虚拟化技术与云计算-第一讲-20110908培训讲学

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目录1.虚拟化的发展历程2.虚拟化的概念3.虚拟化的分类4.经典虚拟机5.虚拟化的一些误区6.虚拟化的发展前景

目录1.虚拟化的发展历程2.虚拟化的概念3.虚拟化的分类4.经典虚拟机5.虚拟化的一些误区6.虚拟化的发展前景虚拟化的发展历程历史上第一个虚拟机是1965年左右IBM公司开发的System/360Model40VM。计算资源昂贵，为了充分利用计算资源最早使用虚拟化技术的IBM7044计算机虚拟化的发展历程虚拟化技术真正成熟是在15年后的IBMVM/370系统中，以VM/370为代表的虚拟机和系统虚拟化技术完整的实现了虚拟机的思想。表现：用户能够运行当时流行的任何一种操作系统在20世纪80年代和90年代，由于个人计算机计算能力低下，虚拟化技术陷入低谷虚拟化的发展历程20世纪90年代后期开始，由于硬件水平的提高，RISC服务器与小型机成为了虚拟化技术第二波受益者。1997年，斯坦福大学开发的Disco系统，探索了在共享内存的大规模多处理器系统上运行普通的桌面操作系统。1998年，基于Disco系统的研究经验，著名的VMware公司诞生。通过运行在WindowsNT上的VMware来启动Windows95的做法让人们惊叹不已。1999年，IBM公司利用逻辑分区(LPAR)”技术，令单台服务器工作起来如同12个独立的服务器。2002年，IBM还更进一步，利用动态逻辑分区(DLPAR)技术，允许在无需重启系统的情况下，将包括处理器、内存和其它组件在内的系统资源分配给独立的分区。虚拟化的发展历程X86体系结构的先天设计，存在对虚拟化的支持缺陷。X86的四个特权级Kernel工作在最高优先级，即level0问题：GuestOS不能运行于Ring0，因为OS需要运行的某些Ring0特权指令将互相干扰虚拟化的发展历程在经典的CPU虚拟化模型中，CPU的虚拟化通常采用的是“特权解除”（PrivilegeDeprivileging）和“陷入-模拟”（trap-and-emulation）技术虚拟化的发展历程从体系结构本身入手，加入硬件支持2005年，Intel公布VT技术，接着AMD公布SVM技术至今，各个层次逐渐加入虚拟化的硬件支持，如针对I/O的VT-d技术，针对网卡的VMDq技术，SR-IOV技术等等

目录1.虚拟化的发展历程2.虚拟化的概念3.虚拟化的分类4.经典虚拟机5.虚拟化的一些误区6.虚拟化的发展前景虚拟化的概念虚拟化技术是一个广义的术语，是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行，是一个为了简化管理，优化资源的解决方案。本质：物理硬件与操作系统分开，提供更高的资源利用率和灵活性。虚拟机和虚拟机监控器传统IT架构传统架构示意图传统IT架构的问题传统架构面临的问题服务器性能没有得到充分利用;更换硬件或迁移应用，都要先停机物理硬件故障，应用随之崩溃操作系统崩溃，应用随之停止虚拟架构添加一个虚拟层单一物理硬件，可以对应多个操作系统一个操作系统崩溃，不会影响到另一个虚拟架构的特点虚拟架构的优点—应用和物理硬件都能够方便的添加或移除

目录1.虚拟化的发展历程2.虚拟化的概念3.虚拟化的分类4.经典虚拟机5.虚拟化的一些误区6.虚拟化的发展前景虚拟化的分类由解决x86体系缺陷的不同方法，分为以下三类：虚拟化技术全虚拟化（不修改GuestOS内核）半虚拟化（修改GuestOS内核）硬件虚拟化（硬件支持）虚拟化的分类全虚拟化VMM向虚拟机模拟出和真实硬件完全相同的硬件环境。优点：不用修改GuestOS内核缺点：hypervisor给处理器带来开销。代表产品：VMware；VirtualPC虚拟化的分类半虚拟化VMM需要操作系统的协助才能够完成对x86敏感特权指令的虚拟化。优点：性能高。能达到与原始系统相近的性能.缺点：

必须修改GuestOS代表产品：Xen；Denali虚拟化的分类硬件虚拟化VMM需要硬件的协助才能完成对硬件资源的虚拟。优点：也不用修改GuestOS内核缺点：需要硬件支持。代表技术：Intel-VT；AMD-VCPU虚拟化半虚拟化技术中的CPU虚拟化全虚拟化技术中的CPU虚拟化内存虚拟化问题：内存地址的层次由两层向三层的转变使得原来的内存管理单元（MMU）失去了作用，因为普通的MMU只能完成一次虚拟地址到物理地址的映射内存虚拟化MMU半虚拟化

