云计算课程课件04虚拟化技术
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云计算——虚拟化技术PPT课件
2021
29
4.4.3 硬件虚拟化的未来
2．异构硬件的融合和归一化
• 首先，异构硬件的融合将本着“优势互补”的原则，向应用提供优势 资源以满足极端化需求。
• 其次，不同的硬件需要采用不同的虚拟化方法，提供各异的接口以获 得最佳的性能。
• 因此，要通过虚拟化实现异构硬件归一化管理，向应用提供统一的编 程接口。可利用来自应用的需求信息动态判断实际的后台执行硬件， 实现应用需求指导的动态硬件选择技术。
• 目前，基于硬件辅助的虚拟化方法在CPU、内存、网络等传统硬 件资源上获得了成功，CPU 和内存虚拟化资源已经接近物理性 能。
2021
26
4.4.2 硬件虚拟化的代表
1．GPU虚拟化
• GPU是计算机的一个重要组成部分，但GPU这类重要资源虚拟化的性 能、扩展性和可用性相对于CPU还处于滞后的阶段。
2021
4
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4.4 使用VMM二进制翻译客户操
2021
作系统的请求 12
4.2.3 半虚拟化
• 半虚拟化指的是虚拟机系统和虚 拟化软件层通过交互来改善性能 和效率。
• 半虚拟化涉及修改操作系统内核 来将不可虚拟化的指令替换为可 直接与虚拟化层交互的超级调用 （hypercalls）。
图4.5 将不可虚拟化的操作系统指令替
支撑云计算的虚拟化技术PPT课件
Linux
2020/9/30
Linux (devel)
XP
Vista
Virtual Machine Monitor
Hardware
MacOS
11
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
12
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)
X86
Power PC
2020/9/30
iMac 虚拟机
PDA
MacOS
MIPS
13
➢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)
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
计算系统灵流场计算 程序：Fluent 6.3
云计算及虚拟化课件
• 服务器虚拟化将系统虚拟化技术应用于服 务器上，将一个服务器虚拟成若干个服务 器使用
2.2.2 典型实现
• 服务器虚拟化通过虚拟化软件向上提供对 硬件设备的抽象和对虚拟服务器的管理
– 虚拟机监视器（Virtual Machine Monitor） – 虚拟化平台（Hypervisor）
2.2.2 典型实现
Wikipedia：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 象并不受实现、地理位置或底层资源的物理配置的限制
:信息技术术语库：虚拟化是为了某些事物创造的的虚拟 版本，比如操作系统、计算机系统、存储设备和网络资源等
影子页表法
页表写入法
2.2.4 核心技术（设备与I/O虚拟化）
• 主流的设备和I/O虚拟化通过软件的方式实现
物理 设备
虚拟 设备
VMware 虚拟化 平台
虚拟 机
2.2.4 核心技术（设备和I/O虚拟化）
• 服务器虚拟化中每个虚拟机都是一个独立的逻 辑服务器，之间通信通过网络接口进行
• 每个虚拟机分配了虚拟的网络接口
细节 – 用户可以在虚拟环境中实现其在真实环境中的部
分或者全部功能
2.1.3 虚拟化的常见类型
• 基础设施虚拟化
– 网络虚拟化：将网络的硬件和软件资源整合，向用 户提供虚拟网络连接
• 虚拟局域网Virtual LAN • 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
Open Grid Services Architecture: 虚拟化是为一组相似资源提供一个 通用的抽象接口集，从而隐藏属性和操作之间的差异，并允许通过 一种通用方式来查看并维护资源
2.2.2 典型实现
• 服务器虚拟化通过虚拟化软件向上提供对 硬件设备的抽象和对虚拟服务器的管理
– 虚拟机监视器（Virtual Machine Monitor） – 虚拟化平台（Hypervisor）
2.2.2 典型实现
Wikipedia：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 象并不受实现、地理位置或底层资源的物理配置的限制
:信息技术术语库：虚拟化是为了某些事物创造的的虚拟 版本，比如操作系统、计算机系统、存储设备和网络资源等
影子页表法
页表写入法
2.2.4 核心技术（设备与I/O虚拟化）
• 主流的设备和I/O虚拟化通过软件的方式实现
物理 设备
虚拟 设备
VMware 虚拟化 平台
虚拟 机
2.2.4 核心技术（设备和I/O虚拟化）
• 服务器虚拟化中每个虚拟机都是一个独立的逻 辑服务器，之间通信通过网络接口进行
• 每个虚拟机分配了虚拟的网络接口
细节 – 用户可以在虚拟环境中实现其在真实环境中的部
分或者全部功能
2.1.3 虚拟化的常见类型
• 基础设施虚拟化
– 网络虚拟化：将网络的硬件和软件资源整合，向用 户提供虚拟网络连接
• 虚拟局域网Virtual LAN • 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
Open Grid Services Architecture: 虚拟化是为一组相似资源提供一个 通用的抽象接口集，从而隐藏属性和操作之间的差异，并允许通过 一种通用方式来查看并维护资源
云计算与虚拟化技术培训ppt与案例研究
GCP是谷歌公司推出的云计算 服务平台，提供了计算、存储 、网络等IaaS服务，同时集成 了谷歌的大数据、人工智能等 技术。
比较
AWS、Azure和GCP在功能上 都提供了全面的IaaS服务，但 在具体的产品和服务上有所差 异。例如，AWS在市场份额上 占据领先地位，Azure则在企 业级市场上表现突出，而GCP 则在大数据和人工智能领域具 有优势。
