虚拟化技术概论
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主要内容
数据中心现状和趋势 虚拟化的定义 虚拟化的常见类型
服务器虚拟化关键技术
主流的虚拟化软件与虚拟化技术实践
传统数据中心的IT资源配置模式
-- “烟囱式”结构
部门A
应用1 应用2 部门B 应用3
部门Z 应用n
服务器1
服务器2
服务器3 。。。。。。。。。。。
服务器n
数据网络和存储网络 机房设施 3
主要内容
数据中心现状和趋势 虚拟化的定义 虚拟化的常见类型
服务器虚拟化关键技术
主流的虚拟化软件
虚拟化常见类型
虚拟化常见类型：基础设施 虚拟化、系统虚拟化、软件虚拟化。 基础设施虚拟化
网络虚拟化：将网络的硬件与软件资源整合，向用户提供虚拟网络连接的虚拟 化技术。分为虚拟局域网（VLAN)虚拟化和虚拟专用网（VPN)。 存储虚拟化：为物理的存储设备提供一个抽象的逻辑视图，用户可以通过这个 视图中的统一逻辑接口来访问被整合的存储资源。分为基于存储设备的存储虚 拟化（如磁盘阵列）和基于网络的存储虚拟化（如NAS, SAN)。
问题：
如何节省运营性支出把预算更多地 用于IT基础设施创新？
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数据中心的IT基础架构发展路径
三个阶段性步骤
数据 网络 存储 网络 服务器 互连 网络
应用系统
自动化
Dynamic Provisioning and Information Lifecycle Management (ILM) to Enable Business Agility
主流的虚拟化软件
VMWare: 不开源
•VMware-ESX-Server 可直接运行于硬件之上,不需要host OS 事实上是修改后的Linux内核 •VMware-WorkStation, VMware-GSX-Server
需要host OS
Xen:开源
Xen虚拟机即Xen VMM，是剑桥大学计算机实验室 开发的一个开源项目.
Business Policies On-Demand Service Oriented
计算资源
整合
Centralization and Standardization to Lower Costs, Improve Efficiency and Uptime 计算资源 网络资源 存储资源
网络资源
存储资源
非 根 模 式
2环
1环 操作系 统请求 会陷入 Hypervis or中， 没有二 进制转 换或半 虚拟化
0环
客户操作系统
根模 式
Hypervisor
硬件
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VMM的实现技术
CPU虚拟化 内存虚拟化 I/O虚拟化
主要内容
数据中心现状和趋势 虚拟化的定义 虚拟化的常见类型
服务器虚拟化关键技术
主流的虚拟化软件与虚拟化技术实践
LAN WAN MAN
存储 网络 智能化 信息网络 (IIN)
HPC 集群 网格
虚拟化
Management of Resources Independent of Underlying Physical Infrastructure to Increase Utilization, Efficiency and Flexibility
随需应变的数据中心
SCM供应链管理
LAN
ERP企业资源规划 CRM客户关系管理
WAN 互联网
非虚拟环境
技术孤岛 系统管理复杂 资源不共享
HP
架构庞大 难以配置新的工作量 僵化不灵活
SCM
ERP
CRM 虚拟环境
通用技术平台
易于系统管理 资源库共享 架构简单 易于配置新的工作量
App1
App2
数周
6 % 花费 ( 维护对创
新)
72% / 28%
App3
App4
通过VMware来进行服务器整合意味着客户能够将这样的环境…
…改造成这样简捷的配 置
没有利用VMware软件 之前是300台服务器
使用VMware软件后，整合 成8台服务器、一个机架
传统“烟囱式” 数据中心的缺陷
2环
1环
客户操作系统 操作系 统请求 的二进 制转换
0环
Hypervisor
硬件 26
3环
用户应用
泛虚拟化
使得虚拟机的操作系统仍然可以 运行在 0 环上，但是需要修改操 作系统的内核，把其中对特权指 令的调用都改成对 Hypervisor 的 调用，这种调用叫做Hypercall， 半虚拟化的典型代表是 Xen 。这 样，当在 0 环上的虚拟机的操作 系统调用特权指令的时候，会转 成 对 Hypervisor 的 Hypercall 调 用，依然是由 Hypervisor 来统一 的对系统硬件资源进行管理。
Cloud Computing Platform
CPU Pool
Storage Pool
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虚拟化技术发展
虚拟机技术出现于上世纪60年代 为了提高对珍贵的计算资源的利用率 促使虚拟机技术得到广泛的研究和应 用。
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到了80和90年代 多任务多用户操作系统的普及 以及硬件成本下降 使虚拟机技术无法发挥其优势 人们冷却了对它的研究热情2环1环 Nhomakorabea0环
半虚拟客户操作 系统 Hypervisor
通过 Hypercall 指令实现 特权操作
缺点：需要修改OS内核
硬件
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3环
用户应用
硬件辅助虚拟化
需要CPU 对虚拟化技术的支持。 除了0 环到3 环以外，CPU 额外 的多提供了一个环为 Hypervisor 专用，称为 -1 环。虚拟机的操作 系统仍运行在 0 环上，在操作系 统调用特权指令的时候，通过硬 件的机制将特权指令调用转到在 处在 -1环上的Hypervisor 上，由 Hypervisor 完成对硬件的统一管 理。 缺点：需要有硬件支持 ( 如 Intel VT, AMD SVM)
计算机系统
硬件级虚拟化
主要内容
数据中心现状和趋势 虚拟化的定义 虚拟化的常见类型
服务器虚拟化关键技术
主流的虚拟化软件与虚拟化技术实践
服务器虚拟化技术
便于管理; 提高利用率; 降低成本; 以技能为重点
只买需要的 简化环境 侧重于核心技能 提高业务变化的响应速度
DNS服务器 平均利用率10% ?
