云计算与虚拟化技术 第2讲:虚拟化技术 阮晓龙 13938213680/rxl@hactcmeducn http://cloud.xg.hactcm.edu.c http://www.51xueweb.cn 问南中医药大学信息管理与信息系统教研室 信息技术学院网络与信息系统科研工作室
云计算与虚拟化技术 第2讲：虚拟化技术 阮晓龙 13938213680 / rxl@hactcm.edu.cn http://cloud.xg.hactcm.edu.cn http://www.51xueweb.cn 河南中医药大学信息管理与信息系统教研室 信息技术学院网络与信息系统科研工作室 2021.8
2 讨论提纲 ¤虚拟化技术概述 ¤架构模式 传统基础架构模式 ■虚拟基础架构模式 口服务器虚拟化 存储虚拟化 口网络虚拟化 口主流虚拟化产品 服务器虚拟化产品 ■桌面虚拟化产品 河南中医药大学/阮晓龙/13938213680/htp/ cloud xg. hactcm.edu.cn/htp//ww.51 ucweb.cn
河南中医药大学 / 阮晓龙 / 13938213680 / http://cloud.xg.hactcm.edu.cn / http://www.51xueweb.cn 讨论提纲 p 虚拟化技术概述 p 架构模式 n 传统基础架构模式 n 虚拟基础架构模式 p 服务器虚拟化 p 存储虚拟化 p 网络虚拟化 p 主流虚拟化产品 n 服务器虚拟化产品 n 桌面虚拟化产品 2
3 1虚拟化技术概述 1.1什么是虚拟化技术 ¤虚拟化技术( Virtualization)是伴随着计算机技术的产生而出现的, 在计算机技术的发展历程中一直扮演着重要的角色。 从20世纪50年代虚拟化概念的提出,到20世纪60年代BM公司在大型机上 实现了虚拟化的商用,从操作系统的虚拟化到ava语言虚拟机,再到目前 基于×86体系结构的服务器虚拟化技术的蓬勃发展,都为虚拟化这一看似 抽象的概念添加了极其丰富的内涵 河南中医药大学/阮晓龙/13938213680/htp/ cloud xg. hactcm.edu.cn/htp//ww.51 ucweb.cn
河南中医药大学 / 阮晓龙 / 13938213680 / http://cloud.xg.hactcm.edu.cn / http://www.51xueweb.cn 1.虚拟化技术概述 p 虚拟化技术（Virtualization）是伴随着计算机技术的产生而出现的， 在计算机技术的发展历程中一直扮演着重要的角色。 n 从20世纪50年代虚拟化概念的提出，到20世纪60年代IBM公司在大型机上 实现了虚拟化的商用，从操作系统的虚拟化到Java语言虚拟机，再到目前 基于x86体系结构的服务器虚拟化技术的蓬勃发展，都为虚拟化这一看似 抽象的概念添加了极其丰富的内涵。 3 1.1什么是虚拟化技术
1虚拟化技术概述 1.1什么是虚拟化技术 ¤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,是一种资源管理技术,是将计算机的各种实体资源。 如服务器、网络、内存及存储等,予以抽象、转换后呈现出来,打破实体 结构间的不可切割的障碍,使用户可以比原本的组态更好的方式来应用这 些资源。 河南中医药大学/阮晓龙/13938213680/htp/ cloud xg. hactcm.edu.cn/htp//ww.51 ucweb.cn
河南中医药大学 / 阮晓龙 / 13938213680 / http://cloud.xg.hactcm.edu.cn / http://www.51xueweb.cn 1.虚拟化技术概述 p 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。 n 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。 p 虚拟化，是一种资源管理技术，是将计算机的各种实体资源。 n 如服务器、网络、内存及存储等，予以抽象、转换后呈现出来，打破实体 结构间的不可切割的障碍，使用户可以比原本的组态更好的方式来应用这 些资源。 4 1.1什么是虚拟化技术
5 1虚拟化技术概述 1.1什么是虚拟化技术 ¤计算机系统是一个庞大的整体,整个系统非常复杂,因此计算机系统 被自下而上分为多个层次,每一个层次都像上一个层次呈现一个抽象, 并且每一层只需要知道下层抽象的接口,并不需要了解其内部机制。 ¤虚拟化技术就是下层的软件模块,根据上层软件模块的需求,抽象岀 ˆ个虚拟的软件或者硬件接口,使上一层软件可以运行在与自己所期 待的运行环境完全一致的虚拟环境上。 虚拟化可以发生在各个层次上。 口通常有四个层次的虚拟化。 HLL Environment DLL ABI DLL OS AI ISA Hardware 河南中医药大学/阮晓龙/13938213680/htp/ cloud xg. hactcm.edu.cn/htp//ww.51 ucweb.cn