改造方案
采用成熟的虚拟化技术和方案，包括服务 器虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化等， 实现资源的池化管理和灵活调度。
07
总结与展望
本次培训内容回顾与总结
云计算与虚拟化技术基础
介绍了云计算和虚拟化技术的基本概 念、原理、架构和分类，以及云计算 与虚拟化技术的关系。
虚拟化技术应用与实践
深入探讨了服务器虚拟化、存储虚拟 化、网络虚拟化等虚拟化技术的应用 与实践，以及虚拟化技术的优缺点和 面临的挑战。
PaaS平台提供自动化管理工具，能 够自动处理应用程序的部署、监控、 日志管理等任务，降低运维成本。
多租户支持
PaaS平台支持多租户模式，允许多个 开发者或团队在同一平台上开发和部 署应用程序，实现资源共享和协同工 作。
常见PaaS产品介绍及比较
常见PaaS产品
Google App Engine：Google推出的PaaS平台，支持多种编程语言和 框架，提供高度可扩展的数据库和存储服务。
05
容器技术与Docker应用
容器技术原理及优势分析
容器技术原理
容器技术是一种轻量级的虚拟化技术，通过在操作系统层面 实现资源的隔离和分配，使得应用程序及其依赖项可以在独 立的、可移植的容器中运行。
容器技术优势
相比于传统虚拟化技术，容器技术具有启动速度快、资源占 用少、易于扩展和管理等优势。同时，容器技术还提供了持 续集成和持续交付（CI/CD）的便利，加速了应用程序的开 发和部署流程。
比较
AWS、Azure和GCP在功能上 都提供了全面的IaaS服务，但 在具体的产品和服务上有所差 异。例如，AWS在市场份额上 占据领先地位，Azure则在企 业级市场上表现突出，而GCP 则在大数据和人工智能领域具 有优势。
改造方案
采用成熟的虚拟化技术和方案，包括服务 器虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化等， 实现资源的池化管理和灵活调度。
07
总结与展望
本次培训内容回顾与总结
云计算与虚拟化技术基础
介绍了云计算和虚拟化技术的基本概 念、原理、架构和分类，以及云计算 与虚拟化技术的关系。
虚拟化技术应用与实践
深入探讨了服务器虚拟化、存储虚拟 化、网络虚拟化等虚拟化技术的应用 与实践，以及虚拟化技术的优缺点和 面临的挑战。
PaaS平台提供自动化管理工具，能 够自动处理应用程序的部署、监控、 日志管理等任务，降低运维成本。
多租户支持
PaaS平台支持多租户模式，允许多个 开发者或团队在同一平台上开发和部 署应用程序，实现资源共享和协同工 作。
常见PaaS产品介绍及比较
常见PaaS产品
Google App Engine：Google推出的PaaS平台，支持多种编程语言和 框架，提供高度可扩展的数据库和存储服务。
05
容器技术与Docker应用
容器技术原理及优势分析
容器技术原理
容器技术是一种轻量级的虚拟化技术，通过在操作系统层面 实现资源的隔离和分配，使得应用程序及其依赖项可以在独 立的、可移植的容器中运行。
容器技术优势
相比于传统虚拟化技术，容器技术具有启动速度快、资源占 用少、易于扩展和管理等优势。同时，容器技术还提供了持 续集成和持续交付（CI/CD）的便利，加速了应用程序的开 发和部署流程。
云计算概论课件-虚拟化
虚拟化
• 虚拟化概述 • 虚拟化的分类 • 应用虚拟化 • 桌面虚拟化 • 服务器虚拟化 • 网络虚拟化 • 存储虚拟化
虚拟化发展历史
①萌芽期（20世纪60、70年代）
1959年6月国际信息处理大会 Christopher Strachey发表的论文《大型高速计算机中的时间共享》 IBM及其他几家公司陆续开发的产品中应用 虚拟化技术只在高档服务器如小型机
包含了如下三层含义： ①虚拟化的对象是各种各样的资源； ②经过虚拟化后对用户隐藏了不必要的细节； ③虚拟环境中可以实现真实环境中的功能。
虚拟化涵盖的范围
• 虚拟化概述 • 虚拟化的分类 • 应用虚拟化 • 服务器虚拟化 • 网络虚拟化 • 存储虚拟化
虚拟化的分类
①从实现的层次可以分为
基础设施化、系统虚拟化、软件虚拟化
②从应用的领域来划分
服务器虚拟化、存储虚拟化、应用虚拟化、平台虚拟化、桌面虚拟化
基础设施虚拟化
①硬件虚拟化是用软件虚拟一台标准计算机硬件配置。 ②网络虚拟化将网络的硬件和软件资源整合，向用户 提供网络连接的虚拟化技术。 ③存储虚拟化为物理的存储设备提供统一的逻辑接口， 来访问被整合的存储资源。 ④文件虚拟化是指把物理上分散存储的众多文件整合 为一个统一的逻辑接口，方便用户访问，提高文件管 理效率。
网络虚拟化
①传统网络虚拟化技 术
VPN、VLAN
②主机网络虚拟化
虚拟网卡 虚拟网桥 虚拟端口聚合器 网络设备虚拟化
VEB转发视图
VSU虚拟化技术
软件实现虚拟交换 VS 网卡实现硬件交换
虚拟化资源 虚拟机迁移
• 虚拟化概述 • 虚拟化的分类 • 应用虚拟化 • 桌面虚拟化 • 服务器虚拟化 • 网络虚拟化 • 存储虚拟化
• 虚拟化概述 • 虚拟化的分类 • 应用虚拟化 • 桌面虚拟化 • 服务器虚拟化 • 网络虚拟化 • 存储虚拟化
虚拟化发展历史
①萌芽期（20世纪60、70年代）
1959年6月国际信息处理大会 Christopher Strachey发表的论文《大型高速计算机中的时间共享》 IBM及其他几家公司陆续开发的产品中应用 虚拟化技术只在高档服务器如小型机
包含了如下三层含义： ①虚拟化的对象是各种各样的资源； ②经过虚拟化后对用户隐藏了不必要的细节； ③虚拟环境中可以实现真实环境中的功能。
虚拟化涵盖的范围
• 虚拟化概述 • 虚拟化的分类 • 应用虚拟化 • 服务器虚拟化 • 网络虚拟化 • 存储虚拟化
虚拟化的分类
①从实现的层次可以分为
基础设施化、系统虚拟化、软件虚拟化
②从应用的领域来划分
服务器虚拟化、存储虚拟化、应用虚拟化、平台虚拟化、桌面虚拟化
基础设施虚拟化
①硬件虚拟化是用软件虚拟一台标准计算机硬件配置。 ②网络虚拟化将网络的硬件和软件资源整合，向用户 提供网络连接的虚拟化技术。 ③存储虚拟化为物理的存储设备提供统一的逻辑接口， 来访问被整合的存储资源。 ④文件虚拟化是指把物理上分散存储的众多文件整合 为一个统一的逻辑接口，方便用户访问，提高文件管 理效率。
