云计算课件：2-虚拟化关键技术

1、虚拟化的关键技术虚拟化的关键技术虚拟化技术给数据中心管理带来的优势：提升基础设施利用率，减少运营开销成本通过整合应用栈和即时应用镜像部署可实现业务管理的高效敏捷虚拟化三个重要阶段：3.1 创建虚拟化解决方案虚拟化解决方案的创建由服务提供商和服务集成商完成虚拟化解决方案是由一系列虚拟镜像或虚拟器件组成创建基本的虚拟镜像创建、组装、发布虚拟器件镜像管理物理机环境到虚拟机环境的转换3.1.1 创建基本虚拟镜像虚拟机通过虚拟化软件套件模拟的、具有完整硬件功能的、运行在一个隔离环境中的逻辑计算机系统客户操作系统虚拟机里的操作系统虚拟镜像虚拟机的存储实体，它通常是一个或多个文件，包括虚拟机的配置信息和磁盘

2、数据，还可能包括内存数据基本概念使用场景：开发和测试环境虚拟镜像类型停机状态下创建的镜像运行状态下快照镜像3.1.1 创建基本虚拟镜像最基本的虚拟镜像的流程创建虚拟机安装操作系统关停虚拟机在虚拟化管理平台上选择虚拟机类型，并设定虚拟硬件参数选择客户机操作系统并安装关停虚拟机，保存生成的虚拟机镜像和配置文件3.1.2 创建虚拟器件镜像计算机器件和虚拟器件计算机器件具有特定功能和有限的配置能力的计算设备硬件防火墙、家用路由器虚拟器件服务器虚拟化技术和计算机器件技术结合的产物包括了预安装、预配置的操作系统、中间件和应用的最小化的虚拟机3.1.2 创建虚拟器件镜像虚拟器件应用场景软件发布：将成为最普及

3、的软件和服务的发布方式复杂的企业级虚拟化解决方案需要多个虚拟器件组合，考虑各个虚拟器件的关联关系需对多个虚拟器件组成的复杂虚拟化解决方案进行预先规划通过元数据配置和脚本来实现虚拟器件的高度灵活性和模块化3.1.2 创建虚拟器件镜像虚拟器件创建流程图3.1.2 创建虚拟器件镜像：分析调研开始调研、分析解决方案的模块组成例：LAMP解决方案、IHS-WAS-DB2解决方案3.1.2 创建虚拟器件镜像：分析调研分层分类：将不同层次或类型的支撑模块安装到不同的虚拟器件之上考虑支撑模块和操作系统之间的兼容性和配置优化整个解决方案的联调：对网络参数、安全参数进行配置、优化3.1.2 创建虚拟器件镜像：测试

4、和验证编写配置脚本虚拟器件的软件栈：创建器件时配置成最优的固定值中间件和模块：编制脚本进行配置,根据部署时输入参数完成测试验证确定配置参数及脚本调用顺序单元测试检验单个脚本的正确性集成测试模拟脚本执行的顺序来逐一测试脚本3.1.2 创建虚拟器件镜像:制作虚拟器件第一步创建虚拟镜像第二步分别在虚拟镜像中安装和优化服务解决方案所需的中间件和支撑模块第三步安装配置脚本。并且配置相应的脚本执行逻辑和参数，从而使得脚本在虚拟器件的启动、配置过程中能够按照一定的顺序执行3.1.3 发布虚拟器件镜像各大厂商的虚拟器件产品接口规范、操作模式互不兼容需要统一的标准明确接口规范,提高互操作性，规范虚拟器件的组装和

5、发布过程3.1.3 发布虚拟器件镜像DMTF（Distributed Management Task Force）制定了开放虚拟化格式（Open Virtualization Format , OVF）OVF应用Vmware vsphere支持Xenserver支持Hyper-V不支持3.1.3 发布虚拟器件镜像OVF三类关键格式虚拟器件模板和由虚拟器件组成的解决方案模板的OVF描述文件虚拟器件的发布格式OVF包（OVF Package）虚拟器件的部署配置文件（OVF Environment）3.1.3 发布虚拟器件镜像每个虚拟化解决方案都能通过一个OVF文件来描述OVF描述文件的实例结构3.

