虚拟化技术的体系结构
常用的虚拟化体系结构
常用的虚拟化体系结构1. 完全虚拟化（Full Virtualization）完全虚拟化是一种将整个操作系统以及其运行的应用程序都虚拟化的方法。
在完全虚拟化中，虚拟机（Virtual Machine，VM）在物理硬件上运行，并模拟出一个完整的计算环境，包括处理器、内存、存储和网络等资源。
常用的完全虚拟化软件包括VMware和VirtualBox等。
2. 半虚拟化（Para-virtualization）半虚拟化是一种相对于完全虚拟化更轻量级的虚拟化方法。
在半虚拟化中，虚拟机需要对应用程序进行修改以与虚拟化层进行通信。
这种方式减少了虚拟化层和硬件之间的开销，提高了性能。
常用的半虚拟化软件包括Xen和KVM等。
3. 化虚拟化（Containerization）化虚拟化是一种将应用程序及其依赖项隔离在独立的中的虚拟化方法。
与完全虚拟化和半虚拟化不同，化虚拟化不需要模拟整个操作系统，而是共享宿主操作系统的内核，因此更加轻量级。
常用的化虚拟化技术包括Docker和Kubernetes等。
4. 硬件辅助虚拟化（Hardware-assisted Virtualization）硬件辅助虚拟化是一种利用处理器提供的虚拟化扩展指令集来加速虚拟化性能的技术。
这些指令集可以提供更低的虚拟化开销和更高的性能。
常用的硬件辅助虚拟化技术包括Intel的VT-x和AMD的AMD-V等。
虚拟化技术在云计算、服务器虚拟化和化等领域有着广泛的应用。
选择适合的虚拟化体系结构可以根据需求和目标来确定，以提高资源利用率、简化管理和提升性能效果。
以上是常用的虚拟化体系结构的简要介绍。
在实际应用中，可根据具体情况选择适合的虚拟化技术和体系结构。
简述虚拟化体系结构
简述虚拟化体系结构虚拟化技术是一种将物理资源通过软件隔离、抽象和重组，实现多个虚拟环境共享物理资源的技术。
虚拟化技术可以提高硬件资源的利用率，降低硬件成本，并且可以方便地部署和管理多个应用、操作系统和服务。
虚拟化体系结构是实现虚拟化技术的软件架构，它由多个层次组成，每个层次都有不同的功能和作用。
下面将详细介绍虚拟化体系结构的各个层次。
硬件层虚拟化技术的基础是硬件资源，包括处理器、内存、存储和网络等。
虚拟化技术需要通过硬件层来隔离和抽象物理资源，并为虚拟机提供虚拟的硬件环境。
在硬件层，虚拟化技术通过使用处理器的虚拟化扩展（如Intel VT 和AMD-V）来实现虚拟机的隔离和管理。
虚拟化技术还需要对内存、存储和网络进行虚拟化，以提供虚拟机所需的资源。
虚拟机监视器虚拟机监视器（VMM），也称为虚拟机管理程序（VMP），是虚拟化技术的核心组件，它负责管理和控制虚拟机。
虚拟机监视器在硬件层之上，通过使用处理器的虚拟化扩展来创建和管理虚拟机。
虚拟机监视器有两种实现方式，一种是基于裸机的实现方式，如VMware ESXi和Microsoft Hyper-V。
另一种是基于操作系统的实现方式，如KVM和Xen。
基于裸机的实现方式通常具有更好的性能和安全性，但需要更高的硬件支持。
虚拟机虚拟机是虚拟化技术的核心概念，它是通过虚拟化技术创建的一个软件环境，可以在其中运行一个或多个操作系统和应用程序。
虚拟机在虚拟机监视器的控制下，可以对物理资源进行隔离、抽象和重组。
虚拟机可以分为全虚拟化和半虚拟化两种类型。
全虚拟化是指虚拟机可以完全模拟物理硬件环境，不需要对应用程序进行修改，如VMware Workstation和VirtualBox。
半虚拟化是指虚拟机需要对应用程序进行修改，以适应虚拟化环境，如Xen和KVM。
虚拟设备虚拟设备是虚拟机的关键组成部分，它们是虚拟机对物理设备的一种抽象。
虚拟设备包括虚拟处理器、虚拟内存、虚拟存储和虚拟网络等。
VMware虚拟化介绍PPT课件
安全性保障措施
01
虚拟机隔离
通过虚拟化技术实现虚拟机之间的完全隔离，防止虚拟机之间的攻击和
数据泄露。
02
访问控制
采用访问控制列表（ACL）等安全策略，限制虚拟机对网络资源的访问
权限，防止未经授权的访问。
03
数据加密
对虚拟机磁盘文件和传输的数据进行加密处理，确保数据在传输和存储
过程中的安全性。同时支持vMotion加密，保证虚拟机在迁移过程中的
02
通过实验操作，熟练掌握了VMware虚拟化产品的安装、配置
和管理技能。
拓展了视野和思路
03
通过课程中的案例分析和讨论，拓展了视野和思路，对虚拟化
在企业级应用有了更深入的认识。
THANKS
感谢观看Leabharlann VMware在虚拟化领域地位
市场占有率
生态系统
VMware是全球领先的虚拟化解决方 案提供商，在服务器虚拟化市场占有 率超过80%，处于绝对领先地位。
VMware建立了完善的生态系统，与 全球众多合作伙伴共同推动虚拟化技 术的应用和发展，形成了强大的产业 链和生态圈。
技术创新
VMware不断推动虚拟化技术的发展 和创新，如推出vSphere、vSAN、 NSX等系列产品，为用户提供全面的 虚拟化解决方案。
网络设备接入与配置方法
01
02
03