河南中医药大学 / 阮晓龙 / 13938213680 / http://cloud.xg.hactcm.edu.cn / http://www.51xueweb.cn 1.虚拟化技术概述 p 计算机系统是一个庞大的整体，整个系统非常复杂，因此计算机系统 被自下而上分为多个层次，每一个层次都像上一个层次呈现一个抽象， 并且每一层只需要知道下层抽象的接口，并不需要了解其内部机制。 p 虚拟化技术就是下层的软件模块，根据上层软件模块的需求，抽象出 一个虚拟的软件或者硬件接口，使上一层软件可以运行在与自己所期 待的运行环境完全一致的虚拟环境上。 p 虚拟化可以发生在各个层次上。 p 通常有四个层次的虚拟化。 5 1.1什么是虚拟化技术
6 1虚拟化技术概述 1.1什么是虚拟化技术 ¤硬件抽象层上的虚拟化 通过虚拟硬件抽象层来实现虚拟机,为客户机操作系统呈现和物理硬件相同或相近 的硬件抽象层。 口操作系统层上的虚拟化 操作系统的内核可以提供多个互相隔离的用户态实例。 口库函数层上的虚拟化 ■通过虚拟化操作系统的应用级库函数的接口服务, 使得应用程序不需要修改,就可以在不同的操作 系统中无缝运行,从而提高系统间的互操作性。 HLL Language 编程语言层上的虚拟化 Environment DLL ABI ■编程语言层上的虚拟机称为语言级虚拟机,如丿M。 DLL OS AI 运行进程级作业,不针对硬件上存在的体系结构,而是 一个虚拟体系结构。 ISA Hardware 河南中医药大学/阮晓龙/13938213680/htp/ cloud xg. hactcm.edu.cn/htp//ww.51 ucweb.cn
河南中医药大学 / 阮晓龙 / 13938213680 / http://cloud.xg.hactcm.edu.cn / http://www.51xueweb.cn 1.虚拟化技术概述 p 硬件抽象层上的虚拟化 n 通过虚拟硬件抽象层来实现虚拟机，为客户机操作系统呈现和物理硬件相同或相近 的硬件抽象层。 p 操作系统层上的虚拟化 n 操作系统的内核可以提供多个互相隔离的用户态实例。 p 库函数层上的虚拟化 n 通过虚拟化操作系统的应用级库函数的接口服务， 使得应用程序不需要修改，就可以在不同的操作 系统中无缝运行，从而提高系统间的互操作性。 p 编程语言层上的虚拟化 n 编程语言层上的虚拟机称为语言级虚拟机，如JVM。 运行进程级作业，不针对硬件上存在的体系结构，而是 一个虚拟体系结构。 6 1.1什么是虚拟化技术
1虚拟化技术概述 1.1什么是虚拟化技术 ¤虚拟化使用软件的方法重新定义划分资源,可以实现资源的动态 分配、灵活调度、跨域共享,提高资源利用率,使「资源能够真正 成为社会基础设施,服务于各行各业中灵活多变的应用需求。 ¤虛拟化技术主要用来解决高性能的物理硬件产能过剩和老的旧的硬件 产能过低的重组重用,透明化底层物理硬件,从而最大化的利用物理 硬件,简单来说就是将底层资源进行分区,并向上层提供特定的和多 样化的执行环境。 虚拟机 虚拟机 应用程序 应用程序 AP抽象是 操作系统 操作系统 软件抽象后 软件抽象是 虚拟化层 硬件抽象后 硬件 河南中医药大学/阮晓龙/13938213680/htp/ ). cn
河南中医药大学 / 阮晓龙 / 13938213680 / http://cloud.xg.hactcm.edu.cn / http://www.51xueweb.cn 1.虚拟化技术概述 7 1.1什么是虚拟化技术 p 虚拟化使用软件的方法重新定义划分IT资源，可以实现IT资源的动态 分配、灵活调度、跨域共享，提高IT资源利用率，使IT资源能够真正 成为社会基础设施，服务于各行各业中灵活多变的应用需求。 p 虚拟化技术主要用来解决高性能的物理硬件产能过剩和老的旧的硬件 产能过低的重组重用，透明化底层物理硬件，从而最大化的利用物理 硬件，简单来说就是将底层资源进行分区，并向上层提供特定的和多 样化的执行环境