• 缺陷3：服务器数量和管理成本与应用数量呈线性关系，IT管理和成本压
力巨大
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资源利用率低下的原因
为应付少量峰值负载而过度配置服务器
需要的CPU数量
时间
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“冰山模式”
-- 传统数据中心的成本支出结构
看的见的花费：
30% 预算用于新基础设 施建设和新应用开发
看不见的花费：
70% 预算用于现有设施 维护和人员支出
软件虚拟化
高级语言虚拟化：解决的是可执行程序在不同体系结构计算机间迁移 的问题。由高级语言编写的程序将编译为标准的中间指令，这些指令 在解释执行或编译环境中被执行。（如Java虚拟机JVM) 应用程序虚拟化：将 应用程序与操作系统解耦合，为应用程序提供了 一个虚拟的运行环境，其中包括应用程序的可执行文件和它所需的运 行时环境。应用虚拟化服务器可以实时地将用户所需的程序组件推送 到客户端的应用虚拟化运行环境。(如VMWare ThinApp)
Xen虚拟机有两种运行方式： 完全虚拟化(Full virtualization） 半虚拟化(Para virtualization)
硬件对虚拟化的支持
INTEL VT系列
VT-x: Virtualization Technology for IA-32
处理器辅助虚拟化技术
VT-d: Virtualization Technology for Directed I/O
文件/打印服务器 平均利用率10% ? 电子邮件服务器 平均利用率10% ?
Web服务器 平均利用率10% ? 应用服务器 平均利用率 20% ?
DB®服务器 应用服务器 Web服务器 DNS服务器
防火墙 平均利用率10% ?
服务器 平均利用率10% ?
文件/打印 电子邮件
防火墙
虚拟化技术也是云计算的核心技术
传统数据中心架构面临的挑战
应用相关的架构层
Exchange
关键指标
1 资产利用率
2 < 20%
文件/打印
运营费用
~ $4,000/ 服务器/ 年
Web
CRM
3 高可用 / 容灾计划覆 < 10% 覆盖
盖 力 更
BI
商务应用
4 数据中心扩展的努 5 资源配置 / 移动 / 变
$ - 百万 时间: 数月/ 数年
VHCI 虚拟主机控制接口
VPN
虚拟服务器
虚拟存储
随需应变且灵活
主要内容
数据中心现状和趋势 虚拟化的定义 虚拟化的常见类型
服务器虚拟化关键技术
主流的虚拟化软件与虚拟化技术实践
虚拟化的定义
虚拟化本质：将原来运行在真实环境上的计算系统或组件运行在虚 定义 拟出来的环境中。
虚拟化是表示计算机资源的抽象方法，通过虚拟化 可以用与访问抽象前资源一致的方法访问抽象后的 真实计算模式 虚拟计算模式 资源。这种资源的抽象方法并不受实现、地理位置 或底层资源的物理配置的限制 (维基百科 ) APP APP APP APP APP APP
系统虚拟化
核心思想：使用虚拟化软件在一台物理机上虚拟出一台或多台虚拟机(VM)
PC/服务器虚拟化：系统虚拟化的最大价值所在。
桌面虚拟化：解决个人电脑的桌面环境（包括应用程序和文件等）与物理机 之间的耦合关系。经过虚拟化的桌面环境被保存在远程的服务器上，当用户 使用具有足够显示能力的兼容设备（比如PC, 智能手机等）在桌面环境上工 作时，所有的程序与数据都运行和最终保存在这个远程的服务器上。