虚拟交换机
创建虚拟交换机，为虚拟 机提供网络连接，支持 VLAN划分和端口安全配 置。
网络负载均衡
通过VMware NSX等网络 虚拟化解决方案，实现网 络负载均衡，提高网络性 能和可用性。
虚拟机网络配置
为虚拟机配置网络适配器 、IP地址、网关等网络参 数，确保虚拟机能够正常 访问网络资源。
云计算VMware vSphere虚拟化技术的架构分析
２ Ｖ Ｍｗ ｒ Ｓ ｈ ｒ ａｅｖ ｐ ｅｅ的基 本 架 构
ＶＭｗａｅｖ ｐ ｅｅ主 要 通过 虚拟 化 技 术 将 数 据 中 心转 ｒ Ｓ ｈ ｒ 变 为 云 计 算 基 础 架 构 ， 过 虚 拟 化 提 供 自助 部署 和调 配 的 通
摘 要 ： 随着高校信 息化 建设 的发展与 深入 ，－ － 计算平 台的搭建对 于高校数据 中心 的建设是一种趋 势。探 讨 了服务 Ｋ
器 虚拟 化 对 云 平 台 的 意 义 ， 目前 最 为 成 熟 而 且 应 用 最 广 的 Ｖ ｗ ｒ Ｓ ｈ ｒ 虚 拟 化 技 术 架构 进 行 了分 析 。 就 Ｍ ａ ｅ ｐ ｅｅ ｖ
物 理 服 务 器 中 内存 、 Ｐ 存 储 及 网 络 各 种 硬 件 资 源 ， Ｃ Ｕ、 运 行 在 物 理 服 务 器 上 的 一 个 虚 拟层 并 根 据 预 定 好 的 策 略将
拟 化 技 术 ， 现 从 目前 的 数 据 中 心 向 云计 算 环 境 转 变 方 面 实
的架 构分 析 。
１ ＶＭｗ ｒ Ｓ ｈ ｒ ａ ｅ ｐ ｅｅ简 介 ｖ
ＶＭｗａ ｅｖ ｐ ｅｅ 在 原 来 的 ＶＩ ｒ Ｓ ｈ ｒ 是 ３基 础 上 推 出 的 系 统， 被成 为业 界 首 款 云 计 算 操 作 系 统 。ｖ ｐ ｅｅ将 应 用 程 Ｓｈｒ
获 益 ， 速 了现 有 数 据 中 心 云 计 算 的 转 移 ， 公 共 云 基 础 加 与 兼 容 ， 平 了 向混 合 云 模 式 前 进 的 道 路 ， 为 云 计 算 的新 铺 成
里程碑 。
功 能 ， Ｉ 基 础 架 构作 为服 务 来 交 付 使 用 。ｖ ｐ ｅｅ是 一 将 Ｔ Ｓｈｒ 个 整 体 架 构 而 非 单 个 产 品 ， 本 架 构 如 图 １ 基 。
Xen-VMware-ESXi-Hyper-V和KVM等虚拟化技术的原理解析
Xen，VMware ESXi，Hyper-V和KVM等虚拟化技术的原理解析XEN 与 VMware ESXi，Hyper-V 以及 KVM 特点比较：XEN 有简化虚拟模式，不需要设备驱动，能够保证每个虚拟用户系统相互独立，依赖于 service domains 来完成一些功能；Vmware ESXI 与 XEN 比较类似，包含设备驱动以及管理栈等基本要素，硬件支持依赖于 VMware 创建的驱动；Hyper-V 是基于 XEN 管理栈的修改；KVM 与XEN 方式不同，KVM 是以Linux 内核作为管理工具得。
虚拟机的体系结构XEN 体系结构图 3. XEN 体系结构图一个XEN 虚拟机环境主要由以下几部分组成：XEN Hypervisor；Domain 0 —— Domain Management and Control(XEN DM&C)；Domain U Guest(Dom U)下图4 显示除了各部分之间的关系：图 4. Xen 三部分组成之间关系图XEN Hypervisor ：XEN Hypervisor 是介于操作系统和硬件之间的一个软件描述层。
它负责在各个虚拟机之间进行CPU 调度和内存分配。
XEN Hypervisor 不仅抽象出虚拟机的硬件，同时还控制着各个虚拟机的执行。
XEN Hypervisor 不会处理网络、存储设备、视频以及其他I/O. Domain 0：Domain 0 是一个修改过的Linux kernel，是唯一运行在Xen Hypervisor 之上的虚拟机，它拥有访问物理I/O 资源的权限，同时和系统上运行的其他虚拟机进行交互。
Domain 0 需要在其它Domain 启动之前启动。
Domain U：运行在Xen Hypervisor 上的所有半虚拟化（paravirtualized）虚拟机被称为“Domain U PV Guests”，其上运行着被修改过内核的操作系统，如Linux、Solaris、FreeBSD 等其它UNIX 操作系统。
虚拟化技术ppt课件
网络上在线迁移，容错 安全：隔离，访问审计，法规遵从，防病毒，入
侵防范，数据备份，远程容灾
14/10
服务器虚拟化软件
VMware：vSphere ESXi，vCenter，Server， Workstation
远程桌面、无盘站、还原卡、影子系统、瘦客户机
16/10
虚拟桌面拓扑图
17/10
桌面虚拟化软件
Microsoft：远程桌面(RDP)，Hyper-V VMware：View(ICA)，vSphere ESXi Citrix：XenDesktop(PCoIP)，XenServer
18/10
4、存储虚拟化
一块物理网卡虚拟出多块虚拟网卡(VFA网卡，每端口1-4 个 vNIC)