修改guestos，让其页表为虚拟地址到机器地址影子页表 VMM中产生一个新的页表（影子页表），内容为虚拟地址到机器地址缺点：开销太大方法：1.只为当前进程的页表维护影子页表（切换开销大） 2.影子页表缓存技术 3.硬件支持：intel的虚拟处理器标识（VPIDs）和扩展页

技术（EPT）I/O虚拟化全虚拟化软件精确模拟与物理设备完全一样的接口，GuestOS驱动无须修改就能驱动这个虚拟设备半虚拟化修改GuestOS，前后端相互协作，提供更加高效的IO虚拟化硬件虚拟化直接将物理设备分配给某个GuestOS，由GuestOS直接访问I/O设备（不经过VMM）典型虚拟化技术的比较类别全虚拟化半虚拟化硬件虚拟化修改GuestOS无需修改需修改无需修改兼容性好差好性能差高一般（逐步改善）CPU虚拟化二进制代码翻译超级调用增加新指令内存虚拟化影子页表MMU半虚拟化影子页表I/O虚拟化设备模拟半虚拟化驱动设备模型（直接访问）3种虚拟化技术对比

目录1.虚拟化的概念2.虚拟化的发展历程3.虚拟化的分类4.经典虚拟机5.虚拟化的一些误区6.虚拟化的发展前景经典虚拟机VMwareVMwareESXServer3VMwareServerVMwareWorkstation 产品特点功能丰富配置和使用方便稳定,适合企业使用经典虚拟机MicrosoftVirtualPCVirtualServerWindowsServer2008产品特点与Windows操作系统结合的非常好经典虚拟机Xen

Xen是英国剑桥大学的一个研究项目，现在已经成为最著名的开源虚拟机监控器之一，有自己独立的社区产品特点可移植性非常强提供了接近于物理机性能经典虚拟机KVM

KVM（Kernel-BasedVirtualMachine）是与Xen齐名的一个开源虚拟机监控器。后来被集成到了Linux2.6.20内核中，成为内核的一部分产品特点与linux内核结合的非常好和xen一样，KVM的移植性也很好KVMXenVMware虚拟化方式全虚拟化半虚拟化，全虚拟化半虚拟化，全虚拟化与操作系统的关系Linux内核模块操作系统之上的模块操作系统之上的模块HostOSLinux（32位，64位）Linux,windows,Solaris,BSD(32位，64位)LinuxWindows（32位，64位）GuestOSLinux，windowsLinux，Windows，Solaris，BSDLinux，Windows使用架构和硬件平台X86，x86_64（Intel-VT/AMD-V）X86，x86_64，安腾，ARMX86，x86_64，安腾，ARM技术成熟度高速发展中，技术先进，是未来的发展趋势技术成熟，历史久远商业级的技术，技术成熟，稳定性高支持厂商Linux社区，Redhat，Ubuntu,Novell,IBMCitrix，Oracle，NovellEMC,VMware可管理性命令行模式，桌面模式命令行模式，桌面模式可视化的操作界面，简单易用企业级特性支持程度需企业自己开发，商业级的有Redhat的虚拟化产品需企业自己开发，商业级的有Citrix的XenServer功能性能最为强大，但价格昂贵

