大学校园网络的设计与搭建@文献综述(虚拟化技术)

单位代码XX学号XXXXXX分类号XXXX密级文献综述虚拟化技术的总体综述院〔系〕名称XX学院专业名称计算机科学与技术学生姓名XX指导教师XXX2013年虚拟化技术的总体综述摘要随着我国新随着信息技术的快速开展，今天的趋势已经显而易见：计算无处不在，更强大也更便携，它不断帮助员工沉着应对新的机遇与挑战，进而显著的改良着业务能力。但与此同时，与之相伴的管理本钱和复杂性也前所未有的提升。对IT部门而言，其结果就是出现一系列相互矛盾的需求：敏捷度、易用性之于平安和法规遵从，性能之于本钱，创新之于可靠性和连续性，等等。在很多方面，目前IT专业人员所面临的最大挑战是解决内在的压力，并设法创立能够同时提供灵活度和控制能力的信息根底架构。为使这一切成为可能，原本用于隔离或解除捆绑计算资源关系的虚拟化技术，将被应用于计算堆栈中的每个层，从数据中心到桌面皆是如此。虚拟化是一个广义的术语，是指计算元件在虚拟的根底上而不是真实的根底上运行，是一个为了简化管理，优化资源的解决方案。如同空旷、通透的写字楼，整个楼层几乎看不到墙壁，用户可以用同样的本钱构建出更加自主适用的办公空间，进而节省本钱，发挥空间最大利用率。这种把有限的固定的资源根据不同需求进行重新规划以到达最大利用率的思路，在IT领域就叫做虚拟化技术。同时，虚拟化是支撑云计算伟大设想的最重要的技术基石。关键字：数据，虚拟化，云计算目录1前言11.1虚拟化技术简介11.1.1完全虚拟化介绍11.1.2准虚拟化简介21.1.3操作系统层化介绍21.1.4硬件助力软件介绍32虚拟化技术的优势与缺陷43虚拟准用效劳器的维护6结论7参考文献81前言在整个IT产业中，虚拟化是一个时兴的关键词，从桌面系统到效劳器、从存储系统到网络，虚拟化所能涉及的领域越来越广泛。通过虚拟化我们可以在同一台计算机上同时启动多个操作系统，每个操作系统上可以有许多不同的应用，多个应用之间互不干扰。虚拟化是指计算机元件在虚拟的根底上而不是真实的根底上运行。虚拟化技术可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程。CPU的虚拟化技术可以单CPU模拟多CPU并行，允许一个平台同时运行多个操作系统，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。似乎与所有颠覆性技术一样，效劳器虚拟化技术先是悄然出现，然后突然迸发，最终因为节省能源的合并方案而得到了认可。如今，许多公司使用虚拟技术来提高硬件资源的利用率，进行灾难恢复、提高办公自动化水平。有了虚拟化技术，用户可以动态启用虚拟效劳器(又叫虚拟机)，每个效劳器实际上可以让操作系统(以及在上面运行的任何应用程序)误以为虚拟机就是实际硬件。运行多个虚拟机还可以充分发挥物理效劳器的计算潜能，迅速应对数据中心不断变化的需求。虚拟化概念并不是新概念。早在20世纪70年代，大型计算机就一直在同时运行多个操作系统实例，每个实例也彼此独立。不过直到最近，软硬件方面的进步才使得虚拟化技术有可能出现在基于行业标准的群众化x86效劳器上。实际上，如的虚拟化解决方案种类繁多，有些是专有方案，而有些是开源方案。总的来说，各自都基于以下三种根本技术当中的一种，但哪种技术效果最好，这取决于要进行虚拟化处理的具体工作负荷以及优先业务目标。1.1虚拟化技术简介完全虚拟化介绍最流行的虚拟化方法使用名为hypervisor的一种软件，在虚拟效劳器和底层硬件之间建立一个抽象层。VMware和微软的VirtualPC是代表该方法的两个商用产品，而基于核心的虚拟机(KVM)是面向Linux系统的开源产品。hypervisor可以捕获CPU指令，为指令访问硬件控制器和外设充当中介。因而，完全虚拟化技术几乎能让任何一款操作系统不用改动就能安装到虚拟效劳器上，而它们不知道自己运行在虚拟化环境下。主要缺点是，hypervisor给处理器带来开销。在完全虚拟化的环境下，hypervisor运行在裸硬件上，充当主机操作系统;而由hypervisor管理的虚拟效劳器运行客户端操作系统。IBM也有自已的虚拟化产品，Z/VM。