《云计算基础技术与应用》教学课件 9.虚拟化基础

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而超线程技术只是单CPU模拟双CPU来平衡程序运行性能,这两个模拟出 来的CPU是不能分离的,只能协同工作。
2.虚拟化起源
虚拟化起源
虚拟化技术的产生是计算机技术发展道路上的一个趋势和必然现象,在 计算机发展道路上起到了重要的作用,虚拟化的技术早在20世纪50年代 就已经提出,第一次将虚拟化的技术在商业中实现还是20世纪的60年代, 并且将虚拟化技术提出并在商业中使用的第一个公司就是IBM。
4.虚拟化技术分类
服务器虚拟化
服务器虚拟化是将服务器物理资源抽象成逻辑资源,让一台服务器变成 几台甚至上百台相互隔离的虚拟服务器。
有了服务器虚拟化,多个服务器依靠一台实体机生存,不再受限于物理 上的界限,而是让CPU、内存、磁盘、I/O等硬件变成可以动态管理的 “资源池”,从而提高资源的利用率,简化系统管理,实现服务器整合, 让IT对业务的变化更具适应力。
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虚拟化基础
第九章
目录
01 虚拟化概念 02 虚拟化起源 03 虚拟化的特征 04 虚拟化技术分类 05 虚拟化产品 06 实战项目—VMware安装Ubuntu
1.虚拟化概念
虚拟化概念
“虚拟化”是一个广泛而变化的概念,因此想要给出一个清晰而准确的 “虚拟化”定义并不是一件容易的事情。
(4)独立性,即硬件无关性,可以在其他计算机上不加修改地使用虚拟机。虚 拟机得到的计算资源,是标准化的虚拟设备,而不关心虚拟机运行硬件具体特性, 如CPU指令集/网卡特性/磁盘接口类型等。独立性是确保虚拟机可在不同物理平 台上无缝迁移的前提,也是数据中心管理中必不可少的特性。
虚拟化的特征
虚拟化前:
值得特别指出的是,利用虚拟化技术,可以用磁盘阵列模拟磁带库,为应用提供 速度像磁盘一样快、容量却像磁带库一样大的存储资源,这就是当今使用范围越 来越广泛的虚拟磁带库,在当今企业存储系统中扮演着越来越重要的角色。
(3)使用灵活性:通过虚拟可实现动态的资源部署和重配置,满足不断变化的 业务需求。
虚拟化的特征
(4)安全性:提高桌面的可管理性和安全性,用户都可以在本地或以远程方式 对这种环境进行访问。虚拟可实现较简单的共享机制无法实现的隔离和划分,可 实现对数据和服务进行可控和安全的访问。
(5)更高的可用性:提高硬件和应用程序的可用性,进而提高业务连续性:可 安全地迁移和备份整个虚拟环境而不会出现服务中断。
从广义上来说,从Java虚拟机,到操作系统的虚拟内存概念,到存储技 术,到仿真,到虚拟局域网VLAN,到服务器虚拟化技术都采用了虚拟化 的思想。
简单来讲,虚拟化是以透明方式提供抽象的计算资源。目前业界对“虚拟 化”已经产生如下多种定义。
虚拟化概念
(1)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。这种资源的抽象方法并不受实 现、地理位置或底层资源的物理配置的限制;
(6)更高的可扩展性:根据不同的产品,资源分区和汇聚可支持实现比个体物 理资源小得多或大得多的虚拟资源,这意味着你可以在不改变物理资源配置的情 况下进行规模调整。
虚拟化的特征
(7)互操作性和投资保护:虚拟资源可提供底层物理资源无法提供的与各种接 口和协议的兼容性,实现了运营灵活性。
(8)改进资源供应:与个体物理资源单位相比,虚拟能够以更小的单位进行资 源分配。与物理资源相比,虚拟资源因其不存在硬件和操作系统方面的问题而能 在出现崩溃后更快恢复。
虚拟化概念
虚拟化的主要目标是对包括基础设施、系统和软件等IT资源的表示、访问和管理 进行简化,并为这些资源提供标准的接口来接收输入和提供输出。
虚拟化的使用者可以是最终用户、应用程序或者是服务。 通过标准接口,虚拟化可以在IT基础设施发生变化时将对使用者的影响降到最低。 最终用户可以重用原有的接口,因为他们与虚拟资源进行交互的方式并没有发生
