【学习笔记】云计算关键技术_虚拟化

1.虚拟化

1.1虚拟化技术是什么？

• 广义上来说，就是通过映射或抽象的方式屏蔽物理设备复杂性,增加一个管理层面，激活一种资源并使之更易于透明控制。
• 它可以有效简化基础设施的管理，增加IT资源的利用率和能力，比如服务器、网络或存储。

1.2虚拟化技术的核心思想

虚拟化技术的核心思想是利用软件或固件管理程序构成虚拟化层，把物理资源映射为虚拟资源。在虚拟资源上可以安装和部署多个虚拟机，实现多用户共享物理资源。

虚拟化是云计算最重要特征之一，基于虚拟化技术可以对存储、计算、网络等物理资源进行池化，资源池化的基础设施更易于实现按需分配的资源调度策略、易于实现资源池的横向扩展。

1.3采用虚拟化技术的云计算数据中心的物理拓扑结构

1.4虚拟化的好处

1.提高了硬件资源的利用率
2.提高了劳动生产率
3.节省了大量的成本

硬件成本节省

运营效率增加

4.降低了运维管理成本

相同的人数完成更多的工作 = 节省运营成本

提高生产率的动力：

瞬间调配
动态修补
零机维护
内置高可用性
自动进行灾难恢复

1.5虚拟化技术的应用 ——12306使用阿里云避免了高峰期的崩溃

高峰时期的12306号称世界上最繁忙的网站。

一位云计算行业资深人士说，电商网购的订单和球赛门票、演唱会门票、机票等比较类似，自身维度较少，系统处理的难点在大规模的集中并发；但火车票的不同点在于，一条线路从起点到终点，中途任意站点均可生成一张票，维度的增加带来了复杂度的几何级数增长。

12306面临的问题是什么？

• 12306作为世界上规模最大的实时交易系统之一，高流量和高并发一直是需要解决的关键问题。

• 在整个12306系统架构中，请求次数最集中，最频繁的是什么？答：余票查询系统。

余票查询环节的访问量近乎占12306网站的九成流量，这也是往年造成网站拥堵的最主要原因之一。

12306系统采用了何种措施来应对系统面临的问题？

答：就把查询业务都放在租来的云上。即将公有云承载余票查询业务+私有云承载订单处理等核心业务相结合的混合云方式。

解释：把高频次、高消耗、低转化的余票查询环节放到云端，而将下单、支付这种“小而轻”的核心业务仍留在12306自己的后台系统上，这样的思路为12306减负不少。

12306系统引入公有云的好处是什么？

• 公有云可以为12306在高流量时期提供了充足的空间，避免了因为高并发的流量冲击导致的宕机。
• 在请求次数减少时，可以缩减公有云，这样就节省了成本开支。
• 除此之外，将余票查询（而非核心系统）托管在公有云上，还能避免敏感性资料泄漏，保护用户数据安全。
  

1.6虚拟化的关键特性

• 兼容性：虚拟机完全兼容标准的操作系统，以及在这些操作系统之上建立的硬件驱动和应用。
• 隔离性：每一个虚拟机都与同在一个服务器上的其他虚拟机相隔离 。
• 封装性：虚拟机将整个系统，包括硬件配置、操作系以及应用等封装在文件里。
• 硬件独立性：可以在其他服务器上不加修改的运行虚拟机。

1.7主机Hosts、群集Clusters和资源池Resource Pools

通过虚拟化技术的 HA（高可靠性）确保系统高可用

1.HA（(high availability）是什么?
答：HA就是服务器发生故障时在其他的物理服务器上自动重启虚拟机，从而减少停工的时间，而保持其服务的高度可用性。

2.客户优势
1> 对所有的应用实现了高可用性，并且成本很低。
2> 不需要完全一致的重复硬件。
3> 比传统的集群有更高的成本优势，同时易于使用和操作。

1.8传统数据中心逐渐过渡到虚拟数据中心

2.服务器虚拟化

2.1服务器虚拟化技术

• 将一个或多个物理服务器虚拟成多个逻辑上的服务器，集中管理，能跨越物理平台不受限制。
  

2.2服务器虚拟化技术的两个方向

• 方向一：一虚多 —— 把一个物理的服务器虚拟成若干个独立的逻辑服务器。
• 目的：提高资源的利用率。
  
• 方向二：多虚一 —— 把若干分散的物理服务器虚拟化为一个大的逻辑服务器，比如网格技术，Hadoop大数据技术。
• 目的：处理高性能计算，实现分布式并行处理。
  