26/10
谢谢！
27/10
6/10
2、服务器虚拟化
硬件体系结构
（hypervisor）虚拟化层 硬件体系结构
7/10
服务器虚拟化－资源共享
虚拟化层
8/10
服务器虚拟化
将单台物理服务器虚拟出多台相互隔离虚拟服务 器
将多台物理服务器资源进行整合，提供资源动态 调配
对所有物理资源进虚拟资源进行统一、集中管理 提供统一的高可用、系统安全、数据备份解决方
2/10
什么是“虚拟化技术”
屏蔽同一类物理设备的专有特性 将处理后相同特性的物理设备进行资源整合 将整合的资源虚拟出多个类似的虚拟设备 对物理设备、虚拟设备进行统一管理
3/10
现有的虚拟化技术－磁盘阵列存储
多块相同特性的物理硬盘 通过RAID技术变成一块RAID盘 硬盘整合，提高容量、性能，提供数据保护 一个RAID盘划分成一个逻辑盘分配给一台主机 一个RAID盘划分成多个逻辑盘分配给多台主机使用 对存储空间、连接主机进行集中管理
常用的虚拟化体系结构
常用的虚拟化体系结构1. 概述虚拟化技术在计算机领域中扮演着重要的角色，它通过将物理资源抽象为虚拟的形式，为应用程序提供更高效的运行环境。
常用的虚拟化体系结构包括硬件虚拟化、操作系统虚拟化和应用程序虚拟化等。
本文将详细介绍这些常用的虚拟化体系结构。
2. 硬件虚拟化硬件虚拟化是一种将物理计算资源（如CPU、内存、磁盘和网络等）进行抽象，使其看起来像多个独立的虚拟机实例的技术。
常用的硬件虚拟化方案有基于全虚拟化和半虚拟化的方法。
- 基于全虚拟化的硬件虚拟化：这种虚拟化方式通过在物理计算机上安装虚拟化管理程序（如VMware ESXi、Xen等），实现将物理资源虚拟化为多个虚拟机实例。
虚拟机实例可以运行不同的操作系统，彼此之间互不干扰。
全虚拟化提供了更高的隔离性和安全性，但由于需要模拟硬件设备，因此性能较差。
- 基于半虚拟化的硬件虚拟化：半虚拟化是一种改善全虚拟化性能的方法，它通过修改操作系统内核，使其能够与虚拟化管理程序直接通信，达到更高的性能。
半虚拟化的缺点是需要对操作系统进行修改，限制了可虚拟化的操作系统的选择。
3. 操作系统虚拟化操作系统虚拟化是在单个操作系统内核之上运行多个相互隔离的虚拟操作系统实例的技术。
它可以将物理计算资源划分为多个虚拟机实例，每个实例都拥有独立的操作系统环境。
常用的操作系统虚拟化方案有虚拟化和硬件辅助虚拟化等。
- 虚拟化：虚拟化是一种轻量级虚拟化技术，它利用操作系统内核的功能来实现资源的隔离和管理。
虚拟化可以在同一主机上运行多个实例，每个实例都有自己的文件系统、进程空间和网络栈等。
虚拟化相比硬件虚拟化具有更低的开销和更高的性能，但隔离性相对较弱。
- 硬件辅助虚拟化：硬件辅助虚拟化是一种借助CPU和硬件虚拟化扩展指令集实现虚拟化的技术。
与软件虚拟化相比，硬件辅助虚拟化运行在更底层的硬件层，可以提供更高的性能和效率。
常见的硬件辅助虚拟化技术有Intel的VT-x和AMD的AMD-V等。
云计算的体系结构由5部分组成
云计算的体系结构由5部分组成云计算的体系结构由5部分组成，分别为应用层，平台层，资源层，用户访问层和管理层，云计算的本质是通过网络提供服务，所以其体系结构以服务为核心。
如下图：1，资源层资源池层是指基础架构屋面的云计算服务，这些服务可以提供虚拟化的资源，从而隐藏物理资源的复杂性。
物理资源指的是物理设备，如服务器等。
服务器服务指的是操作系统的环境，如linu_集群等。
网络服务指的是提供的网络处理能力，如防火墙，VLAN，负载等。
存储服务为用户提供存储能力。
2，平台层平台层为用户提供对资源层服务的封装，使用户可以构建自己的应用。
数据库服务提供可扩展的数据库处理的能力。
中间件服务为用户提供可扩展的消息中间件或事务处理中间件等服务。
3，应用层应用层提供软件服务企业应用是指面向企业的用户，如财务管理，客户关系管理，商业智能等。
个人应用指面向个人用户的服务，如电子邮件，文本处理，个人信息存储等。
4，用户访问层用户访问层是方便用户使用云计算服务所需的各种支撑服务，针对每个层次的云计算服务都需要提供相应的访问接口。
服务目录是一个服务列表，用户可以从中选择需要使用的云计算服务。
订阅管理是提供给用户的管理功能，用户可以查阅自己订阅的服务，或者终止订阅的服务。
服务访问是针对每种层次的云计算服务提供的访问接口，针对资源层的访问可能是远程桌面或者_windows，针对应用层的访问，提供的接口可能是web。
4，管理层管理层是提供对所有层次云计算服务的管理功能：安全管理提供对服务的授权控制，用户认证，审计，一致性检查等功能。
服务组合提供对自己有云计算服务进行组合的功能，使得新的服务可以基于已有服务创建时间。
服务目录管理服务提供服务目录和服务本身的管理功能，管理员可以增加新的服务，或者从服务目录中除去服务。
服务使用计量对用户的使用情况进行统计，并以此为依据对用户进行计费。
服务质量管理提供对服务的性能，可靠性，可扩展性进行管理。
itaas技术基础架构和体系结构