网络虚拟化
①传统网络虚拟化技 术
VPN、VLAN
②主机网络虚拟化
虚拟网卡 虚拟网桥 虚拟端口聚合器 网络设备虚拟化
VEB转发视图
VSU虚拟化技术
软件实现虚拟交换 VS 网卡实现硬件交换
虚拟化资源 虚拟机迁移
• 虚拟化概述 • 虚拟化的分类 • 应用虚拟化 • 桌面虚拟化 • 服务器虚拟化 • 网络虚拟化 • 存储虚拟化
虚拟化技术 ppt课件
7.虚拟化技术
云计算技术
数据
中心
规模不断增大 成本逐渐上升 管理日趋复杂
云计算
6/82
7.1 虚拟化技术简介 虚拟化技术简介
传统的数据中心
7.虚拟化技术
采用了多种技术 业务之间孤立
网络结构复杂
虚拟数据中心
高速
扁平
虚拟化
云计算
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7.1 虚拟化技术简介 虚拟化技术简介
7.虚拟化技术
数据中心
服务器虚拟化
应用程序的代码运行在最低运行级别上ring3上，不能做受控操作。如果要做，那就要 通过执行系统调用（函数），执行的时候，CPU的运行级别会发生从ring3到ring0的 切换，并跳转到系统调用对应的内核代码位置执行，这样内核就为你完成了设备访问， 完成之后再从ring0返回ring3。这个过程也称作用户态和内核态的切换。
服务器虚拟化 存储虚拟化 网络虚拟化 桌面虚拟化
云计算
4/82
20世纪60年代
IBM公司推出虚拟化技术
主要用于当时的IBM大型机的服务器虚拟化
虚拟化技术的核心思想是利用软件或固件管理程序构成虚拟化层，把 物理资源映射为虚拟资源。在虚拟资源上可以安装和部署多个虚拟机， 实现多用户共享物理资源。
7.1 虚拟化技术简介 虚拟化技术简介
云计算
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硬件辅助的全虚拟化
7.虚拟化技术
2005年后，CPU厂商Intel 和 AMD 开始支持虚拟化了。 Intel 引入了 Intel-VT 技术。
主机操作系统
物理机（底层硬件）
图7-1 寄居虚拟化架构
云计算
12/82
7.2 服务器虚拟化
服务器虚拟化的层次
云计算之服务器虚拟化课件
虚拟化技术
虚拟化是指将物理硬件资源抽象为逻辑资源并提供给上层应用.虚拟化将差异化的物理硬件封装起来，为上层应用提供统一的虚拟化硬件的访问接口。 虚拟化技术实现了软件应用与底层硬件相隔离。这样可以提高资源利用率，简化软件的管理和重新配置过程。
服务器虚拟化的技术特征
硬件独立
可以在其他服务器上不加修改的运行虚拟机
改进IT管理架构 : 动态资源分配，设备虚拟化管理，更好的评估系统容量。
改善可靠性 : 低维护投入；减少意外宕机时间；在软、硬件故障时候快速恢复系统。
自动化管理 : 实现负荷的动态调配,硬件和服务的高可用性。
池中所有资源一目了然
池中所有真机和虚拟机联网情况一目了然
通过模板一键、快速安装操作系统
1设备
IT设备应用的9-9-1规律
9
90%的服务器
90%的时间
CPU占用率低于10%
9
1
云管理平台为何可以节省成本
2资源
应用1
应用2
VMM / Agent
Cloud Layer
管理操作
应用3
3管理
大量应用一键安装、管理
云管理平台为何可以节省成本
Cloud Layer
应用
应用信
VMM / Agent
通过解决方案一键部署整套应用
兼容性
虚拟机完全兼容标准的操作系统，以及在这些操作系统之上的应用
隔离
每一个虚拟机都与同在一个服务器上的其他虚拟机相隔离
封装
虚拟机将整个系统，包括硬件配置、操作系以及应用等封装在文件里
…………. .. ……
…………. .. ……
…………. .. ……
云管理平台
---利用服务器虚拟化,加强企业IT管理,减少企业成本
虚拟化是指将物理硬件资源抽象为逻辑资源并提供给上层应用.虚拟化将差异化的物理硬件封装起来，为上层应用提供统一的虚拟化硬件的访问接口。 虚拟化技术实现了软件应用与底层硬件相隔离。这样可以提高资源利用率，简化软件的管理和重新配置过程。
服务器虚拟化的技术特征
硬件独立
可以在其他服务器上不加修改的运行虚拟机
改进IT管理架构 : 动态资源分配，设备虚拟化管理，更好的评估系统容量。
改善可靠性 : 低维护投入；减少意外宕机时间；在软、硬件故障时候快速恢复系统。
自动化管理 : 实现负荷的动态调配,硬件和服务的高可用性。
池中所有资源一目了然
池中所有真机和虚拟机联网情况一目了然
通过模板一键、快速安装操作系统
1设备
IT设备应用的9-9-1规律
9
90%的服务器
90%的时间
CPU占用率低于10%
9
1
云管理平台为何可以节省成本
2资源
应用1
应用2
VMM / Agent
Cloud Layer
管理操作
应用3
3管理
大量应用一键安装、管理
云管理平台为何可以节省成本
Cloud Layer
应用
应用信
VMM / Agent
通过解决方案一键部署整套应用
兼容性
虚拟机完全兼容标准的操作系统，以及在这些操作系统之上的应用
隔离
每一个虚拟机都与同在一个服务器上的其他虚拟机相隔离
封装
虚拟机将整个系统，包括硬件配置、操作系以及应用等封装在文件里
…………. .. ……
…………. .. ……
…………. .. ……
云管理平台
---利用服务器虚拟化,加强企业IT管理,减少企业成本
《云计算与虚拟化》课件
2
云计算的登录者
云计算将虚拟化技术与网络技术和服务模式结合，提供了更高级别的资源管理和 交付能力。
3
云计算的扩展
虚拟化技术使云计算能够按需扩展和收缩计算资源，提供了更好的资源利用率和 成本控制。
虚拟化技术概述
虚拟化技术通过将计算资源进行抽象和隔离，使多个虚拟机能够在同一物理主机上运行。这种技术能够提高硬 件利用率、降低成本，并提供更好的灵活性和可维护性。
ห้องสมุดไป่ตู้
云计算的三种部署模式
云计算可以按照部署的方式分为三种模式：公共云、私有云和混合云。公共 云是由第三方提供商托管和管理的云平台，私有云是组织内部搭建和管理的 云平台，混合云则是公共云和私有云的结合。
《云计算与虚拟化》PPT 课件
欢迎来到《云计算与虚拟化》的PPT课件。在这个课程中，我们将一起探索云 计算的定义和虚拟化技术，并了解云计算的不同部署模式以及与虚拟化的关 系。