目录1.虚拟化的概念2.虚拟化的发展历程3.虚拟化的分类4.经典虚拟机5.虚拟化的一些误区6.虚拟化的发展前景虚拟化的误区误区1：服务器虚拟化会陷入多个鸡蛋放到一个篮子的尴尬误区2：动态在线虚拟机迁移可以跨越任何硬件平台误区3：Intel和AMD都开始在CPU级支持虚拟化，已不需要再购买虚拟化软件了误区4：虚拟化技术仍然不成熟，数据中心虚拟化还不能提上议事议程误区5：虚拟化由于引入了新的层次，会增加数据中心的管理难度虚拟化的误区误区1：服务器虚拟化会陷入多个鸡蛋放到一个篮子的尴尬误区2：动态在线虚拟机迁移可以跨越任何硬件平台误区3：Intel和AMD都开始在CPU级支持虚拟化，已不需要再购买虚拟化软件了误区4：虚拟化技术仍然不成熟，数据中心虚拟化还不能提上议事议程误区5：虚拟化由于引入了新的层次，会增加数据中心的管理难度虚拟化的误区误区1：服务器虚拟化会陷入多个鸡蛋放到一个篮子的尴尬误区2：动态在线虚拟机迁移可以跨越任何硬件平台误区3：Intel和AMD都开始在CPU级支持虚拟化，已不需要再购买虚拟化软件了误区4：虚拟化技术仍然不成熟，数据中心虚拟化还不能提上议事议程误区5：虚拟化由于引入了新的层次，会增加数据中心的管理难度虚拟化的误区误区1：服务器虚拟化会陷入多个鸡蛋放到一个篮子的尴尬误区2：动态在线虚拟机迁移可以跨越任何硬件平台误区3：Intel和AMD都开始在CPU级支持虚拟化，已不需要再购买虚拟化软件了误区4：虚拟化技术仍然不成熟，数据中心虚拟化还不能提上议事议程误区5：虚拟化由于引入了新的层次，会增加数据中心的管理难度虚拟化的误区误区1：服务器虚拟化会陷入多个鸡蛋放到一个篮子的尴尬误区2：动态在线虚拟机迁移可以跨越任何硬件平台误区3：Intel和AMD都开始在CPU级支持虚拟化，已不需要再购买虚拟化软件了误区4：虚拟化技术仍然不成熟，数据中心虚拟化还不能提上议事议程误区5：虚拟化由于引入了新的层次，会增加数据中心的管理难度

目录1.虚拟化的概念2.虚拟化的发展历程3.虚拟化的分类4.经典虚拟机5.虚拟化的一些误区6.虚拟化的发展前景虚拟化的发展前景快速部署以虚拟机为粒度的封装使得虚拟机运行环境的保存非常快捷。虚拟机快照虚拟机克隆虚拟机挂起虚拟化的发展前景未使用虚拟化使用虚拟化3-10天硬件采购20-40小时，为一台服务器安装操作系统和应用程序硬件上架及安装安装操作系统及补丁配置安全设施，域和用户权限配置网络配置存储必要的系统软件安装和配置应用软件测试15-30分钟，用模板和自部署向导或拷贝虚拟机，启动即可拷贝虚拟机，然后重新启动[工具已经安装][应用已经安装，配置完成]正常运行虚拟化的发展前景兼容遗留软件

在新硬件平台基础上实现一个遗留硬件环境遗留软件兼容上的应用虚拟化的发展前景系统整合多个物理服务器合并到少数几个计算机上，降低成本应用到嵌入式领域，使原本不支持多核平台的实时操作系统通过与通用操作系统整合，来充分的利用多核资源系统整合上的应用虚拟化的发展前景整合前整合后服务器1000台80台存储270TBDAS140TBSAN和DAS网络3000个电缆端口300个电缆端口设备200个服务器机架400个电源开关10个服务器机架20个电源开关客户示例：北美公共设施公司硬件成本：数据中心空间、电力和制冷成本节省70-80%；2年节省800 万美元运营效率：服务器重建和应用程序载入时间从20-40小时缩短到15-30 分钟；每年节省10000工时。虚拟化的发展前景系统隔离

将不安全任务和安全任务分离，独自运行在不同的虚拟机中

安全隔离上的应用灾难恢复传统灾难恢复虚拟技术缓慢快速不可靠可靠昂贵低成本虚拟化的发展前景云计算的基石一方面是通过虚拟化可以解决数据中心资源的整合问题，在整合过程中对计算，存储等各种资源进行标准化；另一方面是通过虚拟化将资源切割为更小的可以更好调度的资源单位，以达到调度过程中充分利用硬件资源的能力。云计算

目录1.云计算的概念2.云计算的发展历程与现状3.云计算的特征4.云计算的主要应用形式5.云计算的核心技术6.典型的云计算平台与云应用7.云计算的发展前景

目录1.云计算的概念2.云计算的发展历程与现状3.云计算的特征4.云计算的主要应用形式5.云计算的核心技术6.典型的云计算平台与云应用7.云计算的发展前景云计算的概念云计算是一种能够将动态伸缩的虚拟化资源通过互联网以服务的方式提供给用户的计算模式，用户不需要知道如何管理那些支持云计算的基础设施（维基百科）云计算是一种通过网络连接来获取软件和服务的计算模式，云计算使得用户可以获得使用超级计算机的体验，用户通过笔记本电脑与手机上的瘦客户端接入云中获取需要的资源（W）云计算既指在互联网上以服务形式提供的应用，也指在数据中心中提供这些服务的硬件和软件（加州大学伯克利分校）云计算是一种共享的网络交付信息服务的模式，云服务的使用者看到的只有服务本身，而不用关心相关基础设施的具体实现（IBM）云计算的概念观念的转变：从“购买产品”到“购买服务”传统模式云计算购买硬件基础设施购买软件的许可证专门的人员维护企业规模扩大，升级软硬件设施不常用的收费软件也需购买租用租用不需维护人员租用租用部署一套IT系统云计算的演进网格计算利用并行计算