itaas技术基础架构和体系结构随着科技的发展，云计算技术逐渐走进人们的视野，而ITAAS(Infrastructure as a Service)作为云计算的一种形式，已经在企业和个人用户之间取得了广泛的应用。
ITAAS技术基础架构和体系结构是实现ITAAS的关键，本文将从不同层面探讨该技术的基础架构和体系结构。
首先，ITAAS技术的基础架构主要包括硬件设备、虚拟化技术和自动化管理系统。
硬件设备是ITAAS平台的基石，包括服务器、存储设备、网络设备等。
其中，服务器是支撑ITAAS服务的核心设备，用于承载业务逻辑和处理各种任务。
存储设备用于存储用户的数据和应用程序，而网络设备则负责将不同的硬件设备连接在一起，构建云计算的底层网络。
其次，虚拟化技术是ITAAS技术的核心组成部分。
虚拟化技术可以将物理资源抽象为逻辑资源，使得用户可以通过虚拟机访问和管理这些资源。
通过虚拟化技术，用户可以根据需求灵活地配置和使用计算、存储和网络资源，提高资源利用率和灵活性。
同时，虚拟化技术还可以实现虚拟机的快速创建和销毁，实现弹性的资源调度和管理。
ITAAS技术的体系结构包括云计算平台和服务模块。
云计算平台是基于虚拟化技术构建的，它提供了计算、存储和网络等基础设施，并通过自动化管理系统实现资源的调度和管理。
而服务模块则是用户通过云计算平台访问的具体服务，例如云存储、云数据库和云安全等。
不同的服务模块可以根据需求进行扩展和定制，满足用户的不同需求。
在ITAAS技术的体系结构中，自动化管理系统是实现资源调度和管理的关键。
自动化管理系统可以根据用户的需求进行资源的调度和分配，并通过监控、预测和优化等技术实现资源的自动管理。
通过自动化管理系统，用户可以根据自己的需求实时调整和管理云计算平台的资源，提高资源利用率和性能。
除了基础架构和体系结构，ITAAS技术还涉及到一系列的技术挑战和发展趋势。
首先是安全性和隐私保护。
ITAAS技术涉及到用户隐私和敏感数据的存储和处理，因此安全性和隐私保护成为技术发展中的重要问题。
虚拟化技术简介
虚拟化技术基本要素
• VMM必须满足的三个条件: • 等价性(保真性) • 安全性 ----物理硬件应完全由VMM管理,VM中程序不 得直接接触 • 高效性
10 Page 10
虚拟化技术基本要素
• Devices • 计算机设备,如CPU,内存,硬盘等
• Device Driver • 设备驱动程序, 即为了控制计算机设备而添加到操作系统 中的一系列代码，其中包含有关硬件设备的信息和通信, 控制接口。有了此信息，计算机就可以与设备进行通信。 没有驱动程序，计算机中的硬件就无法工作。
Page 34
硬件对虚拟化的支持
intel VT-x: Virtualization Technology for IA-32
处理器辅助虚拟化技术
VT-d: Virtualization Technology for Directed I/O
I/O辅助虚拟化:直接I/O
VT-c: Virtualization Technology for Connectivity
硬件对虚拟化的支持 硬件虚拟化技术可提供基于芯片的功能，借 助兼容 VMM 软件，可为纯软件解决方案带来很大 改观。由于虚拟化硬件提供操作系统直接运行的新 架构，便不再需要二进制转换。这就减少了相关的 性能费用，并大大简化了 VMM 的设计，使 VMM 能按通用标准进行编写，并且其性能将变得更加强 大。 这些优势增强了整个虚拟机解决方案的支持 性。并且在硬件虚拟化技术下运行的 VMM 在硬件 层能够得到充分的验证，这种认证包括，它们能够 直接执行架构的完整指令集。
17 Page 17
VMM,虚拟化技术中软件的作用 虚拟化技术中软件的作用
VMM的分类 的分类
云计算——虚拟化技术
2．网络虚拟化
• 网络虚拟化以软件的形式完整再现了物理网络，应用在虚拟网 络上的运行与在物理网络上的运行完全相同。
• 网络虚拟化向已连接的工作负载提供逻辑网络连接设备和服务 （逻辑端口、交换机、路由器、防火墙、负载均衡器、VPN 等）。 • 虚拟网络不仅可以提供与物理网络相同的功能特性和保证，而 且具备虚拟化所具有的运维优势和硬件独立性。
图4.3 x86架构下指令执行方式
4.2.2 全虚拟化
• 二进制翻译技术简称BT，是一种直接翻 译可执行二进制程序的技术，能够把一 种处理器上的二进制程序翻译到另一种 处理器上执行。
• 虚拟化软件层将操作系统的指令翻译并 将结果缓存供之后使用，而用户级指令 无须修改就可以运行，具有和物理机一 样的执行速度。
4.2 服务器虚拟化
4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 x86架构对虚拟化的限制 全虚拟化 半虚拟化 硬件辅助虚拟化
4.2 服务器虚拟化
图4.1 虚拟化前后的计算机体系结构
4.2 服务器虚拟化
图4.2 虚拟化软件层所处的位置
4.2.1 x86架构对虚拟化的限制
• 通过虚拟机监控器（VMM）可实现客户 操作系统对硬件的访问，根据其原理不 同分为以下3种技术： – 全虚拟化； – 半虚拟化； – 硬件辅助虚拟化
