虚拟化技术与云计算-第一讲-20110908培训讲学.ppt
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1、虚拟化技术与云计算-第一讲-20110908Gartner ReportTop 10 Strategic Technology Areasfor 2009 1.Virtualization2.Cloud Computing3.Servers:Beyond Blades4.Web-Oriented Architectures5.Enterprise Mashups6.Specialized Systems7.Social Software and Social Networking8.Unified Communications9.Business Intelligence10.Green In
2、formation TechnologyTop 10 Strategic Technology Areas for 20101.Cloud Computing 2.AdvancedAnalytics3.Client Computing 4.IT for Green5.Reshaping the Data Center6.Social Computing7.Security Activity Monitoring 8.Flash Memory9.Virtualization for Availability10.MobileApplicationsTop 10 Strategic Technol
3、ogy Areas for 20111.Cloud Computing 2.Mobile Applications and Media Tablets3.Social Communications and Collaboration4.Video5.Next Generation Analytics 6.Social Analytics7.Context-Aware Computing 8.Storage Class Memory9.Ubiquitous Computing10.Fabric-Based Infrastructure and Computers课程的目的课程的目的了解虚拟化与云
4、计算的概念了解虚拟化与云计算的出现背景了解虚拟化与云计算的主要应用了解虚拟化与云计算的典型产品了解虚拟化与云计算的发展趋势课程的相关性课程的相关性虚拟化技术与云计算编译技术体系结构数据库系统芯片设计与测试人机交互网格计算算法与复杂性网络安全虚拟化技术 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/360 Model 40VM。
5、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IBM 7044 计算机虚拟化的发展历程虚拟化的发展历程虚拟化技术真正成熟是在15年后的IBM VM/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
6、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Windows NT上的VMware来启动Windows 95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level 0问题:Guest
7、OS不能运行于Ring 0,因为 OS 需要运行的某些 Ring 0 特权指令将互相干扰虚拟化的发展历程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”(Privilege Deprivileging)和“陷入-模拟”(trap-and-emulation)技术虚拟化的发展历程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
8、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传统IT架构架构传统架构示意图传统传统IT架构的问题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特点虚拟架构的优点
9、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;Virtual PC虚拟化的分类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
10、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内存虚拟化MMU半虚拟化修改guest os,让其页表为虚拟地址到机器地
11、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,Guest OS 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 Guest OS,由 Guest OS 直接访问I/O 设备(不经过 VMM)典型虚拟化技术的比较典型虚拟化技术的比较类别类别全虚拟化全虚拟
12、化半虚拟化半虚拟化硬件虚拟化硬件虚拟化修改Guest OS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经典虚拟机VMwareVMware ESX Server 3VMware ServerVMware Workstation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经典虚拟机Microsof
13、tVirtual PCVirtual ServerWindows Server 2008产品特点与Windows操作系统结合的非常好经典虚拟机经典虚拟机XenXen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经典虚拟机KVM KVM(Kernel-Based Virtual Machine)是与Xen齐名的一个开源虚拟机监控器。后来被集成到了Linux 2.6.20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
14、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)Linux Windows(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
15、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Xen Server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
16、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
17、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虚拟化的误区误
18、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虚拟化的发展前景未使用虚拟化使用虚拟化3-10天硬件
19、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
20、景虚拟化的发展前景整合前整合前整合后整合后服务器1000台80台存储270TB DAS140TB SAN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传统灾难恢复虚拟技术虚拟技术缓慢快速不可靠可靠
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