2.3虚拟化实现的两种方式

根据虚拟化层实现方式的不同分为寄居虚拟化和裸机虚拟化两种。

1. 寄居虚拟化
   
2. 裸机虚拟化
   

2.4服务器虚拟化的底层实现

服务器虚拟化的底层实现：CPU虚拟化、内存虚拟化、I/O虚拟化。

1. CPU虚拟化
   

2. 内存虚拟化
   

3. I/O虚拟化
   

3.虚拟机迁移

3.1虚拟机迁移介绍

将虚拟机实例从源宿主机迁移到目标宿主机，并且在目标宿主机上能够将虚拟机运行状态恢复到其在迁移之前相同的状态，以便能够继续完成应用程序的任务。

用VMotion减少计划内宕机时间

• 80%的VMware客户实施应用了VMotion。
• VMotion是什么?
  答：通过 VMotion可以实现虚拟机的动态迁移, 而服务不中断。
• 客户优势
  1> 零宕机时间: 进行有计划的服务器维护和升级迁移工作负载，资源利用率最大化。
  2> 服务器的持续可用性, 完整的交易集成。
  3> 支持Fibre Channel和iSCSI SAN环境以及NAS。

3.2虚拟机迁移的六个步骤

3.3虚拟机实时迁移对云计算的意义

• 第一，云计算中心的物理服务器负载经常处于动态变化中，当一台物理服务器负载过大时，若此刻不可能提供额外的物理服务器， 管理员可以将其上面的虚拟机迁移到其他服务器，达到负载平衡。
• 第二，云计算中心的物理服务器有时候需要定期进行升级维护，当升级维护服务器时， 管理员可以将其上面的虚拟机迁移到其他服务器，等升级维护完成之后，再把虚拟机迁移回来，实现升级维护时业务不中断的目标。

4.存储虚拟化

4.1什么是存储虚拟化？

• 存储虚拟化是一种贯穿于整个IT环境、用于简化本来可能会相对复杂的底层基础架构的技术。
• 存储系统成为数据中心的核心平台
• 存储虚拟化是指将存储网络中各个分散且异构的存储设备按照一定的策略映射成一个统一的连续编址的逻辑存储空间，称为虚拟存储池，并将虚拟存储池的访问接口提供给应用系统。

存储容量
数据访问性能
数据传输性能
数据管理能力
存储扩展能力

• 存储虚拟化的思想是将资源的逻辑映像与物理存储分开，从而为系统和管理员提供一幅简化、无缝的资源虚拟视图。
  

4.2存储虚拟化的原动力

标准化接入：提供统一访问的接口。
统一数据管理：对虚拟资源统一管理，通过快照、复制、迁移、镜像等功能实现跨设备、跨地域。
空间资源整合：对异构资源进行整合，对资源

4.3存储虚拟化的目标

4.4 存储虚拟化模型

4.5存储虚拟化的优势

• 存储虚拟化将系统中分散的存储资源整合起来。
• 在虚拟层通过使用数据镜像、数据校验和多路径等技术提高了数据的可靠性及系统的可用性。
• 利用负载均衡、数据迁移、数据块重组等技术提升系统的潜在性能。
• 整合和重组底层物理资源。

4.6存储技术分类（RAID、NAS、SAN)

RAID(Redundant Array of Independent Disk)——磁盘阵列

• 磁盘阵列是由很多块独立的磁盘，组合成一个容量巨大的磁盘组，利用个别磁盘提供数据所产生加成效果提升整个磁盘系统效能。
• 利用这项技术，将数据切割成许多区段，分别存放在各个硬盘上。
• RAID技术把多个物理磁盘用阵列的形式，通过一定的逻辑关系结合，成为一个大容量的虚拟磁盘。
  