4.4.3 硬件虚拟化的未来
3．多硬件和特性的聚合和抽象
• 目前，虚拟化侧重于“一虚多”技术，即将单个物理资源通过虚拟化 技术作为多个虚拟资源提供。同时，可利用新型硬件实现对多硬件或 多特性的虚拟化聚合和抽象，提升硬件性能，甚至突破单一硬件的物 理极限（“多虚一”）。
4.5 实践：Xen虚拟化技术
4．NVM虚拟化
• NVM是一种新的存储技术，它同时拥有内存字节寻址的高性能以及数 据存储持久化的特性，因此备受关注。但NVM存在价格高、容量小、 使用方式多变等问题，如何进行虚拟化支持进而投入到云环境中使用， 仍处在研究的起步阶段。
云计算VMware vSphere虚拟化技术的架构分析
云计算VMware vSphere虚拟化技术的架构分析摘要：随着高校信息化建设的发展与深入，云计算平台的搭建对于高校数据中心的建设是一种趋势。
探讨了服务器虚拟化对云平台的意义，就目前最为成熟而且应用最广的VMware vSphere虚拟化技术架构进行了分析。
关键词：云计算；虚拟化；VMware;VMware vSphere；架构0引言虚拟化技术是伴随着计算机的产生而发展的，虚拟化意味着对计算机资源的抽象。
虚拟化技术实现了物理资源的逻辑抽象和统一表示，通过它可以提高资源利用率，并能够根据用户业务需求的变化，快速、灵活地进行资源部署，因此，虚拟化技术已经成为构建云计算环境的一项关键技术。
VMware 云基础架构能够让现有的用户从虚拟化中获益，加速了现有数据中心云计算的转移，与公共云基础兼容，铺平了向混合云模式前进的道路，成为云计算的新里程碑。
本文主要讨论作为X86体系结构虚拟化技术的代表，VMware 公司基于已有的虚拟化技术和优势，提供了云基础架构及管理、云应用平台和终端用户计算等多个层次上的解决方案，主要支持企业级组织机构利用服务器虚拟化技术，实现从目前的数据中心向云计算环境转变方面的架构分析。
1VMware vSphere 简介VMware vSphere是在原来的VI3基础上推出的系统，被成为业界首款云计算操作系统。
vSphere将应用程序和操作系统从底层硬件分离出来，从而简化了IT 操作。
现有的应用程序可以看到专有资源，而服务器则可以作为资源池进行管理。
vSphere以原生架构的ESX/ESXi Server为基础，让多台ESX Server能并发负担更多个虚拟机。
主要包括3部分：一是虚拟化管理器VMM部分的VMware ESX 4，VMware ESX Server主要是用于调配物理服务器中内存、CPU、存储及网络各种硬件资源，运行在物理服务器上的一个虚拟层并根据预定好的策略将这些资源分配到运行在其中的各虚拟机中，这些虚拟机以安全独立的模式并行运行；二是用于整合和管理VMM的VMware vCenter，提高在虚拟基础架构每个级别上的集中控制和可见性，通过主动管理发挥vSphere 潜能，是一个具有广泛合作伙伴体系支持的可伸缩、可扩展平台；三是用于管理客户端的软件VMware Infrastructure Client。
了解现代计算机体系结构
了解现代计算机体系结构现代计算机体系结构是指计算机硬件和软件之间的结构组织和交互方式。
了解现代计算机体系结构对于学习和理解计算机的工作原理以及技术发展具有重要意义。
本文将从计算机的组成、层次和关键技术等方面介绍现代计算机体系结构的基本知识。
一、计算机的组成现代计算机由硬件和软件两部分组成。
硬件部分包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备等，软件部分则包括系统软件和应用软件。
计算机的硬件和软件之间通过总线进行连接和通信。
1. 中央处理器（CPU）中央处理器是计算机的核心部件，负责执行指令并处理数据。
它包括运算器和控制器两个部分。
运算器执行算术和逻辑运算，而控制器则负责指令的解码和执行，以及协调硬件的工作。
2. 内存内存是计算机中用于存储数据和指令的地方。
它分为主存和辅存两部分。
主存是CPU可以直接访问的部分，而辅存则用于长期存储数据和程序。
3. 输入输出设备输入输出设备用于与计算机进行信息交互。
常见的输入设备包括键盘、鼠标和扫描仪等，而输出设备则包括显示器、打印机和音响等。
二、计算机的层次现代计算机按照功能和抽象程度可以划分为多个层次，从下到上分别是硬件层、操作系统层、编程语言层和应用层。
1. 硬件层硬件层是计算机最底层的层次，包括CPU、内存、总线等硬件组件。
它负责执行指令和处理数据，是计算机系统的基础。
2. 操作系统层操作系统层是计算机系统的核心层次，它提供了对硬件的管理和控制。
操作系统负责调度进程、管理内存和文件系统等重要任务，为上层应用提供了统一的接口。
3. 编程语言层编程语言层是介于操作系统和应用层之间的层次。
它将高级语言翻译成计算机可以理解的机器语言，并提供了丰富的库和工具，方便程序员开发和调试应用程序。
4. 应用层应用层是计算机系统最上层的层次，包括游戏、办公软件、网络浏览器等各种应用程序。
