP PHP
MySQL
MySQL MySQL
X86
Power PC
2020/9/30
iMac 虚拟机
PDA
MacOS
MIPS
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➢动态二 进制翻译 和优化
➢硬件辅 助虚拟化
➢软硬件 协同设计
另一种形式的系统虚拟化
多机聚合虚拟化
应用系统
操作 系统
应用系统
操作 系统
… VMM
VMM
VMM
2020/9/30
14
系统虚拟化的应用
应用系统
应用系统
硬件
23
系统虚拟化方法的分类
Guest OS
性能好， 但不适用于无法获得源代 码的操作系统，如 Windows
2020/9/30
不修改
修改
半虚拟化
动态半虚拟化方法
(Dynamic Paravirtualization)
5
到处可见的虚拟化
程序设计语言 操作系统 Java虚拟机 系统虚拟化 ……
2020/9/30
6
系统虚拟化的产生
计算能力在快速增长：天河一号，千万亿次，Top2
1千万亿次 1万亿次
2020/9/30
7
系统虚拟化的产生
计算系统利用率不高！ “多数用户承认，计算
系统平均利用率只有 25%～30%”
Linux
2020/9/30
Linux (devel)
XP
Vista
Virtual Machine Monitor
Hardware
MacOS
11
ห้องสมุดไป่ตู้
提高资源利用率
先进 制造
军事 仿真
2020/9/30
信息 服务业
虚拟化 技术支 持下的 高效能 计算机
生物 计算
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提高系统灵活性
各种应用
Linux
计算系统虚拟化支撑平台(虚拟机管理器VMM)
支撑云计算的虚拟化技术
2011年7月
1
计算机科学技术的发展 二十多年来……
2020/9/30
2010
2
内容提纲
系统虚拟化技术 关于云计算 系统虚拟化与云计算 支撑云计算的虚拟化技术 北大网络所在虚拟化方面的一些工作
虚拟化数据中心内存资源的预测和管理
2020/9/30
3
1、虚拟化是什么？
一个物理机上的资源不能满足它上面虚拟机的要求， 负载过重
通过迁移平衡负载
节能
20%
10%
很多时候资源非常空闲
通过迁移减少活动的物理机
2020/9/30
19
虚拟机容错
2020/9/30
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系统虚拟化的前景
国际著名科技咨询机构Gartner ：近几年公布的 Gartner技术发展趋势报告中，计算系统虚拟化 技术连续成为十大关键IT技术之首
支撑信息技术发展的科学 基础
虚拟计算环境的机理 虚拟化计算系统的核心机理
作为支撑信息技术发展的五 大重要科学基础之一
优先主题“高效能可信计 算机”的基础技术
2020/9/30
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系统如何虚拟化？
与操作系统对进程的管理相类似
CPU：分时、调度 内存：划分 I/O：模拟与调度
硬件
2020/9/30
Apache
Apache Apache
银河
.NET DirectX MPI
2020/9/30
虚拟机管理器
.NET DirectX MPI
神威
虚拟机管理器
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虚拟机在线迁移
资源不够 该迁移了
停机时间非常短 终端感觉不出来
到我这里来吧 我有资源
终端
2020/9/30
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服务器融合
消除热点
30% 30% 40%
InfoWorld组织预测：近几年值得期待的十一项 创新：虚拟化的广泛采用，排名前5
IDC预测：虚拟化技术的市场需求正在爆发， 以50%的速度增长；典型代表VMware公司的市 值更是在2006年超过了220亿美元
2020/9/30
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国家中长期科技发展规划纲要
面向国家重大战略需求的 基础研究
计算机科学中2个最基本的思想
虚拟化
2020/9/30
4
一个虚拟化示例：数据存储
初级
用户
mov dx, 0152h 直接存取
存储单元
fwrite(fp, "973", size)
去
用户
文件存取
OS
存 取
存储单元
耦
Store("973", size)
合
用户
用户 存储服务
用户
用户
存储虚拟化
存取
高级
2020/9/30
作作业业 22 作业：生物计算
程序：BLAST 作业：32位 操作系统：Windows
生物专家 平台：X86
浪费时间 操作繁琐 机器闲置时
间较多
× × 操作系统不匹配！ 操作原系统因不：匹配！
作业 1
作业
应用软件与
2
操作系统、
硬件紧耦合
2020/9/30
计算中心 9
什么是系统虚拟化
系统虚拟化是将底层物理设备与上层操作系统 、软件分离的一种去耦合技术
虚拟化的目标是实现IT资源利用效率和灵活性 的最大化
应用程序 操作系统
应用系统
应用系统
操作 系统
操作 系统
虚拟机管理器VMM
多个系统融合在一台服 务器上
——资源利用率高
应用系统不再依赖特定 的硬件
——系统维护灵活
硬件发展迅速
2020/9/30
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三个基本概念
在一台物理主机上虚拟出多个虚拟计算机（虚拟机， Virtual Machine，VM），其上能同时运行多个独立的 操作系统，这些客户操作系统（Guest OS）通过虚拟 机管理器（Virtual Machine Monitor，VMM，也称作 Hypervisor）访问实际的物理资源
性能测试报告，来 自权威性能测试机 构Metron's Athene
对一个计算系统进 行两天监测的数据
2020/9/30
Dan Herington
HP虚拟化技术首席科学家
8
系统虚拟化的产生
计算系统灵活性不高！
作业 11
作业：飞行器的流场计算 程序：Fluent 6.3
作业：32位
飞行器专家
操作系统：Linux 平台：X86