云计算的定义
云计算是一种通过互联网将计算资源和服务交付给用户的模式。它提供了按需使用和灵活扩展的计算能力，无 需用户拥有实际的物理硬件。
公共云平台的例子
Am azon W eb Services (AW S)
全球领先的公共云平台，提供强大的计算和存储服务。
M icrosoft Azure
微软的云计算平台，提供广泛的云服务和解决方案。
私有云平台的例子
企业数据中心
组织内部搭建的企业数据中心，提供私有云服务。
VMware vSphere
一款广泛使用的虚拟化平台，支持构建和管理私有 云。
云计算的优缺点
1 优点
灵活性和可扩展性，降低成本，提高资源利用率，提供高可用性和弹性。
2 缺点
云计算与虚拟化技术构建数字化转型的驱动力培训课件
Kubernetes容器编排与管理
01 02
Kubernetes概述
Kubernetes是一个开源的容器编排系统，用于自动化容器化应用程序 的部署、扩展和管理。它提供了一组API和工具，使得开发者可以轻松 地管理和控制容器化应用程序。
Kubernetes核心组件
Kubernetes由多个组件构成，包括API服务器、控制器管理器、调度器 等，这些组件协同工作，实现了对容器化应用程序的全面管理。
云计算与虚拟化关系剖析
云计算基础架构
云计算的基础架构主要由虚拟化技术构建，通过虚拟化技术 将大量服务器整合成一个动态可扩展的资源池，为用户提供 按需服务。
云计算与虚拟化的互动关系
云计算和虚拟化是相互依存、相互促进的关系。虚拟化技术 是云计算的底层支撑技术，而云计算则为虚拟化技术的应用 提供了更广阔的空间。
典型应用
CRM、ERP、在线办公套件、在 线视频会议等都是典型的SaaS应
用。
PaaS平台即服务模式分析
定义与特点
PaaS（Platform-as-a-Service，平台即服务）提供了一种用于开发、测试、部署和管理应用程序的云平台，开发者 可以在此平台上构建和部署应用，无需关注底层基础设施。
优势与价值
云计算与虚拟化技术基础概念
深入解析了云计算与虚拟化技术的定义、原理、架构等基础概念，为 后续学习打下基础。
云计算平台与服务
详细介绍了云计算平台类型、服务模式及核心技术，包括IaaS、PaaS 、SaaS等，以及云计算在数据存储、计算、网络等方面的应用。
虚拟化技术应用与实践
系统讲解了虚拟化技术的分类、应用场景及实施步骤，包括服务器虚 拟化、桌面虚拟化、网络虚拟化等，并结合案例进行分析。
云计算导论第四章虚拟化技术
尽管容器与虚拟机相比具有很多优势，但并不是说容器就可以完全替 代虚拟机。在很多场景（如不同用户的隔离）中，虚拟机仍然发挥着不可 替代的作用。
虚拟化概述
4.1.2 虚拟化的发展历史
首次出现了虚拟机 （virtual machine，VM）
的概念
微型机和PC得到了普及，计算 资源紧缺的情况得 到 了缓解，虚拟化 的发展脚步 逐步放缓
传统 计算 机系 统架 构和 虚拟 机架 构的 对比
虚拟化概述
4.1.1 虚拟化和虚拟机
虚拟机和容器的区别 （1）虚拟机是硬件级别的，一个虚拟机包含一台逻辑计算机、操作系
统和在操作系统中运行的软件。虚拟机具有体量大、启动较慢、移植性较 弱、占用资源较多等缺点，但隔离性和安全性较高。
（2）容器则是操作系统级别的，一个容器只包含要运行的软件及其依 赖环境。容器具有体量小、启动快、部署方便、移植性强、占用资源少等 优点，但隔离性和安全性较低。
谷歌公司在搜索引擎大会上首 次提出了“云 计算” 的 概念， 为大数据时 代的数据处理 指明了道路
1974年
20世纪90年代
20世纪60年代中期
20世纪80年代
提出了将 软件称为VMM的 3个条件，成为决 定虚拟 化软件，是否可称为VMM的 标准， 也为虚拟化软件的开发提供了重要依据
虚拟化 技术重新回 到了人们的视野
4.1 虚 拟 化 概 述 4.2 虚 拟 化 分 类 4.3 虚 拟 化 解 决 方 案 4.4 实践—使用VMware Workstation Pro创建虚拟机
4.3 虚拟化解决方案 VMware
a
VMware Workstation
虚拟化解决方案
Oracle
b
VirtualBox
虚拟化概述
4.1.2 虚拟化的发展历史
首次出现了虚拟机 （virtual machine，VM）
的概念
微型机和PC得到了普及，计算 资源紧缺的情况得 到 了缓解，虚拟化 的发展脚步 逐步放缓
传统 计算 机系 统架 构和 虚拟 机架 构的 对比
虚拟化概述
4.1.1 虚拟化和虚拟机
虚拟机和容器的区别 （1）虚拟机是硬件级别的，一个虚拟机包含一台逻辑计算机、操作系
统和在操作系统中运行的软件。虚拟机具有体量大、启动较慢、移植性较 弱、占用资源较多等缺点，但隔离性和安全性较高。
（2）容器则是操作系统级别的，一个容器只包含要运行的软件及其依 赖环境。容器具有体量小、启动快、部署方便、移植性强、占用资源少等 优点，但隔离性和安全性较低。
谷歌公司在搜索引擎大会上首 次提出了“云 计算” 的 概念， 为大数据时 代的数据处理 指明了道路
1974年
20世纪90年代
20世纪60年代中期
20世纪80年代
提出了将 软件称为VMM的 3个条件，成为决 定虚拟 化软件，是否可称为VMM的 标准， 也为虚拟化软件的开发提供了重要依据
虚拟化 技术重新回 到了人们的视野
4.1 虚 拟 化 概 述 4.2 虚 拟 化 分 类 4.3 虚 拟 化 解 决 方 案 4.4 实践—使用VMware Workstation Pro创建虚拟机
4.3 虚拟化解决方案 VMware
a
VMware Workstation
虚拟化解决方案
Oracle
b
VirtualBox
(云计算与大数据课件)第7章虚拟化技术
总结词
存储虚拟化能够降低存储成本、提高存储设备的利用率和 可靠性、简化数据管理，是云计算和大数据领域的重要技 术之一。
详细描述
存储虚拟化通过虚拟化技术将各种不同类型的存储设备进 行整合和管理，实现了统一存储和数据管理，提高了存储 设备的可靠性和数据安全性。
应用虚拟化
应用虚拟化
通过应用虚拟化技术将应用程序与操作系统进行分离，实现应用程 序的快速部署和管理，提高应用程序的可用性和可维护性。
总结词
应用虚拟化能够提高应用程序的可用性、可维护性、降低运营成本， 是云计算和大数据领域的重要技术之一。