应用层使用操作系统和编程语言提供的接口，实现特定的功能和任务。
三、现代计算机体系结构的关键技术现代计算机体系结构涉及多个关键技术，在提升计算机性能和功能方面起到重要作用。
云计算——虚拟化技术
• FPGA作为一种可重新配置的计算资源,与现有的虚拟化框架并不兼容。 FPGA器件与各自的开发生态（工具链、库等）具有紧密的耦合关系， 目前还没有统一的二进制接口规范。
27
4.4.2 硬件虚拟化的代表
3．RDMA虚拟化
• 近年来,人们开始探索RDMA硬件虚拟化技术在高性能计算等领域的应 用，基于SR-IOV的RDMA在部分场景已能够媲美原生系统的高吞吐量 与低延时指标。
• Parallels公司的Virtuozzo产品采用的虚拟化技术非常独特,本质上 是一个操作系统级别的虚拟化产品。
• 严格来说，Virtuozzo并不算是一个虚拟机监视器，因为其运行 在主机操作系统之上，而不是与其并列或其之下。
• 此外，它并不直接掌握硬件资源的调度和管理，只不过将主机 操作系统呈现的抽象性再度封装，在其之上呈现多个虚拟机， 这些虚拟机里可以运行不同的操作系统。
4.3 商用虚拟机技术
1．Xen虚拟机技术
• Xen虚拟机技术是英国剑桥大学计算机实验室原始开发的。之 后,Xen社区负责Xen的后续版本开发并将其作为免费开源的软件， 以GNU通用公众执照（General Public License）（GPLv2）进行使用。
• Xen虚拟机技术目前支持的计算机架构包括Intel公司的IA-32、x8664和ARM公司的ARM。
• 半虚拟化的价值在于更低的虚拟化代价，但是相对全虚拟化， 半虚拟化的性能优势根据不同的工作负载有很大差别。
• 半虚拟化不支持未经修改的操作系统（如Windows），因此它的 兼容性和可移植性较差。由于半虚拟化需要系统内核的深度修 改，在生产环境中，技术支持和维护上会有很大的问题。
14
4.2.4 硬件辅助虚拟化
24.【云计算 精品讲义】之二十四：第7章 虚拟化技术(一二三 三部分全)
步骤4 停机复制 （Stop-and-Copy）
步骤5 提交 （Commitment）
22
步骤6 启动 （Activation）
7.2 服务器虚拟化 虚拟机迁移
内存的迁移是 虚拟机迁移最 困难的部分
第一阶段，Push阶段。 第二阶段，Stop-and-Copy阶段。
第三阶段，Pull阶段。
实际上，迁移内存没有必要同时包含上述三个阶段，目前大部分的迁移策略只包 含其中的一个或者两个阶段。
云计算中心的物理服务器负载经常处于动态变化中，当一台物理服务器 负载过大时，若此刻不可能提供额外的物理服务器，管理员可以将其上 面的虚拟机迁移到其他服务器，达到负载平衡
第二
云计算中心的物理服务器有时候需要定期进行升级维护，当升级维护服 务器时，管理员可以将其上面的虚拟机迁移到其他服务器，等升级维护 完成之后，再把虚拟机迁移回来
25
7.2 服务器虚拟化
虚拟机迁移
存储设备的迁移 迁移存储设备的最大障碍在于需要占用大量时间和网络带宽，通常的解决办法
是以共享的方式共享数据和文件系统，而非真正迁移。 目前大多数集群使用NAS（Network Attached Storage，网络连接存储）作为存储
设备共享数据。 NAS实际上是一个带有瘦服务器的存储设备，其作用类似于一个专用的文件服务
13
7.2 服务器虚拟化
7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.2.5
服务器虚拟化的层次 服务器虚拟化的底层实现 虚拟机迁移 隔离技术 案例分析
7.2 服务器虚拟化 服务器虚拟化的底层实现
CPU虚拟化
客户 操作系统
物理CPU 物理CPU 物理CPU
抽象
虚拟CPU
云计算的架构和组成
云计算的架构和组成云计算已经成为了现代信息技术领域的重要组成部分。
它能够提供强大的计算能力和存储空间，并且使应用程序可以方便地访问和管理数据。
为了实现这一切，云计算采用了特定的架构和组成部分。
本文将探讨云计算的主要架构和组成要素，以便更好地理解和应用云计算技术。
一、云计算的三层架构云计算通常采用三层架构，包括基础设施层、平台层和应用层。
这三层相互组合，形成了完整的云计算体系结构。
1. 基础设施层（Infrastructure as a Service, IaaS）基础设施层提供了云计算所需的物理资源，包括服务器、网络设备和存储设备等。
通过虚拟化技术，基础设施层能够将资源进行隔离并以虚拟的形式提供给上层应用程序使用。
用户可以根据需要弹性地调整资源规模，实现按需分配和管理。
2. 平台层（Platform as a Service, PaaS）平台层建立在基础设施层之上，为开发者提供了一个完整的开发环境。
开发者可以在平台层上构建、部署和管理应用程序，无需关注底层资源的细节。
平台层还提供了各种开发工具和服务，如数据库、消息队列和身份验证等，以便开发者能够更高效地进行应用程序开发。
3. 应用层（Software as a Service, SaaS）应用层是云计算的最顶层，为最终用户提供各种各样的应用服务。