(1)每台主机一个操作系统; (2)软件硬件紧密地结合; (3)在同一主机上运行多个应用程序通常会遭遇冲突; (4)系统的资源利用率低; (5)硬件成本高昂而且不够灵活。
虚拟化的特征
虚拟化后:
(1)打破了操作系统和硬件的互相依赖; (2)通过封装到到虚拟机的技术,管理操作系统和应用程序为单一的个体; (3)强大的安全和故障隔离; (4)虚拟机是独立于硬件的,它们能在任何硬件上运行。
(2)隔离,如果说分区是虚拟化技术的根本价值所在,那么隔离就是确保虚拟 化服务可用的最根本利器。运行在同一物理服务器上的虚拟机,要做到几点:彼 此不感知,虚拟机间数据不会相互泄露,某个虚拟机崩溃不影响其他虚拟机的正 常运行。只有确保做到这几点,虚拟机服务才是可用的。
虚拟化的特征
(3)封装,虚拟机将整个系统,包括硬件配置操作系统以及应用等封装在文件 里。
服务器虚拟化
逻辑服务器
物理服务器
物理服务器Leabharlann Baidu
物理服务器
物理服务器
服务器虚拟化
(3)“多虚多”的是将多台物理服务器虚拟成一台逻辑服 务器,然后再将其划分为多个虚拟环境,即多个业务在多台 虚拟服务器上运行
服务器虚拟化
虚拟服务器
虚拟服务器
虚拟服务器
逻辑 服务

物理服务器
物理服务器
物理服务器
存储虚拟化
虚拟化是作用在一个或者多个实体上的,而这些实体则是用来提供存储资源及服 务的。
存储虚拟化
存储虚拟化技术通过映射或抽象的方式屏蔽物理设备复杂性,增加一个管理层面, 激活一种资源并使之更易于透明控制。
它可以有效简化基础设施的管理,增加存储资源的利用率和能力,简化本来可能 会相对复杂的底层基础架构。
存储虚拟化(Storage Virtualization)最通俗的理解就是对存储硬件资源进行抽 象化表现。
通过将一个(或多个)目标服务或功能与其他附加的功能集成,统一提供有用的 全面功能服务。
典型的虚拟化包括如下一些情况:屏蔽系统的复杂性,增加或集成新的功能,仿 真、整合或分解现有的服务功能等。
变化,即使底层资源的实现方式已经发生了改变,他们也不会受到影响。
虚拟化概念
虚拟化技术降低了资源使用者与资源具体实现之间的耦合程度,让使用者不再依 赖于资源的某种特定实现。
利用这种松耦合关系,系统管理员在对IT资源进行维护与升级时,可以降低对使 用者的影响。
虚拟化,如同空旷、通透的写字楼,整个楼层没有固定的墙壁,用户可以用同样 的成本构建出更加自主适用的办公空间,进而节省成本,发挥空间最大利用率。
虚拟化的特征
虚拟化有以下的优点:
虚拟化的特征
(1)更高的资源利用率:虚拟可支持实现物理资源和资源池的动态共享,提高 资源利用率,特别是针对那些平均需求远低于需要为其提供专用资源的不同负载。
(2)降低管理成本:虚拟可通过减少物理资源的数量,隐藏其部分复杂性,实 现自动化以简化公共管理任务等方式来提高工作人员的效率。
虚拟化技术进入低潮期。
虚拟化起源
随着近年来,云计算的日益普及,虚拟化技术变得重要起来。
事实上,云计算中的IaaS(Infrastructure as a service)本质上就是计算资 源的池化或者虚拟化,简而言之虚拟化技术是构建云计算数据中心的基 础。
虚拟化技术的复归,其实走了一条相当漫长的路,推动虚拟化技术从新 繁荣的因素有很多,但最决定性的因素还是以下两点。
服务器虚拟化
服务器虚拟化主要分为三种:“一虚多”“多虚一”“多虚多”。 (1)“一虚多”是一台服务器虚拟成多台服务器,即将一台物理服务器
分割成多个相互独立、互不干扰的虚拟环境。
服务器虚拟化
虚拟服务器
虚拟服务器
虚拟服务器
服务器
虚拟服务器
虚拟服务器
虚拟服务器
服务器虚拟化
(2)“多虚一”就是多个独立的物理服务器虚拟为一个逻 辑服务器,使多台服务器相互协作,处理同一个业务。
当时IBM的大型机上已经使用了虚拟化技术,其目的也跟今日基本一致: 允许多租户复用同一物理计算资源。
这一时期可称为虚拟化技术的萌芽阶段。
虚拟化起源
早期计算机硬件是相当昂贵的基础设施,注定不可能为个人所拥有,虚 拟化技术能显著地提高计算资源使用效率,因此在大型机时代得到了青 睐。
随着半导体技术遵循摩尔定律快速发展,计算机的价格也慢慢地平民化, PC的私人属性注定了资源复用这一特性不再是什么优点。
