云计算技术基础教程课件第3-4章

由虚拟化基础平台和云基础服务平台组成，主要负责硬件资源的虚拟化，
以及对虚拟资源、业务资源、用户资源的集中管理。
（4） Xen
Xen是一个开放源代码虚拟机监视器，是由英国剑桥大学计算机实验
室开发的一个虚拟化开源项目，它是一个基于X86架构开源虚拟化技术，
可以在一套物理硬件上安全的执行多个虚拟机。
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3.8 微服务
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3.1 虚拟化概述
3.1.2 虚拟化产生背景
1959 年 ， 在 国 际 信 息 处 理 大 会 上 ， 克 里 斯 托 弗 （ Christopher Strachey）发表《大型高速计算机中的时间共享》 （Time Sharing in Large Fast Computers）的学术报告，提出虚 拟化的概念。虚拟化技术由此萌芽。
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第三章 云计算与虚拟化技术
本章导读
计算机虚拟化，实质上就是一种计算机资源管理技术。通 过虚拟化技术，将一台或多台计算机的各种物理资源，如 CPU、内存、网络、磁盘及存储等进行抽象，统一形成逻辑 上的“计算资源池”、“存储资源池”、“网络资源池”。 虚拟机就是从这些资源池中动态申请虚拟CPU（vCPU）、虚 拟内存、虚拟I/O、虚拟网卡等虚拟资源而创建的一台逻辑 主机。
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3.2 虚拟化类型
根据虚拟化使用目的、应用领域和范围，可 以有多种虚拟化类型，分别对各种资源实现虚拟 化管理。
虚拟化对象主要包括对计算资源虚拟化、网 络虚拟化、存储虚拟化、桌面虚拟化以及应用虚 拟化。
虚拟化实现方式主要包括全虚拟化、半虚拟 化和硬件辅助虚拟化。
从主机系统虚拟化来划分，主要有寄居虚拟 化、裸金属虚拟化、操作系统虚拟化、函数库虚 拟化等类型。
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3.4 存储虚拟化
3.4.2 存储虚拟化分类
（1）对存储虚拟化在不同的位置上可以分为： 基于主机的虚拟化、基于存储设备的虚拟化、基于 存储网络的虚拟化。
（2）在不同的存储设备和数据组织层面上可以 分为:数据块虚拟化、磁盘虚拟化、磁带或磁带库 虚拟化、文件系统或者其它设备虚拟化。
（3）从存储虚拟化的拓扑结构来讲，有对称式 和非对称式两种。从虚拟化实现的方式也可分为带 内In-Band虚拟化和带外Out-of-Band虚拟化。
20世纪90年代，以VMware为代表的部分虚拟化软件厂商 采用一种软件解决方案，以虚拟机监视器（Virtual Machine Monitor，VMM）为中心，使X86架构的服务器平台实现虚拟 化，目前在X86构架中绝大多数处理器都支持虚拟化技术。如 今虚拟化技术已经得到了飞速发展，几乎所有云计算系统提 供商都开发了支持虚拟化技术的软件。
CDP以及远程数据复制、卷镜像、读写性能优化等高级功能。
（3）数据迁移/异构容灾
如果在传统的异构存储系统之间不能实现直接相互复制，必须依靠虚
拟化技术，数据迁移是企业存储系统中最具挑战的一种数据管理操作，尤
其是异构存储系统之间的数据迁移。
（4）软件定义存储
软件定义存储是虚拟化存储的另一种方式，利用分散的、低廉的X86架
6虚拟化的本质概括为： （1）在单一物理服务器上同时运行多个虚拟机。 （2）在同一服务器上的虚拟机之间相互隔离。 （3）整个虚拟机都保存在文件中，可以通过移动文件的方式来迁移该虚拟机 （4）无需修改即可在任何服务器上运行虚拟机。 虚拟化的优势表现在： （1）提高硬件利用率。 （2）降低能耗，绿色节能 。 （3）提高IT运维效率，系统管理人员减少 。 （4）操作系统和硬件的解耦。 但也因此会存在风险和问题： （1）虚拟化是对物理资源的再分配，如果虚拟机多了，可能会发生物理资源 争用问题 （2）引入虚拟化层之后，导致上层系统应用出错概率增加，从而导致故障排 查困难。当某台物理服务器宕机，影响到其上所有虚拟机中的业务使用。
备复杂性，在其上层增加一个管理层面，统一管理、调配这些物理资源， 使之更易于透明控制，有效简化基础设施的建设和管理，增加IT资源如服 务器、网络和存储等物理资源的利用率和使用效益。
虚拟化是对物理资源的逻辑表示，通过在物理硬件层之上添加虚拟化 层，将硬件层的资源抽象成虚拟资源，形成各类资源池，提供给上层操作 系统或应用使用，通过虚拟化层来屏蔽底层硬件差异所带来的影响。
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3.6 容器虚拟化
Docker是基于软件平台的容器引擎，又称为Container as a
Service（CaaS），它把应用程序运行所需要的环境打包放到隔 离的容器中，实现轻量级的操作系统虚拟化解决方案。
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3.7 虚拟化典型平台介绍
（1）Vmware VMware服务器虚拟化使企业的数据中心转变为灵活的云计算基础架 构，VMware vSphere是企业级虚拟化解决方案，它是构建云计算环境的基 础平台。
构的服务器磁盘，通过软件的方式，把存储资源进行再分配，构建分布式
存储系统，提高系统的兼容性、可扩展性，降低存储系统与硬件设备的依
赖。