6、1.3 发布虚拟器件镜像OVF格式采用标准XML格式可描述单个虚拟器件可描述多个虚拟器件组成的解决方案包含各个虚拟器件之间的关联关系、配置属性和启动的先后顺序3.1.4 管理虚拟器件镜像镜像文件管理目标：保证镜像文件能够被快速检测到尽量减小公共仓库的磁盘使用量能够对镜像镜像版本控制3.1.4 管理虚拟器件镜像解决方法：对镜像文件的元数据信息和文件内容分别存储元数据包括文件的大小、文件名、创建日期、修改日期、读写权限、指向文件内容的指针等镜像文件采用切片的方式进行存储，每个文件对应一个标识符和文件内容摘要；在镜像文件的元数据中记录镜像文件对应的各个文件片3.1.4 管理虚拟器件镜像虚拟镜像获取流

7、程选择虚拟器件的名称或标识符，以及虚拟的版本号系统根据虚拟器件名称或标识符，找到对应的元数据描述文件系统根据版本号，在元数据中找到对应版本信息根据元数据中的文件切片信息，从文件切片库中找到对应切片根据元数据中切片顺序，对文件进行拼接将组装好的虚拟器件镜像文件包返回给用户3.1.5 迁移到虚拟化环境传统物理服务器上的服务迁移面临很大风险虚拟化的辅助技术P2V（Physical to Virtual）P2V就是物理到虚拟，它是指将操作系统、应用程序和数据从物理计算机的运行环境迁移到虚拟环境中3.1.5 迁移到虚拟化环境P2V 迁移过程：制作物理机的镜像替换镜像中与特定硬件设备相关的驱动定制配置，生

8、成能够让虚拟机监视器识别的配置文件P2V:捕捉物理系统的所有硬件配置、软件配置、磁盘内容，并对客户环境定制化相关的配置参数进行抽象,打包成镜像和相关配置文件。3.2 部署虚拟化解决方案部署虚拟化解决方案步骤规划部署环境部署虚拟器件激活虚拟器件3.2.1 规划部署环境构建虚拟化环境的三个步骤：投资回报分析资源规划虚拟化平台厂商及产品的选择结合服务器硬件性能和虚拟化软件考察数据中心的整体虚拟化能力研究如何把虚拟器件组成的解决方案部署在虚拟化环境中，合理分配资源, 保证资源的高效利用Vmware ESX, CITRIX XenServer , Microsoft Hyper-V3.2.2 部署虚拟器

9、件部署虚拟器件虚拟机实例化的阶段部署虚拟器件的流程：3.2.2 部署虚拟器件使虚拟器件适应新的虚拟化环境,并将承载的解决方案交付给用户选择虚拟器件并定制化用户选择需要部署的虚拟器件，并输入配置参数保存定制化参数文件定制化文件保存为两个文件一个文件保存虚拟机的硬件配置信息，用于被虚拟化平台调用来启动虚拟机另一个文件保存的是对于虚拟器件内的软件进行定制的信息3.2.2 部署虚拟器件选择部署的目标物理机服务器目标机满足：网络畅通、足够的磁盘空间、物理资源满足虚拟机硬件资源需求、平台与器件的格式兼容拷贝虚拟器件的相关文件虚拟器件镜像较大，部署时间的瓶颈在于传输所消耗的时间镜像流技术快照技术3.2.2