如操作系统、文件系统、应用程序等。 内存是真实资源,而硬盘则是这种资源的替代品。 经过虚拟化后,这两者具有了相同的逻辑表示。
虚拟化层向上隐藏了如何在硬盘上进行内存交换、文件的读写,如何在内存与硬 盘间实现统一寻址和换入换出等细节。
对于使用虚拟内存的应用程序来说,它们仍然可以用一致的分配、访问和释放的 指令对虚拟内存进行操作,就如同在访问真实存在的物理内存一样。
虚拟化概念
尽管以上几种定义表述方式不尽相同,但它们都阐 述了三层含义:
虚拟化概念
(1)虚拟化的对象是各种各样的资源,如CPU、磁盘,内存,网络等; (2)经过虚拟化后的逻辑资源对用户隐藏了不必要的细节; (3)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。
虚拟化概念
概括来讲,虚拟化是资源的逻辑表示,它不受物理限制的约束。 资源可以是各种硬件资源,如CPU、内存、存储、网络;也可以是各种软件环境,
(2)虚拟化是为某些事物创造的虚拟(相对于真实)版本,如操作系统、 计算机系统、存储设备和网络资源等;
虚拟化概念
(3)虚拟化是为一组类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的方式来查看并维护资源;
(4)虚拟化是指通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机。 在一台计算机上同时运行多个逻辑计算机,每个逻辑计算机可运行不同 的操作系统,并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响, 从而显著提高计算机的工作效率。
虚拟化把有限的固定的资源根据不同需求进行重新规划以达到最大利用率。
虚拟化概念
虚拟化技术与多任务以及超线程技术是完全不同的。
多任务是指在一个操作系统中多个程序同时并行运行,而在虚拟化技术 中,则可以同时运行多个操作系统,而且每一个操作系统中都有多个程 序运行,每一个操作系统都运行在一个虚拟的CPU或者是虚拟主机上。
3.虚拟化的特征
虚拟化的特征
虚拟化技术的关键特征有四个:分区、隔离、封装、 独立性。
虚拟化的特征
分区
隔离
四个特征
封装
独立性
虚拟化的特征
(1)分区,通俗来说就是在同一物理服务器上运行多个虚拟机,可支持多个用 户操作系统。物理服务器上的CPU、内存、磁盘等资源是以可控的方式分配给各 个虚拟机的。
虚拟化起源
(1)半导体技术的发展。
当摩尔定律每18个月翻番的规律持续奏效的时候,我们知道这一定律迟早会终结。 但在摩尔定律尚未完全触碰到硅技术的物理极限前,单芯片的性能已经强大到过 剩了,换言之安迪-比尔定律里的比尔,已经无法完全吃掉安迪提供的性能了。
安迪-比尔定理(Andy and Bill’s Law)是对IT产业中软件和硬件升级换代关系的 一个概括。
存储虚拟化的思想是将资源的逻辑映像与物理存储分开,从而为系统和管理员提 供一幅简化、无缝的资源虚拟视图。
对于用户来说,虚拟化的存储资源就像是一个巨大的“存储池”,用户不会看到 具体的磁盘、磁带,也不必关心自己的数据经过哪一条路径通往哪一个具体的存 储设备。
存储虚拟化
从管理的角度来看,虚拟存储池是采取集中化的管理,并根据具体的需求把存储 资源动态地分配给各个应用。
原话是“Andy gives, Bill takes away.(安迪提供什么,比尔拿走什么。)” 安 迪指英特尔前CEO安迪·格鲁夫,比尔指微软前任CEO比尔·盖茨,这句话的意思 是,硬件提高的性能,很快被软件消耗掉了。
虚拟化起源
(2)能源网络等助攻因素。
相比半导体技术的飞速发展,电池技术的发展可以用龟速来形容。 而能源危机的阴影也时刻笼罩着这个世界,节能已经成了科技界的主旋律。 从能耗的管理来说,集约式地管理方式显然比各自为政式的管理更为高效。 而随着网络技术的快速发展,低功耗终端设备+大规模云计算的模式成为可能。
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