准虚拟化简介完全虚拟化是处理器密集型技术，因为它要求hypervisor管理各个虚拟效劳器，并让它们彼此独立。减轻这种负担的一种方法就是，改动客户操作系统，让它以为自己运行在虚拟环境下，能够与hypervisor协同工作。这种方法就叫准虚拟化(para-virtualization)。Xen是开源准虚拟化技术的一个例子。操作系统作为虚拟效劳器在Xenhypervisor上运行之前，它必须在核心层面进行某些改变。因此，Xen适用于BSD、Linux、Solaris及其他开源操作系统，但不适合对像Windows这些专有的操作系统进行虚拟化处理，因为它们无法改动。准虚拟化技术的优点是性能高。经过准虚拟化处理的效劳器可与hypervisor协同工作，其响应能力几乎不亚于未经过虚拟化处理的效劳器。准虚拟化与完全虚拟化相比优点明显，以至于微软和VMware都在开发这项技术，以完善各自的产品。操作系统层虚拟化介绍实现虚拟化还有一个方法，那就是在操作系统层面增添虚拟效劳器功能。SolarisContainer就是这方面的一个例子，Virtuozzo/OpenVZ是面向Linux的软件方案。就操作系统层的虚拟化而言，没有独立的hypervisor层。相反，主机操作系统本身就负责在多个虚拟效劳器之间分配硬件资源，并且让这些效劳器彼此独立。一个明显的区别是，如果使用操作系统层虚拟化，所有虚拟效劳器必须运行同一操作系统(不过每个实例有各自的应用程序和用户账户)。虽然操作系统层虚拟化的灵活性比拟差，但本机速度性能比拟高。此外，由于架构在所有虚拟效劳器上使用单一、标准的操作系统，管理起来比异构环境要容易。硬件助力软件介绍不像大型机，PC的硬件在设计时并没有考虑到虚拟化，而就在不久前，它还是完全由软件来承当这项重任。随着AMD和英特尔推出了最新一代的x86处理器，头一回在CPU层面添加了支持虚拟化的功能。遗憾的是，这两家公司的技术各自独立开发，这意味着它们的代码不相兼容。不过，硬件虚拟化支持功能让hypervisor从极其繁重的管理事务中脱离出来。这除了提高性能外，还有操作系统不用改动就能在准虚拟化环境下运行，包括Windows环境。CPU层虚拟化技术不会自动发挥作用。为了专门支持它，必须开发虚拟化软件。不过，因为这种技术的优点非常诱人，预计各种类型的虚拟化软件会源源不断地开发出来。2虚拟化技术的优势与欠缺效劳器虚拟化技术最显著的功能之一就是可以在主机集群内瞬间迁移虚拟机(VM)、减少效劳器或应用系统的停机时间。再次将阐述虚拟主机集群环境最重要的三个优缺点。效劳器虚拟化技术优点一：主动的风险回避。效劳器集群的最大优点是它可以主动将VM从一个主机迁移到另外一个主机。这样的话，就可以提高效劳器和应用系统的运行时间。在生产的环境中，当内存缺乏、CPU负载偏高或者虚拟主机遇到较高的I/O压力时，会收到警报。如果不能确定真正的原因或者系统需要重启，就可以主动将VM迁移到集群内的其他主机。如果这是一个单机，或者说，在主机重启期间，VM不可以关闭；如果重启之后，问题依然存在，就不得不延长VM的停机时间直到找到了问题的起因。但是，在虚拟主机集群中，VM就可以被迁移到其他的主机直到问题解决。效劳器虚拟化技术优点二：反响性容错。因为集群中的主机监控着所有VM的活动，因此，当一个节点失效时，失效节点的负载就会被指派到另外一个替代的主机。如果需要较长时间解决失效主机的故障，只要替代它的健康主机有足够的资源，VM就会正常工作。在生产环境中，如果一个主机失效，VM会自动迁移到另外一个节点。虽然迁移的过程并不平滑，但工作负载自动变化几乎没有停顿。效劳器虚拟化技术优点三：主动的管理。在一个7*24的组织中工作，打补丁和升级工作就必须采取非常严格的管理。正常情况下，协调1—2台物理主机的停机时间已经比拟困难，而要关闭位于同一个物理主机的30多个VM的复杂性就会呈指数增长。自从切换到单机之后，就不用担忧在每周的固定时间去升级虚拟主机。利用虚拟主机集群，当某个主机打补丁和重启的时候，其上的VM迁移到替代的主机。打完补丁，VM再迁移到原来的主机。这样，就允许我们在早上极短的时间内，不用停掉整个系统，完成集群的升级。虽然主机集群环境有令人瞩目的优点，但它同样存在一些实施和管理上的缺点。