详细描述
应用虚拟化通过虚拟化技术将应用程序与操作系统进行分离，实现了 应用程序的快速部署和管理，提高了应用程序的可用性和可维护性。
04
虚拟化技术的优势与挑 战
提高资源利用率
总结词
通过虚拟化技术，可以实现资源的集中管理和调度，提高资源的利用率，避免资 源的浪费。
(云计算与大数据课件 )第7章虚拟化技术
目录
• 虚拟化技术概述 • 虚拟化技术的核心原理 • 虚拟化技术的应用场景 • 虚拟化技术的优势与挑战 • 虚拟化技术的发展趋势
01
虚拟化技术概述
虚拟化的定义
总结词
虚拟化是一种将物理硬件资源通过软件抽象层进行虚拟化，以提供更加灵活、高效资源管理的方式。
详细描述
容器虚拟化
总结词
容器虚拟化是一种基于容器技术的虚拟化方式，通过容器隔离和资源共享，实现应用程 序的快速部署和管理。
详细描述
容器虚拟化利用容器技术的轻量级、可移植性和快速部署特性，实现了应用程序的隔离 和资源共享。它能够简化应用程序的部署和管理，提高应用程序的可靠性和安全性，降
存储虚拟化能够降低存储成本、提高存储设备的利用率和 可靠性、简化数据管理，是云计算和大数据领域的重要技 术之一。
详细描述
存储虚拟化通过虚拟化技术将各种不同类型的存储设备进 行整合和管理，实现了统一存储和数据管理，提高了存储 设备的可靠性和数据安全性。
应用虚拟化
应用虚拟化
通过应用虚拟化技术将应用程序与操作系统进行分离，实现应用程 序的快速部署和管理，提高应用程序的可用性和可维护性。
总结词
应用虚拟化能够提高应用程序的可用性、可维护性、降低运营成本， 是云计算和大数据领域的重要技术之一。
详细描述
应用虚拟化通过虚拟化技术将应用程序与操作系统进行分离，实现了 应用程序的快速部署和管理，提高了应用程序的可用性和可维护性。
04
虚拟化技术的优势与挑 战
提高资源利用率
总结词
通过虚拟化技术，可以实现资源的集中管理和调度，提高资源的利用率，避免资 源的浪费。
(云计算与大数据课件 )第7章虚拟化技术
目录
• 虚拟化技术概述 • 虚拟化技术的核心原理 • 虚拟化技术的应用场景 • 虚拟化技术的优势与挑战 • 虚拟化技术的发展趋势
01
虚拟化技术概述
虚拟化的定义
总结词
虚拟化是一种将物理硬件资源通过软件抽象层进行虚拟化，以提供更加灵活、高效资源管理的方式。
详细描述
容器虚拟化
总结词
容器虚拟化是一种基于容器技术的虚拟化方式，通过容器隔离和资源共享，实现应用程 序的快速部署和管理。
详细描述
容器虚拟化利用容器技术的轻量级、可移植性和快速部署特性，实现了应用程序的隔离 和资源共享。它能够简化应用程序的部署和管理，提高应用程序的可靠性和安全性，降
《云计算课件：虚拟化技术详解PPT》
介绍两种主要的硬件虚拟化技术，Intel VT和AMD-V。了解它们如何提供硬件 级别的支持，提升虚拟化技术的性能和安全性。
虚拟机监控器的作用和概念
解释虚拟机监控器（VMM）的作用和原理。了解如何使用VMM实现虚拟化， 并提供对虚拟机的管理和控制。
虚拟化技术的部署和实施
介绍实施 性能优化。
基于虚拟化技术的云计算架构
探讨如何使用虚拟化技术构建弹性、可扩展和高可用性的云计算架构。了解 虚拟化在云端计算中的关键作用。
云计算课件：虚拟化技术 详解PPT
介绍云计算和虚拟化技术的基本概念，探索如何借助虚拟化技术提高计算机 资源利用率和灵活性，助力创新和卓越业务。
云计算和虚拟化技术
解释云计算和虚拟化技术的关系及云计算环境下的虚拟化技术的重要性。使计算资源能被更高效地利用，降低 成本，提高可扩展性。
虚拟化技术的分类
介绍虚拟化技术的不同类型，包括服务器虚拟化、存储虚拟化和网络虚拟化。 了解各种虚拟化技术的特点和应用场景。
完全虚拟化和半虚拟化的区别
对比和解释完全虚拟化和半虚拟化的不同之处，包括性能、资源利用和操作系统的支持。了解何时使用每种虚 拟化技术。
虚拟化技术的优势和劣势
探讨虚拟化技术的优点，如资源利用率提升、环境隔离和便捷的部署。同时， 讨论虚拟化技术的一些挑战和劣势。
Intel VT与AMD-V虚拟化技术介 绍
虚拟机监控器的作用和概念
解释虚拟机监控器（VMM）的作用和原理。了解如何使用VMM实现虚拟化， 并提供对虚拟机的管理和控制。
虚拟化技术的部署和实施
介绍实施 性能优化。
基于虚拟化技术的云计算架构
探讨如何使用虚拟化技术构建弹性、可扩展和高可用性的云计算架构。了解 虚拟化在云端计算中的关键作用。
云计算课件：虚拟化技术 详解PPT
介绍云计算和虚拟化技术的基本概念，探索如何借助虚拟化技术提高计算机 资源利用率和灵活性，助力创新和卓越业务。
云计算和虚拟化技术
解释云计算和虚拟化技术的关系及云计算环境下的虚拟化技术的重要性。使计算资源能被更高效地利用，降低 成本，提高可扩展性。
虚拟化技术的分类
介绍虚拟化技术的不同类型，包括服务器虚拟化、存储虚拟化和网络虚拟化。 了解各种虚拟化技术的特点和应用场景。
完全虚拟化和半虚拟化的区别
对比和解释完全虚拟化和半虚拟化的不同之处，包括性能、资源利用和操作系统的支持。了解何时使用每种虚 拟化技术。
虚拟化技术的优势和劣势
探讨虚拟化技术的优点，如资源利用率提升、环境隔离和便捷的部署。同时， 讨论虚拟化技术的一些挑战和劣势。
Intel VT与AMD-V虚拟化技术介 绍
云计算虚拟化完整讲义
1.5
• 服务器虚拟化技术
目前从Hypervisor（虚拟机管理程序）安装位置分类，虚拟化层面包括安装在硬件
层上、安装在宿主操作系统层上、安装在内核层上，具体如下：
安装在硬件层上：由Hypervisor直接
操作系 操作系 …… H统yperviso统r （虚拟机管理程
管理硬件，如VMWare ESXi、微软、 思杰KVM、XEN等
半虚拟化：使用Hypervisor（虚拟机管理程序）分享底层 的硬件，但客户操作系统集成了虚拟化方面的代码。由于 操作系统自身能够与虚拟进程进行很好的协作，无需 Hypervisor捕获和处理特殊指令
特点：半虚拟化需要客户操作系统配合Hypervisor做一些 修改，性能与原始系统相近。
应用
系统客使户用操硬件客，户如操Virt…ua…lBox、 VM作HW系yapr统eervWis作oor系rks（统ta虚ti拟on机等管理程
宿主序操）作系统 硬件
© ZQY . All rights reserved.