NAS (Network Attached Storage)——网络附属存储（网络储存器）

• 一种专用数据存储服务器(数据不存在本地)。
• 以数据为中心，将存储设备与服务器彻底分离，集中管理数据，从而释放带宽、提高性能、降低总拥有成本、保护投资。
• 其成本远远低于使用服务器存储，而效率却远远高于后者。
• 目前国际著名的NAS企业有Netapp、EMC、OUO等。
  

SAN (Storage Area Network)——存储区域网络

SAN是专门为存储建立的独立于TCP/IP网络之外的专用网络。
SAN 存储容量大，速度快。

• 磁盘阵列连接高速通信网络。
• FC-SAN为通过光纤通道协议转发SCSI协议(成本高)，IP-SAN通过TCP协议转发SCSI协议。
• SAN一般采用高端的RAID阵列。
• SAN不受现今主流的、基于SCSI存储结构的布局限制。特别重要的是，随着存储容量的爆炸性增长，SAN允许企业独立地增加它们的存储容量。
• SAN的结构允许任何服务器连接到任何存储阵列，这样不管数据置放在那里，服务器都可直接存取所需的数据。
• 因为采用了光纤接口，SAN还具有更高的带宽。
  

SAN与NAS区别

相同点：把存储从本地分离出来，
不同点：

4.6存储虚拟化的实现方式

方式一：基于主机的存储虚拟化

1.理解主机的存储虚拟化
2.优缺点

优点

• 支持异构的存储系统。
• 开销低，不需要硬件支持，不修改现有系统架构。

缺点

• 占用主机资源，降低应用性能。
• 存在操作系统和应用的兼容性问题。
• 主机升级、维护、扩展、迁移复杂。

3.示意图

方式二：基于存储设备的存储虚拟化

1.理解存储设备的存储虚拟化

2.优缺点

优点

• 与主机无关，不占用主机资源。
• 数据管理功能丰富。

缺点

• 一般只能实现对设备内磁盘的虚拟化。
• 不同厂商间的数据管理功能不能互操作。

3.示意图

方式三：基于网络的存储虚拟化

1.理解网络的存储虚拟化

2.优缺点

优点

• 与主机无关，不占用主机资源。
• 支持异构存储设备。
• 统一不同存储设备的数据管理功能，可扩 展性好。

缺点

• 部分厂商数据管理功能弱，成熟度低，仍 然存在和不同存储、主机兼容的问题。

3.示意图

三种技术比较

4.7 存储虚拟化到云存储

5.网络虚拟化

5.1传统数据中心网络存在的问题

• 服务器之间操作系统和上层软件异构、接口与数据格式不统一。

数据网络、 存储网络、 高性能计算网络

• 数据中心网络传输效率低。

拥塞丢包、 数据冗余

• 传统数据中心网络结构：
  

5.2网络虚拟化是什么

• 网络虚拟化是让一个物理网络能够支持多个逻辑网络，虚拟化保留了网络设计中原有的层次结构、数据通道和所能提供的服务，使得最终用户的体验和独享物理网络一样，同时网络虚拟化技术还可以高效的利用网络资源，如空间、能源、设备容量等。
• 网络虚拟化的目的：在不改变传统数据中心这个网络的物理拓扑结构的前提下，实现网络的整合。
• 云计算带来的挑战：数据中心超大流量、统一交换网络。

5.3软件定义网络（SDN）

• SDN可以扩展网络虚拟化的边界。
• SDN特性：

1.将网络分为控制层（Control Plane）和数据层（Data Plane）。
2.控制层的控制器软件， 通过特定传输通道，统一下达命令给数据层设备。
3.数据层设备仅依靠控制层的命令转发数据包。

• SDN主要实现方式

1.OpenFlow 组织主导的开源软件（Google，IBM，Citrix 等）。
2.思科主导的应用中心基础设施（Application CentricInfrastructure，ACI）。
3.VMware 主导的NSX。

• SDN与网络虚拟化关系

6.桌面虚拟化

6.1什么是桌面虚拟化

• 桌面虚拟化是指将计算机的终端系统（也称作桌面）进行虚拟化，以达到桌面使用的安全性和灵活性。可以通过任何设备，在任何地点，任何时间通过网络访问属于我们个人的桌面系统。

6.2桌面虚拟化特点