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3.5 网络虚拟化
3.5.1 网络虚拟化内容
（1）虚拟机的虚拟网卡 数据包从虚拟机的虚拟网卡流出，通过Hypervisor内部的虚 拟交换机，再经过服务器的物理网卡流出到上联交换机。 （2）服务器到网络的连接即虚拟交换机 分为基于CPU技术实现的,，基于物理网卡技术实现的和基 于物理交换机技术实现的3种虚拟交换类型。 （3）硬件设备虚拟化 通过路由器集群技术和交换机堆叠技术，将多台物理机合 并成一台虚拟网络设备，实现跨设备链路聚合。 （4）虚拟网络 包括层叠网络、虚拟专用网络、数据中心使用较多的虚拟 二层延伸网络。
第三章
云 计算与虚拟化技术
Cloud Computing
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第三章 云计算与虚拟化技术
云计算故事----“分身术”
西游记中的孙悟空有个“分身术”的本领， 他从自己身上扯下一把毫毛，轻轻一吹，瞬间 变出数百个“孙悟空”，很是神奇吧。
在云计算系统中，也有一种如同孙悟空“分身术”本领的技术，那就 是“虚拟化”。随着计算机硬件技术的发展和配置的提升，大量的计 算机资源会出现利用率低的问题。同时，随着用户业务的扩展，每当 增加新的业务就需要采购新的设备，而且业务与硬件紧密耦合，既降 低了硬件资源的效能，又增加了建设投资和时间成本。如何在这些硬 件资源上实现业务的动态弹性扩展并提高资源的效益？那就是虚拟化 技术。该技术可以让一台主机“变出”多台虚拟主机，象物理主机一 样，可以在这些虚拟机上运行多种操作系统，实现在一台物理主机上 同时运行多台安装相同或不同操作系统的主机。
学习目标
✓ 理解什么是虚拟化以及虚拟化技术在云计算中的作用
✓ 掌握计算虚拟化的内容（计算资源池）以及实现方式
✓ 掌握存储虚拟化的内容（存储资源池）以及实现方式
✓ 掌握网络虚拟化的内容（网络资源池）以及实现方式
✓ 了解容器虚拟化、微服务、超融合等知识
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3.1 虚拟化概述
3.1.1 什么是虚拟化
虚拟化，从广义上来说，就是通过用映射或抽象的方式屏蔽物理设
如果物理机资源允许，在一台物理主机上可以创建多个虚 拟主机。用户如果后期业务需要扩张，则可直接通过创建虚 拟机的形式，完成新业务的部署和应用，可大大节省投资并 提高业务实施的效率。
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第三章 云计算与虚拟化技术
本章学习目标
虚拟化技术，云计算核心技术之一，把云系统中的各种
硬件资源进行虚拟化后，可以根据用户需求，实现资源动态 地弹性伸缩，提高资源利用率。借助云系统管理平台，可以 对这些虚拟资源进行管理和部署，简化了管理流程和维护工 作，并具有负载均衡、动态迁移、故障自动隔离、系统主备 自动切换、容灾、灾备等高可用性等特点。
（2）内存虚拟化
把物理机的真实物理内存统一管理，包装成多份虚拟的内存给 若干虚拟机使用。
（3）I/O虚拟化
VMM必须通过I/O虚拟化的方式来复用有限的外设资源。VMM 截获客户操作系统对设备的访问请求，然后通过软件的方式来模拟 真实设备的效果。
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3.4 存储虚拟化
3.4.1 什么是存储虚拟化
存储虚拟化（Storage Virtualization），通俗地 讲就是对各种存储硬件资源进行抽象化表现，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。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。
微服务以容器为架构、开发、部署，运维以DevOps为模 式，已经成为下一代PaaS的典型应用场景。
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3.5 网络虚拟化
3.5.2 软件定义网络
软件定义网络（Software Defined Network，SDN）是网
络虚拟化的一种实现方式。其核心技术OpenFlow通过将网络设 备的控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控 制，使网络作为管道变得更加智能，为核心网络及应用的创新 提供了良好的平台。
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3.2 虚拟化类型
（3）操作系统虚拟化
操作系统虚拟化指的是宿主机操作系统的内核提供多 个相互隔离的实例。这些实例并不是平常说的虚拟机，而 是容器（容器可以看作是一台真实的计算机，里面有自己 的独立文件系统、网络、系统设置、函数库等），该虚拟 化是由宿主机操作系统本身的内核提供的。
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3.2 虚拟化类型
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3.3 计算虚拟化
3.3.2 计算虚拟化资源类型
（1）CPU虚拟化
半虚拟化：是指VMM只模拟了部分硬件，是通过修改客户 机操作系统内核代码来解决虚拟化漏洞问题。 全虚拟化：是指VMM模拟了完整的底层硬件。 硬件辅助虚拟化：借助CPU专有技术的支持来实现高效的 全虚拟化，例如Intel-VT技术、AMD-V都是硬件辅助虚拟化 支持技术。