1.6
• 服务器虚拟化技术
从虚拟化程度分类，虚拟化技术包括完全虚拟化、半虚拟化、操作系统级虚拟化等，
1.2
虚拟化安装之前检查
检查CPU是否支持虚拟化技术 Intel VT-x AMD-V
1.3
虚拟化安装之前检查
确认Linux内核已经支持虚拟化技术 如果没有输出YES，请先确认BIOS中已经开启虚拟化功能
grep “vmx” /proc/cpuinfo && echo “yes” grep “svm” /proc/cpuinfo && echo “yes”
3.2
虚拟化架构优势
云计算与虚拟化技术培训ppt与案例研究
VMware虚拟化技术案例
案例概述：VMware是虚拟化技术的先驱，提供全面的 虚拟化解决方案，包括服务器虚拟化、桌面虚拟化、网 络虚拟化等。 VMware的ESXi是功能强大的虚拟化平台，支持多种操 作系统和应用程序。
VMware的NSX网络虚拟化平台提供网络虚拟化和安全 功能。
案例内容
VMware的Horizon桌面虚拟化解决方案提供高效的桌 面管理和远程访问功能。
04
云计算与虚拟化的应用场景
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
企业私有云建设
01
企业私有云建设
通过云计算技术，企业可以构建自己的云服务平台，实现计算资源的灵
活扩展和共享，提高资源利用率，降低IT成本。
02
数据安全与隐私保护
在构建企业私有云时，需要充分考虑数据的安全性和隐私保护，采取有
数据安全与隐私保护
在远程办公和在线教育过程中，需要加强数据的安全性和隐私保护 措施，确保用户数据的安全性和完整性。
游戏与娱乐行业应用
高效能计算资源 游戏与娱乐行业需要大量的计算 资源来处理图形、音效和交互等 任务，云计算能够提供高效能计
算资源。
快速部署与迭代
游戏与娱乐行业需要快速迭代和部 署产品，云计算能够提供快速部署 和扩展的能力，缩短产品上市时间 。
软件即服务（SaaS）
总结词
提供软件应用程序并通过Web浏览器 供用户使用，用户无需安装和维护软 件，只需使用软件功能。
详细描述
SaaS应用程序由服务提供商管理和维 护，用户只需通过Web浏览器即可使 用软件功能。SaaS应用程序通常按需 付费，用户可以根据需求随时使用软 件功能。
云计算技术基础与实践教学课件(共9章)第2章 虚拟化技术
图2-6展示了一个简单的Ceph 生态系统。
客户端是文件系统的数据使用 者。元数据后台服务程序为客户端 提供元数据服务，而对象存储后台 服务程序提供了实际的存储（数据 及元数据）。最后，Ceph监控提 供了集群的管理。
图2-6 一个简单的Ceph生态系统
2.1 存储资源虚拟化
2.1.6 MinIO
SNIA（Storage Networking Industry Association，全球网络存储工业协会）认为，SDS能 够将存储资源抽象并池化，具备存储管理接口，对外能通过API的形式提供数据服务。
2.1 存储资源虚拟化
2.1.3 软件定义存储（SDS）
典型的软件定义存储解决方案 （如希智数据的Federator SDS） 的核心功能主要包括智能存储虚拟 化、指挥调度及存储数据服务。可 提供存储发现、抽象、池化、分类、 策略定义、存储配置和交付及存储 管理可视化，如图2-2所示。
图2-8 软件定义网络的基本架构
2.2 网络资源虚拟化
2.2.4 主流软件定义网络技术 BigSwitch Cloud Fabric（BCF） 思科基于意图的网络 VMware NSX Cloud VMware NSX SD-WAN
2.2 网络资源虚拟化
2.2.5 Open vSwitch
Open vSwitch是一个高质量的、多层虚拟交 换机，使用开源Apache 2.0许可协议，由Nicira Networks公司开发，主要使用C语言实现。
2.2 网络资源虚拟化
2.2.7 DevOps
DevOps是Development和Operations的组合词，是一组过程、方法与系统的统称，用 于促进开发、技术运营和质量保障部门之间的沟通、协作与整合。
客户端是文件系统的数据使用 者。元数据后台服务程序为客户端 提供元数据服务，而对象存储后台 服务程序提供了实际的存储（数据 及元数据）。最后，Ceph监控提 供了集群的管理。
图2-6 一个简单的Ceph生态系统
2.1 存储资源虚拟化
2.1.6 MinIO
SNIA（Storage Networking Industry Association，全球网络存储工业协会）认为，SDS能 够将存储资源抽象并池化，具备存储管理接口，对外能通过API的形式提供数据服务。
2.1 存储资源虚拟化
2.1.3 软件定义存储（SDS）
典型的软件定义存储解决方案 （如希智数据的Federator SDS） 的核心功能主要包括智能存储虚拟 化、指挥调度及存储数据服务。可 提供存储发现、抽象、池化、分类、 策略定义、存储配置和交付及存储 管理可视化，如图2-2所示。
图2-8 软件定义网络的基本架构
2.2 网络资源虚拟化
2.2.4 主流软件定义网络技术 BigSwitch Cloud Fabric（BCF） 思科基于意图的网络 VMware NSX Cloud VMware NSX SD-WAN
2.2 网络资源虚拟化
2.2.5 Open vSwitch
Open vSwitch是一个高质量的、多层虚拟交 换机，使用开源Apache 2.0许可协议，由Nicira Networks公司开发，主要使用C语言实现。
2.2 网络资源虚拟化
2.2.7 DevOps
DevOps是Development和Operations的组合词，是一组过程、方法与系统的统称，用 于促进开发、技术运营和质量保障部门之间的沟通、协作与整合。
虚拟化技术简介PPT课件
构建云平台，提供基础设施、 平台和软件服务。
开发测试环境
快速搭建开发测试环境，提高 开发效率。
远程办公
提供远程访问虚拟桌面，实现 移动办公和远程协作。
02
虚拟化技术的发展历程
虚拟化技术的起源
虚拟化技术的起源可以追溯到上世纪 60年代，当时大型机为了提高资源 利用率和简化管理，开始采用虚拟化 技术。