用户通过云服务提供商提供的界面或应用程序访问和使用这些服务。
常见的SaaS应用包括电子邮件、在线办公套件和客户关系管理等。
二、云计算的组成要素除了三层架构外，云计算还包含许多重要的组成要素，这些要素共同构成了云计算体系结构的核心。
1. 虚拟化技术虚拟化技术是云计算的基础。
它可以将物理资源（如服务器、存储设备）划分为多个虚拟资源，并使它们能够独立地被应用程序使用。
虚拟化技术使资源的使用更加高效，也为云计算的弹性和可扩展性提供了基础。
2. 大数据技术云计算需要处理和存储大量的数据。
为了满足这一需求，大数据技术成为了云计算的重要组成部分。
H3CCAS虚拟化平台架构
1.1H3C CAS 虚拟化平台架构H3C公司依托强大的研发实力、广泛的市场应用和技术理解，以客户需求为导向，为企业新一代云计算数据中心基础架构提供一体化的云计算平台解决方案，帮助用户实现快速、可靠的虚拟化数据中心和云业务应用部署。
H3C CAS 云平台云计算解决方案包含统一的计算资源池、统一的网络资源池、统一的存储资源池，并提供了一体化的监控和部署工具进行统一的虚拟化与云业务管理，通过简洁的管理界面，轻松地统一管理数据中心内所有的物理资源和虚拟资源，不仅能提高管理员的管控能力、简化日常例行工作，更可降低IT环境的复杂度和管理成本。
CAS云计算管理平台服务器虚拟化、存储虚拟化和网络虚拟化只是构成云计算基础设施的硬件资源池，在云计算环境中，最重要的一点是实现资源池的自动化，避免人力对于基础设施的过多干预。
H3C CAS（Cloud Automation System）通过自动化的管理平台和手段，帮助用户实现对云硬件资源和业务流程的快速部署与自动化维护和管理。
H3C CAS云计算管理平台由三个组件构成：CVK：Cloud Virtualization Kernel，虚拟化内核平台运行在基础设施层和上层客户操作系统之间的虚拟化内核软件。
针对上层客户操作系统对底层硬件资源的访问，CVK用于屏蔽底层异构硬件之间的差异性，消除上层客户操作系统对硬件设备以及驱动的依赖，同时增强了虚拟化运行环境中的硬件兼容性、高可靠性、高可用性、可扩展性、性能优化等功能。
CVM：Cloud Virtualization Manager，虚拟化管理系统主要实现对数据中心内的计算、网络和存储等硬件资源的软件虚拟化管理，对上层应用提供自动化服务。
其业务范围包括：虚拟计算、虚拟网络、虚拟存储、高可用性（HA）、动态资源调度（DRS）、虚拟机容灾与备份、虚拟机模板管理、集群文件系统、虚拟交换机策略等。
CIC：Cloud Intelligence Center，云业务管理中心由一系列云基础业务模块组成，通过将基础架构资源（包括计算、存储和网络）及其相关策略整合成虚拟数据中心资源池，并允许用户按需消费这些资源，从而构建安全的多租户混合云。
云计算与大数据技术课后习题
第一章云计算与大数据基础1.在信息产业的发展历程中。
硬件驱动力，网络驱动力，作为两个重要的内在动力在不同的时期起着重要的作用6．MapReduce思想来源LISP语言7。
按照资源封装层次，云计算分为 Iaas paas saas三种8。
教材P2 1。
1.210。
教材P8 1。
2。
211. 教材P10 1.2.3第二章云计算与大数据相关技术1。
一致性hash算法原理:哈希算法是一种从稀疏值到紧密值范围的映射方法，在存储和计算定位时可以被看做是一种路由算法。
通过这种路与哦算法文件块能被唯一的定位到一个节点的位置.传统的hash算法容错性和扩展性都不好，无法有效的适应面向数据系统节点的动态变化。
意思就是当集群需要增加节点，传统的hash算法不容易检测到新增加的节点,此为扩展性不好，而一致性hash算法增加一个节点只会影响增加的这个节点到前一个节点之间的数据.容错性就是如果不幸一个机器C宕机了，那么机器B和C之间的数据都会被D执行，那么受影响的数据只是机器B和C之间的数据。
当然,容错性和扩展性对于节点数较多的集群是比较有意义的，对于节点较少的集群似乎这两个特性并没有什么诱惑力。
一致性hash的实际目的就是解决节点频繁变化时的任务分配问题,一致性hash将整个hash值空间组织成一个虚拟圆环，我们这里假设某hash函数H值空间为0~（2^32—1），即32位无符号整形。
下面简述一下一致性hash的原理：这是一致性hash的整个值空间0～（2^32-1）下一步将各个服务器使用Hash进行一个哈希，具体可以选择服务器的ip或主机名作为关键字进行哈希,这样每台机器就能确定其在哈希环上的位置，假设使用四台机器进行hash：将数据key使用相同的函数Hash计算出哈希值，并确定此数据在环上的位置，从此位置沿环顺时针“行走”，第一台遇到的服务器就是其应该定位到的服务器。