10、部署虚拟器件在目标机上启动部署后的虚拟器件将OVF Environment文件打包成ISO文件修改虚拟器件配置文件创建虚拟磁盘项在虚拟机管理平台上注册虚拟器件信息启动虚拟器件3.2.3 激活虚拟器件虚拟器件的激活在虚拟器件内部读取OVF Environment文件的信息，根据这些信息对虚拟器件内的软件进行定制激活方式：安全手动激活基于脚本的激活单个虚拟器件的自动激活组成解决方案的多个虚拟器件的协同激活3.3 管理虚拟化解决方案数据中心的管理需要资源的自动化调度和与业务相关的智能需要单个业务能够自治管理也需要负责全局控制和协调的中心节点对数据中心的业务和资源进行统一监控、管理和调度通过虚拟化平台

11、的管理功能实现对虚拟机的管理通过虚拟器件内的管理模块实现对解决方案的管理3.3 管理虚拟化解决方案虚拟化环境：监测宿主机,监测虚拟机的资源使用情况、业务访问量, 根据监测结果进行资源管理和调度虚拟化器件管理阶段的关键技术集中监控快捷管理动态优化高效备份3.3.1 集中监控监控虚拟化环境中的资源及运行在虚拟器件上的解决方案数据中心的管理平台在监控方面做到：能够集中监控数据中心的所有资源监控各资源的总量、使用情况、性能和健康状况监控各个物理机上的虚拟机的拓扑结构图以及虚拟机和物理机的位置关系能够集中监控所有虚拟器件上运行的解决方案的状态和流程让用户实时跟踪解决方案在部署运行期间的状态和流程的实时情

12、况3.3.2 快捷管理管理指令主要针对三种类型的实体：基础设施虚拟机虚拟器件内的应用、软件、解决方案简化管理:管理操作的简化、流程化、自动化虚拟器件内部应用的简化管理：借助于虚拟器件内部的管理模块物理机和虚拟机的简化管理：能够与各种物理机、虚拟机平台进行通信，发出指令通用API:得到物理机资源状况、开关虚拟机、监控虚拟机状态和资源使用情况、调整虚拟机资源，虚拟机实时迁移3.3.3 动态优化动态资源优化在虚拟化环境中，根据应用、服务负载的变化为其所在的虚拟机及其所在的虚拟机及时、有效地分配虚拟化环境中的资源,保证既不会因为资源缺乏而影响业务系统运行，也不会造成严重的资源浪费需要了解各个应用、服务

13、可能的负载量，并根据一定的法则映射为物理资源类型和数量运行时监测性能数据，预测业务变化趋势，进行资源分配决策3.3.3 动态优化动态优化技术两只“眼睛”从虚拟化平台的角度进行资源监测，了解虚拟环境下各资源总数量和剩余数量从应用、服务的角度进行监测，了解各资源的使用情况两只“手”宏观调整：打开或关闭服务器或利用实时迁移技术移动虚拟机微观调整：负责调整某个服务、应用所在部分或全部虚拟机的计算资源一个“大脑”具备性能分析预测、进行资源动态规划和输出调度结果的算法3.3.3 动态优化动态优化调度算法：在决策空间中的搜索算法需要考虑的因素服务级别协定(SLA)负载的变化规律合理设定资源池资源消耗互补构成

14、集群系统的虚拟机分开放置适量后备资源3.3.3 动态优化实时迁移技术：根据业务量的变化实时调整虚拟机所占用的资源XEN平台实时迁移:前提是虚拟机通过网络方式启动Vmware VMotion:VMFS集群文件系统,允许多个ESX Server同时访问镜像IBM实时分区迁移(LPM)3.3.4 高效备份传统数据中心的备份技术已十分成熟虚拟化平台下数据备份的问题：大量具备高度相似内容的虚拟机镜像并存有些虚拟化平台采用私有的文件系统格式采用多种虚拟化平台时，需要考虑虚拟平台的异构性和多样性多个虚拟器件才能承载单一解决方案，虚拟器件可能分布在多个虚拟化平台上虚拟机可以实时迁移3.3.4 高效备份虚拟化平台下，主流的备份机制：虚拟机上的备份沿袭传统备份方法,在虚拟机上安装和物理服务器上一样的备份代理软件优点：最大限度兼容传