数据库虚拟化
通过虚拟化技术将多个数据库整 合到一个共享的物理平台上，实 现数据的高可用性、可扩展性和
安全性。
服务器虚拟化
将多个应用程序或系统运行在同一 个物理服务器上，通过虚拟化技术 隔离各个系统，提高服务器的利用 率并降低能耗。
桌面虚拟化
通过虚拟化技术将桌面操作系统和 应用程序与物理硬件分离，用户可 以通过任何设备访问自己的虚拟桌 面。
虚拟化技术
通过软件技术将物理硬件资源（如服 务器、存储设备、网络等）虚拟化成 多个独立的虚拟资源，实现资源的共 享、动态管理和高效利用。
虚拟化技术分类
服务器虚拟化、存储虚拟化、网络虚 拟化等。
虚拟化技术的应用场景
01
02
03
04
企业数据中心
提高资源利用率，降低运营成 本，实现快速部署和灵活扩展
。
云计算
总结虚拟化技术的发展历程和应用情况
网络虚拟化
通过网络设备的虚拟化，实现网络的灵活配置和管理。
桌面虚拟化
通过将桌面操作系统和应用程序进行虚拟化，实现桌面的集中管理和远程访问。
对未来虚拟化技术的发展趋势进行展望
更广泛的虚拟化应用
随着云计算、大数据和人工智能等技术的不断发展，虚拟化技术的 应用范围将更加广泛，如应用于物联网、边缘计算等领域。
开发测试环境
快速搭建开发测试环境，提高 开发效率。
远程办公
提供远程访问虚拟桌面，实现 移动办公和远程协作。
02
虚拟化技术的发展历程
虚拟化技术的起源
虚拟化技术的起源可以追溯到上世纪 60年代，当时大型机为了提高资源 利用率和简化管理，开始采用虚拟化 技术。
数据库虚拟化
通过虚拟化技术将多个数据库整 合到一个共享的物理平台上，实 现数据的高可用性、可扩展性和
安全性。
服务器虚拟化
将多个应用程序或系统运行在同一 个物理服务器上，通过虚拟化技术 隔离各个系统，提高服务器的利用 率并降低能耗。
桌面虚拟化
通过虚拟化技术将桌面操作系统和 应用程序与物理硬件分离，用户可 以通过任何设备访问自己的虚拟桌 面。
虚拟化技术
通过软件技术将物理硬件资源（如服 务器、存储设备、网络等）虚拟化成 多个独立的虚拟资源，实现资源的共 享、动态管理和高效利用。
虚拟化技术分类
服务器虚拟化、存储虚拟化、网络虚 拟化等。
虚拟化技术的应用场景
01
02
03
04
企业数据中心
提高资源利用率，降低运营成 本，实现快速部署和灵活扩展
。
云计算
总结虚拟化技术的发展历程和应用情况
网络虚拟化
通过网络设备的虚拟化，实现网络的灵活配置和管理。
桌面虚拟化
通过将桌面操作系统和应用程序进行虚拟化，实现桌面的集中管理和远程访问。
对未来虚拟化技术的发展趋势进行展望
更广泛的虚拟化应用
随着云计算、大数据和人工智能等技术的不断发展，虚拟化技术的 应用范围将更加广泛，如应用于物联网、边缘计算等领域。
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图4.4 使用VMM二进制翻译客户操 作系统的请求
4.2.3 半虚拟化
? 半虚拟化 指的是虚拟机系统和虚 拟化软件层通过交互来改善性能 和效率。
? 半虚拟化涉及修改操作系统内核 来将不可虚拟化的指令替换为可 直接与虚拟化层交互的超级调用 （hypercalls ）。
图4.5 将不可虚拟化的操作系统指令替 换为超级调用
? 在准虚拟化模式下，KVM使用一种称为VirtIO的框架作为后端驱 动。该框架能够支持准虚拟化的以太网卡、准虚拟化的控制器， 调整宿主内存容量的设备，以及使用SPICE或VMware驱动程序的 VGA图形界面。
4.3 商用虚拟机技术
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。
? Xen在目前已经有很多版本，著名的亚马逊Web服务（AWS）就建 立于Xen虚拟机技术之上。Xen虚拟机的最大商用支持者为美国的 Citrix公司。
4.3 商用虚拟机技术
2．KVM虚拟机技术
? KVM是基于内核的虚拟机（Kernel-based Virtual Machine）的缩 写。
? KVM虚拟机监视器既可以在全虚拟化模式下运行，也能够为部分 操半虚拟化
? 半虚拟化 和全虚拟化 不一样，全虚拟化 时未经修改的虚拟机系 统不知道自身被虚拟化，系统敏感的调用陷入虚拟化层后再进 行二进制翻译。
? 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。
Data Science
Statistics
Mathematics
Machine Learning
Data engineering
4.1 虚拟化的定义
? 在计算机科学领域中，虚拟化代表着对计算资源的 抽象，而不仅仅局限于虚拟机的概念。
? 虚拟化技术分类： 1．服务器虚拟化 2．网络虚拟化 3．桌面虚拟化 4．软件定义的存储
1．服务器虚拟化
? 大多数服务器的容量利用率不足 15%，这不仅导致了服务器数 量剧增，还增加了部署复杂性。
? 实现服务器虚拟化后，多个操作系统可以作为虚拟机在单台物 理服务器上运行，并且每个操作系统都可以访问底层服务器的 计算资源，从而解决了效率低下问题。
? 将服务器集群聚合为一项整合资源，可以提高整体效率并降低 成本。服务器虚拟化还可以加快工作负载部署速度、提高应用 性能并改善可用性。
3．桌面虚拟化
? 通过以代管服务的形式部署桌面，可以使使用者更加快速地对 不断变化的需求做出响应。
? 外包员工、海外员工以及使用平板电脑的移动工作人员交付虚 拟化桌面和应用，从而降低成本并改进服务。
4．软件定义的存储
? 海量数据和实时应用使存储需求达到新的高度。 ? 存储虚拟化对服务器内部的磁盘和闪存进行抽象，将它们组合
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
软件开发云
大数据与 人工智能
Outline
? 4.1 虚拟化的定义 ? 4.2 服务器虚拟化 ? 4.3 商用虚拟机技术 ? 4.4 新型硬件虚拟化 ? 4.5 实践：Xen虚拟化技术 ? 4.6 实践：KVM虚拟化技术 ? 4.7 轻量级虚拟化 ? 4.8 实践：Docker容器