1虚拟化技术概述 1.1什么是虚拟化技术 □数据中心是云计算技术的核心,随着数据中心规模不断增大、成本逐 渐上升、管理日趋复杂。 ¤数据中心为运营商带来巨大利益的同时,也带来了管理和运营等方面 的重大挑战。 ■传统数据中心网络不能满足虚拟数据中心网络高速、扁平、虚拟化的要求。 传统数据中心采用的多种技术,以及业务之间的孤立性,使得数据中心网络结构复 杂,存在相对独立的三张网,包括数据网、存储网和高性能计算网,以及多个对外 /○接口。这些对外/○接口中,数据中心的前端访问接口通常采用以太网进行互连, 构成高速的数据网络。数据中心后端的存储则多采用NAS、FC-SAN等接口。服务 器的并行计算和高性能计算则需要低延迟接口和架构,如 infiniband接口。 以上这些因素,导致服务器之间存在操作系统和上层软件异构、接口与数据格式的 不统一等问题。 河南中医药大学/阮晓龙/13938213680/htp/ cloud xg. hactcm.edu.cn/htp//ww.51 ucweb.cn
河南中医药大学 / 阮晓龙 / 13938213680 / http://cloud.xg.hactcm.edu.cn / http://www.51xueweb.cn 1.虚拟化技术概述 8 1.1什么是虚拟化技术 p 数据中心是云计算技术的核心，随着数据中心规模不断增大、成本逐 渐上升、管理日趋复杂。 p 数据中心为运营商带来巨大利益的同时，也带来了管理和运营等方面 的重大挑战。 n 传统数据中心网络不能满足虚拟数据中心网络高速、扁平、虚拟化的要求。 n 传统数据中心采用的多种技术，以及业务之间的孤立性，使得数据中心网络结构复 杂，存在相对独立的三张网，包括数据网、存储网和高性能计算网，以及多个对外 I/O接口。这些对外I/O接口中，数据中心的前端访问接口通常采用以太网进行互连， 构成高速的数据网络。数据中心后端的存储则多采用NAS、FC-SAN等接口。服务 器的并行计算和高性能计算则需要低延迟接口和架构，如infiniband接口。 n 以上这些因素，导致服务器之间存在操作系统和上层软件异构、接口与数据格式的 不统一等问题
1虚拟化技术概述 1.1什么是虚拟化技术 口数据中心虚拟化 随着云计算的发展,传统的数据中心逐渐过渡到虚拟化数据中心,即采用 虚拟化技术将原来数据中心的物理资源进行抽象整合。 ■数据中心的虛拟化可以实现资源的动态分配和调度,提高现有资源的利用 率和服务可靠性;可以提供自动化的服务开通能力,降低运维成本;具有 有效的安全机制和可靠性机制,满足公众客户和企业客户的安全需求;同 时也可以方便系统升级、迁移和改造。 河南中医药大学/阮晓龙/13938213680/htp/ cloud xg. hactcm.edu.cn/htp//ww.51 ucweb.cn
河南中医药大学 / 阮晓龙 / 13938213680 / http://cloud.xg.hactcm.edu.cn / http://www.51xueweb.cn 1.虚拟化技术概述 9 1.1什么是虚拟化技术 p 数据中心虚拟化 n 随着云计算的发展，传统的数据中心逐渐过渡到虚拟化数据中心，即采用 虚拟化技术将原来数据中心的物理资源进行抽象整合。 n 数据中心的虚拟化可以实现资源的动态分配和调度，提高现有资源的利用 率和服务可靠性；可以提供自动化的服务开通能力，降低运维成本；具有 有效的安全机制和可靠性机制，满足公众客户和企业客户的安全需求；同 时也可以方便系统升级、迁移和改造
10 1虚拟化技术概述 1.1什么是虚拟化技术 口数据中心虚拟化 数据中心虚拟化是通过服务器虚拟化、存储虚拟化和网络虚拟化实现的。 ■服务器虛拟化在云计算中是最重要和最关键的,是将一个或多个物理服务 器虚拟成多个逻辑上的服务器,集中管理,能跨越物理平台而不受物理平 台的限制。 存储虚拟化是把分布的异构存储设备统-一为一个或几个大的存储池,方便 用户的使用和管理。 网络虚拟化是在底层物理网络和网络用户之间增加一个抽象层,该抽象层 向下对物理网络资源进行分割,向上提供虚拟网络。 河南中医药大学/阮晓龙/13938213680/htp/ cloud xg. hactcm.edu.cn/htp//ww.51 ucweb.cn
河南中医药大学 / 阮晓龙 / 13938213680 / http://cloud.xg.hactcm.edu.cn / http://www.51xueweb.cn 1.虚拟化技术概述 10 1.1什么是虚拟化技术 p 数据中心虚拟化 n 数据中心虚拟化是通过服务器虚拟化、存储虚拟化和网络虚拟化实现的。 n 服务器虚拟化在云计算中是最重要和最关键的，是将一个或多个物理服务 器虚拟成多个逻辑上的服务器，集中管理，能跨越物理平台而不受物理平 台的限制。 n 存储虚拟化是把分布的异构存储设备统一为一个或几个大的存储池，方便 用户的使用和管理。 n 网络虚拟化是在底层物理网络和网络用户之间增加一个抽象层，该抽象层 向下对物理网络资源进行分割，向上提供虚拟网络