解决大问题Globusalliance

使其成为主流公共计算将计算资源作

为可计量的服

务提供于上世纪90年

代末推出将软件作为服务基于网络预订应

用程序于2001年推出云计算下一代的因特

网计算下一代的数据

中心云计算的演进云计算的演进云计算正是这些传统计算机和网络技术发展融合的产物。

目录1.云计算的概念2.云计算的发展历程与现状3.云计算的特征4.云计算的主要应用形式5.云计算的核心技术6.典型的云计算平台与云应用7.云计算的发展前景云计算的发展历程2006年8月9日，Google首席执行官埃里克·施密特（EricSchmidt）在搜索引擎大会（SESSanJose2006）首次提出“云计算”（CloudComputing）的概念。2007年10月，Google与IBM开始在美国大学校园，包括卡内基美隆大学、麻省理工学院、斯坦福大学、加州大学柏克莱分校及马里兰大学等，推广云计算的计划。2008年7月29日，雅虎、惠普和英特尔宣布一项涵盖美国、德国和新加坡的联合研究计划，推出云计算研究测试床，推进云计算。2010年3月5日，Novell与云安全联盟（CSA）共同宣布一项供应商中立计划，名为“可信任云计算计划（TrustedCloudInitiative）”云计算的现状云计算的现状国外中国IBM：蓝云计划Google：google云平台微软：Azure云平台亚马逊：弹性计算机云Vmware：开放式云平台北京：祥云计划上海：云海计划广州：天云计划重庆：云端计划

目录1.云计算的概念2.云计算的发展历程与现状3.云计算的特征4.云计算的主要应用形式5.云计算的核心技术6.典型的云计算平台与云应用7.云计算的发展前景云计算服务的外部特征按需服务弹性网络依存性可计量云计算服务的内部特征人员管理岗位结构人员技能服务层运维管理层采集控制层资源池化多租户技术计量技术监控技术调度技术安全保障技术计算资源存储资源网络资源支撑环境人员要素流程要素技术要素资源要素云计算的特征

硬件和软件都是资源，通过互联网以服务的方式提供给用户AmazonEC2将计算处理能力打包为资源提供给用户GoogleAppEngine将从设计开发到部署实施Web应用所需的软件、硬件平台一起打包提供给用户云计算的特征这些资源都可以根据需要进行动态扩展和配置AmazonEC2可以在极短的时间内为华盛顿邮报社初始化200台虚拟服务器的资源，并在9小时的任务完成后快速地回收这些资源云计算的特征

这些资源在物理上以分布式的共享方式存在，但最终在逻辑上以单一整体的形式呈现最终用户并不知道也不关心某一次科学运算运行在哪台服务器上云计算中分布式的资源向用户隐藏了实现细节，并最终以单一整体的形式呈现给用户

云计算的特征用户按需使用云中的资源，按实际使用量付费，而不需要管理它们例子：华盛顿邮报社为尽快完成档案的转换任务，使用了200台虚拟服务器，并为其所获得的1407小时机时支付了144.62美元

目录1.云计算的概念2.云计算的发展历程与现状3.云计算的特征4.云计算服务的主要模式5.云计算的核心技术6.典型的云计算平台与云应用7.云计算的发展前景内部特征、服务形态、外部特征人员技术资源流程IaasSaasPaas按需网络计量弹性云计算的主要应用形式云计算SaaSPaaSIaaS网络营销与后端管理软件的整合管理软件的工具化B2B，B2C的应用SNS平台网游运营平台云计算运营平台基于云计算的第三方数据中心云计算的主要应用形式软件即服务（SaaS）

SaaS服务提供商将应用软件统一部署在自己的服务器上，用户根据需求通过互联网向厂商订购应用软件服务，服务提供商根据客户所定软件的数量、时间的长短等因素进行收费，并且通过浏览器向客户提供软件的模式。优势：较低的前期成本，便于维护，快速展开使用例子：GoogleDocs；GoogleApps；ZohoOffice；Gmail