Domain expertise
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。
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。
云计算原理与实践
Principles and Practice of Cloud Computing
《云计算原理与实践》课程总览
概念 与基础
云计算概述 分布式原理 云计算架构
原理与技术
虚拟化技术 分布式存储 云计算网络 云计算安全
开发与运维
云原生应用 云操作系统
云端软件 云计算运维
应用与案例 桌面云
4.2.4 硬件辅助虚拟化
? 第一代技术包括 Intel的VT-x和 AMD 的AMD-V ，两者都针对特 权指令为 CPU添加了一个执行模 式，即 VMM 运行在一个新增的 根模式下。
? 随着对CPU、内存和 I/O设备进 行硬件辅助开发，半虚拟化相 对于硬件辅助虚拟化的性能优 势将逐渐缩小。
图4.6 使用VMM二进制翻译客户操 作系统的请求
到高性能存储池，并以软件形式交付。 ? 软件定义的存储（ Software Defined Storage ，SDS）是一种全新
的存储方法，可从根本上提高运维模式的效率。
4.2 服务器虚拟化
4.2.1 x86架构对虚拟化的限制 4.2.2 全虚拟化 4.2.3 半虚拟化 4.2.4 硬件辅助虚拟化
4.2.3 半虚拟化
? 半虚拟化 指的是虚拟机系统和虚 拟化软件层通过交互来改善性能 和效率。
? 半虚拟化涉及修改操作系统内核 来将不可虚拟化的指令替换为可 直接与虚拟化层交互的超级调用 （hypercalls ）。
图4.5 将不可虚拟化的操作系统指令替 换为超级调用
? 在准虚拟化模式下，KVM使用一种称为VirtIO的框架作为后端驱 动。该框架能够支持准虚拟化的以太网卡、准虚拟化的控制器， 调整宿主内存容量的设备，以及使用SPICE或VMware驱动程序的 VGA图形界面。
4.3 商用虚拟机技术
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。
? Xen在目前已经有很多版本，著名的亚马逊Web服务（AWS）就建 立于Xen虚拟机技术之上。Xen虚拟机的最大商用支持者为美国的 Citrix公司。
4.3 商用虚拟机技术
2．KVM虚拟机技术
? KVM是基于内核的虚拟机（Kernel-based Virtual Machine）的缩 写。
? KVM虚拟机监视器既可以在全虚拟化模式下运行，也能够为部分 操半虚拟化
? 半虚拟化 和全虚拟化 不一样，全虚拟化 时未经修改的虚拟机系 统不知道自身被虚拟化，系统敏感的调用陷入虚拟化层后再进 行二进制翻译。
? 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。
Data Science
Statistics
Mathematics
Machine Learning
Data engineering
4.1 虚拟化的定义
? 在计算机科学领域中，虚拟化代表着对计算资源的 抽象，而不仅仅局限于虚拟机的概念。
? 虚拟化技术分类： 1．服务器虚拟化 2．网络虚拟化 3．桌面虚拟化 4．软件定义的存储
1．服务器虚拟化
? 大多数服务器的容量利用率不足 15%，这不仅导致了服务器数 量剧增，还增加了部署复杂性。
? 实现服务器虚拟化后，多个操作系统可以作为虚拟机在单台物 理服务器上运行，并且每个操作系统都可以访问底层服务器的 计算资源，从而解决了效率低下问题。
? 将服务器集群聚合为一项整合资源，可以提高整体效率并降低 成本。服务器虚拟化还可以加快工作负载部署速度、提高应用 性能并改善可用性。
3．桌面虚拟化
? 通过以代管服务的形式部署桌面，可以使使用者更加快速地对 不断变化的需求做出响应。
? 外包员工、海外员工以及使用平板电脑的移动工作人员交付虚 拟化桌面和应用，从而降低成本并改进服务。
4．软件定义的存储
? 海量数据和实时应用使存储需求达到新的高度。 ? 存储虚拟化对服务器内部的磁盘和闪存进行抽象，将它们组合
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
软件开发云
大数据与 人工智能
Outline
? 4.1 虚拟化的定义 ? 4.2 服务器虚拟化 ? 4.3 商用虚拟机技术 ? 4.4 新型硬件虚拟化 ? 4.5 实践：Xen虚拟化技术 ? 4.6 实践：KVM虚拟化技术 ? 4.7 轻量级虚拟化 ? 4.8 实践：Docker容器
Domain expertise
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。
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。
云计算原理与实践
Principles and Practice of Cloud Computing
《云计算原理与实践》课程总览
概念 与基础
云计算概述 分布式原理 云计算架构
原理与技术
虚拟化技术 分布式存储 云计算网络 云计算安全
开发与运维
云原生应用 云操作系统
云端软件 云计算运维
应用与案例 桌面云
4.2.4 硬件辅助虚拟化
? 第一代技术包括 Intel的VT-x和 AMD 的AMD-V ，两者都针对特 权指令为 CPU添加了一个执行模 式，即 VMM 运行在一个新增的 根模式下。
? 随着对CPU、内存和 I/O设备进 行硬件辅助开发，半虚拟化相 对于硬件辅助虚拟化的性能优 势将逐渐缩小。
图4.6 使用VMM二进制翻译客户操 作系统的请求
到高性能存储池，并以软件形式交付。 ? 软件定义的存储（ Software Defined Storage ，SDS）是一种全新
的存储方法，可从根本上提高运维模式的效率。
4.2 服务器虚拟化
4.2.1 x86架构对虚拟化的限制 4.2.2 全虚拟化 4.2.3 半虚拟化 4.2.4 硬件辅助虚拟化