效劳器虚拟化技术缺点一：实施和配置的复杂性。配置复杂可能是集群的最大缺点。建立集群框架、管理主机间的连通性、配置共享存储都不是简单的任务，可能涉及到组织内部多个团队。你可能不害怕增加的复杂度，然而，很大程度上，都是技术性的工作；但是，随着复杂度的增加，你可能会遗漏某些东西从而影响系统的稳定性。效劳器虚拟化技术缺点二：更新和升级的不利因素。升级到更新版本的产品和硬件组件也可能引起困难。因为，虚拟主机集群连接多个系统，各组件间发生着大量的、复杂的交互。以更新主机上的多路径I/O(MPIO)驱动为例，该操作会影响整个集群。首先，它影响节点转移逻辑单元号(LUN)到其他节点的效率。同时，在更新MPIO驱动之前，集群中所有主机的HBA卡的Firmware都需要升级。如果FW不用升级，那也必须首先安装HBA卡的驱动。如果是单机，这可以通过1-2次重启解决。在集群环境中，协调多个虚拟主机效劳器那么较为困难。升级实际的虚拟主机软件一定是一个具有挑战性的任务，因为集群节点的交互以及不同软件版本支持。一般情况下，厂商会为这些复杂升级提供详细的、一步一步的操作操作指南;同时，大多数情况下，都会比拟顺利。效劳器虚拟化技术缺点三：集群本钱因素。本钱是另外一个主要的考虑因素。要实现一个虚拟主机集群环境，你需要复制局部根底架构并同时保持虚拟机与主机的比例。此外，大局部厂商的实现需要一个SAN或者独立的磁盘子系统。开源iSCSI或者廉价的磁盘阵列可能是个精明的选择，但这些选项可能存在性能和稳定性的问题。3虚拟专用效劳器的维护对于任何虚拟化环境来说，一个非常重要的方面是减少动态的和复杂的IT根底设施的管理和维护需求。另外，通过软件和工具实现的模式和技术都支持这些管理任务。这些模式和技术的组合可以实现以下功能：为IT根底设施中所有资源的管理访问提供单一且平安的接口，允许管理员对所有资源进行诊断，对所有资源进行配置和修改管理，发现并维护可用资源目录，监视资源并记录它们平时的健康状况，当某个条件到达已建立的上限值时，触发器就会执行相应操作；此时执行的操作可能包括通知管理员手工作出响应，也可能会根据正确的条件自动进行响应根据资源的使用情况、可用性和效劳级别要求提供资源或收回资源；资源的提供可以手工、半自动或根据建立好的策略自动完成获得并维护资源的使用和检测信息，并提供适当的报告，例如对资源消耗进行记录提供补充最终用户或应用程序平安性的平安机制，为满足最终用户和应用程序SLA而记录所有资源的性能信息。结论但是随着虚拟化的广泛使用，虚拟化架构开始凌驾于效劳器硬件之上，与数据中心中的其它硬件系统如网络，存储等开始出现矛盾。为了更好地实现虚拟化，虚拟架构需要重复其它硬件系统的功能，对虚拟化本身以及这些物理系统的功能扩展就做得很少了。复杂的架构会提高虚拟化的本钱。部署虚拟化最初的目的是增强效劳器功能，减少设备数量，简化管理，同时节约在效劳器，存储和网络上的消耗。但是，当架构的本钱提高时，再同时管理虚拟层和物理架构就会增加时间和本钱消耗。要开展虚拟化必须要找到更好的解决方案。下一代的虚拟化技术实现了蜕变，而且现在已经开始开展了。它可以把许多物理的，别离的系统整合到一个单一的架构中，实现完全的虚拟化。这几个月阅读了大量的文献资料，使我受益匪浅。我逐步把理论应用到了实践中去，对生产环境中所应用的技术有了一定了解，也锻炼了我的创新思维能力。同时使我对如何运用新技术有了更为深刻的了解，也为下一阶段的系统的开发和论文的撰写做好了充分的准备。参考文献[1]DianeTeare.CCNPROUTE(642-902)[M].Mechanicindustry：Press，2003.4.[2]Richard.CCNPSWITCH(642-813)[M].Mechanicindustry：Press，2003.4.[3]鸟哥.鸟哥的Linux私房菜效劳器架设篇[M].北京：人民邮电出版社，2023.6.[4]王利.数据库根底与应用[M].北京：中央播送电视大学出版社，1997.6.[5]萨师煊，王姗.数据库系统概述[M].北京：高等教育出版社，2000.11.[6]刘涛.小型网站建设技术[M].北京：中国铁道出版社，2006.11.[7]刘涛.小型网站建设技术[M].北京：中国