Justrunitforme!云计算的主要应用形式平台即服务（PaaS）

这是一种分布式平台服务，厂商提供开发环境、服务器平台、硬件资源等服务给客户，用户在其平台基础上定制开发自己的应用程序并通过服务器和互联网传递给其它客户。优势：能够给企业或个人提供研发的中间件平台等服务例子：GoogleAppEngine；Salesforce的平台；八百客的800APP

GivemeniceAPIandtakecareoftheimplementation云计算的主要应用形式基础设施即服务（IaaS）

把厂商的由多台服务器组成的“云端”基础设施，作为计量服务提供给客户。优势：用户按需租用相应计算能力和存储能力，大大降低了硬件开销例子：AmazonWeb服务（AWS）；IBM的BlueCloud等

Whybuymachineswhenyoucanrentcycles?三种模式的层次关系

目录1.云计算的概念2.云计算的发展历程与现状3.云计算的特征4.云计算的主要应用形式5.云计算的核心技术6.典型的云计算平台与云应用7.云计算的发展前景云计算的核心技术编程模型MapReduce海量数据分布存储技术GoogleFileSystem（GFS）

海量数据管理技术

BigTable(BT)虚拟化技术

云计算平台管理技术安全管理云计算标准云计算的核心技术编程模型MapReduce海量数据分布存储技术GoogleFileSystem（GFS）

海量数据管理技术

BigTable(BT)虚拟化技术

云计算平台管理技术安全管理云计算标准云计算的核心技术MapReduce出现的必要性海量数据的并行计算、分发执行、错误处理使得计算复杂化MapReduce的优势简单可模型化扩展性云计算的核心技术编程模型MapReduce海量数据分布存储技术GoogleFileSystem（GFS）

海量数据管理技术

BigTable(BT)虚拟化技术

云计算平台管理技术安全管理云计算标准Howmuchdata?Googleprocesses20PBaday(2008)“allwordseverspokenbyhumanbeings”~5EBWebsites2.5*10^9Informationcreatedineverytwodays=allinformationfromcivilizationuptotheyearof2003CERN’sLHCwillgenerate10-15PBayear640K

oughttobeenoughforanybody.云计算的核心技术GoogleFileSystem（GFS）

为了满足Google迅速增长的数据处理需求与传统文件系统的区别组件失效不再被认为是意外，而是被看做正常的现象设计预期和参数，例如I/O操作和块尺寸都要重新考虑。在Google大部分文件的修改，不是覆盖原有数据，而是在文件尾追加新数据。应用程序和文件系统API的协同设计提高了整个系统的灵活性。

云计算的核心技术编程模型MapReduce海量数据分布存储技术GoogleFileSystem（GFS）

海量数据管理技术

BigTable(BT)虚拟化技术

云计算平台管理技术安全管理云计算标准云计算的核心技术BigTable（BT）

BT是建立在GFS,Scheduler,LockService和MapReduce之上的一个大型的分布式数据库，与传统的关系数据库不同，它把所有数据都作为对象来处理，形成一个巨大的表格特点：提供了灵活高效的服务数据大小不同（从URL到网页到卫星图象）反应速度不同（从后端的大批处理到实时数据服务）云计算的核心技术编程模型MapReduce海量数据分布存储技术GoogleFileSystem（GFS）

海量数据管理技术

BigTable(BT)虚拟化技术

云计算平台管理技术安全管理云计算标准云计算的核心技术编程模型MapReduce海量数据分布存储技术GoogleFileSystem（GFS）

海量数据管理技术

BigTable(BT)虚拟化技术

云计算平台管理技术安全管理云计算标准安全管理物理安全网络安全主机安全应用安全数据安全云计算的核心技术编程模型MapReduce海量数据分布存储技术GoogleFileSystem（GFS）

海量数据管理技术

BigTable(BT)虚拟化技术

云计算平台管理技术安全管理云计算标准云安全包括云计算可信体系架构（保证资源的安全共享）云计算环境下监管与企业信息风险管理虚拟化跨边界数据流的安全策略研究数据生命周期管理云用户的身份认证体系结构适应云计算环境的访问控制策略云计算的核心技术编程模型MapReduce海量数据分布存储技术GoogleFileSystem（GFS）

海量数据管理技术

BigTable(BT)虚拟化技术

云计算平台管理技术安全管理云计算标准云计算标准的目标

实现云的可移植性(Portability)、可互操作性(Interoperability)和安全性(Security)云计算标准包括基础标准关键技术及产品标准测评标准运营标准安全标准

目录1.云计算的概念2.云计算的发展历程与现状3.云计算的特征4.云计算的主要应用形式5.云计算的