例如我们有Object A、Object B、Object C、Object D四个数据对象,经过哈希计算后，在环空间上的位置如下：根据一致性哈希算法，数据A会被定为到Node A上，B被定为到Node B上，C被定为到Node C上，D被定为到Node D上下面我们看看当集群机器比较少的情况例如系统中只有两台服务器，其环分布如下，此时必然造成大量数据集中到Node A上，而只有极少量会定位到Node B上。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
Business Policies On-Demand Service Oriented
计算资源
整合
Centralization and Standardization to Lower Costs, Improve Efficiency and Uptime 计算资源 网络资源 存储资源
网络资源
存储资源
VHCI 虚拟主机控制接口
VPN
虚拟服务器
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 定义 拟出来的环境中。
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 真实计算模式 虚拟计算模式 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 ) APP APP APP APP APP APP
Operating System Operating System Virtual Execution Environment CPU Memory Hard Disk I/O Devices CPU Memory Hard Disk I/O Devices Operating System Virtual Execution Environment
传统数据中心架构面临的挑战
应用相关的架构层
Exchange
关键指标
1 资产利用率
2 < 20%
文件/打印
运营费用
~ $4,000/ 服务器/ 年
Web
CRM
3 高可用 / 容灾计划覆 < 10% 覆盖
盖 力 更
BI
商务应用
4 数据中心扩展的努 5 资源配置 / 移动 / 变
$ - 百万 时间: 数月/ 数年
App1
App2
数周
6 % 花费 ( 维护对创
新)
72% / 28%
App3
App4
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
传统“烟囱式” 数据中心的缺陷
LAN WAN MAN
存储 网络 智能化 信息网络 (IIN)
HPC 集群 网格
虚拟化
Management of Resources Independent of Underlying Physical Infrastructure to Increase Utilization, Efficiency and Flexibility
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
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)。
随需应变的数据中心
SCM供应链管理
LAN
ERP企业资源规划 CRM客户关系管理
WAN 互联网
非虚拟环境
技术孤岛 系统管理复杂 资源不共享
HP
架构庞大 难以配置新的工作量 僵化不灵活
SCM
ERP
CRM 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
• 缺陷3：服务器数量和管理成本与应用数量呈线性关系，IT管理和成本压
力巨大
7
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
需要的CPU数量
时间
8
“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
虚拟化技术概论
1
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
传统数据中心的IT资源配置模式
-- “烟囱式”结构
部门A
应用1 应用2 部门B 应用3
部门Z 应用n
服务器1
服务器2
服务器3 。。。。。。。。。。。
服务器n
数据网络和存储网络 机房设施 3
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)
100% 80%
处理能力不 足的服务器
大量未能利用 的处理能力
60% 40% 20% 0% 所有服务器
• 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
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？
9
数据中心的IT基础架构发展路径
三个阶段性步骤
数据 网络 存储 网络 服务器 互连 网络
应用系统
自动化
Dynamic Provisioning and Information Lifecycle Management (ILM) to Enable Business Agility