云计算——虚拟化技术.ppt

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1、云计算原理与实践PrinciplesandPracticeofCloudComputingOutline4.1虚拟化的定义4.2服务器虚拟化4.3商用虚拟机技术4.4新型硬件虚拟化4.5实践：Xen虚拟化技术4.6实践：KVM虚拟化技术4.7轻量级虚拟化4.8实践：Docker容器DataScienceStatisticsMachineLearningDomainexpertiseMathematicsDataengineering4.1虚拟化的定义在计算机科学领域中，虚拟化代表着对计算资源的抽象，而不仅仅局限于虚

2、拟机的概念。虚拟化技术分类：1．服务器虚拟化2．网络虚拟化3．桌面虚拟化4．软件定义的存储1．服务器虚拟化大多数服务器的容量利用率不足15%，这不仅导致了服务器数量剧增，还增加了部署复杂性。实现服务器虚拟化后，多个操作系统可以作为虚拟机在单台物理服务器上运行，并且每个操作系统都可以访问底层服务器的计算资源，从而解决了效率低下问题。将服务器集群聚合为一项整合资源，可以提高整体效率并降低成本。服务器虚拟化还可以加快工作负载部署速度、提高应用性能并改善可用性。2．网络虚拟化网络虚拟化以软件的形式完整再现了物理网络，应用在

3、虚拟网络上的运行与在物理网络上的运行完全相同。网络虚拟化向已连接的工作负载提供逻辑网络连接设备和服务（逻辑端口、交换机、路由器、防火墙、负载均衡器、VPN等）。虚拟网络不仅可以提供与物理网络相同的功能特性和保证，而且具备虚拟化所具有的运维优势和硬件独立性。3．桌面虚拟化通过以代管服务的形式部署桌面，可以使使用者更加快速地对不断变化的需求做出响应。外包员工、海外员工以及使用平板电脑的移动工作人员交付虚拟化桌面和应用，从而降低成本并改进服务。4．软件定义的存储海量数据和实时应用使存储需求达到新的高度。存储虚拟化对服务器

4、内部的磁盘和闪存进行抽象，将它们组合到高性能存储池，并以软件形式交付。软件定义的存储（SoftwareDefinedStorage，SDS）是一种全新的存储方法，可从根本上提高运维模式的效率。4.2服务器虚拟化4.2.1x86架构对虚拟化的限制4.2.2全虚拟化4.2.3半虚拟化4.2.4硬件辅助虚拟化图4.1虚拟化前后的计算机体系结构4.2服务器虚拟化图4.2虚拟化软件层所处的位置4.2服务器虚拟化4.2.1x86架构对虚拟化的限制图4.3x86架构下指令执行方式通过虚拟机监控器（VMM）可实现客户操作系统对硬件

5、的访问，根据其原理不同分为以下3种技术：全虚拟化；半虚拟化；硬件辅助虚拟化4.2.2全虚拟化图4.4使用VMM二进制翻译客户操作系统的请求二进制翻译技术简称BT，是一种直接翻译可执行二进制程序的技术，能够把一种处理器上的二进制程序翻译到另一种处理器上执行。虚拟化软件层将操作系统的指令翻译并将结果缓存供之后使用，而用户级指令无须修改就可以运行，具有和物理机一样的执行速度。4.2.3半虚拟化图4.5将不可虚拟化的操作系统指令替换为超级调用半虚拟化指的是虚拟机系统和虚拟化软件层通过交互来改善性能和效率。半虚拟化涉及修改操

6、作系统内核来将不可虚拟化的指令替换为可直接与虚拟化层交互的超级调用（hypercalls）。4.2.3半虚拟化半虚拟化和全虚拟化不一样，全虚拟化时未经修改的虚拟机系统不知道自身被虚拟化，系统敏感的调用陷入虚拟化层后再进行二进制翻译。半虚拟化的价值在于更低的虚拟化代价，但是相对全虚拟化，半虚拟化的性能优势根据不同的工作负载有很大差别。半虚拟化不支持未经修改的操作系统（如Windows），因此它的兼容性和可移植性较差。由于半虚拟化需要系统内核的深度修改，在生产环境中，技术支持和维护上会有很大的问题。4.2.4硬件辅助虚

7、拟化图4.6使用VMM二进制翻译客户操作系统的请求第一代技术包括Intel的VT-x和AMD的AMD-V，两者都针对特权指令为CPU添加了一个执行模式，即VMM运行在一个新增的根模式下。随着对CPU、内存和I/O设备进行硬件辅助开发，半虚拟化相对于硬件辅助虚拟化的性能优势将逐渐缩小。4.3商用虚拟机技术1．Xen虚拟机技术Xen虚拟机技术是英国剑桥大学计算机实验室原始开发的。之后，Xen社区负责Xen的后续版本开发并将其作为免费开源的软件，以GNU通用公众执照（GeneralPublicLicense）（GPLv2

8、）进行使用。Xen虚拟机技术目前支持的计算机架构包括Intel公司的IA-32、x86-64和ARM公司的ARM。Xen在目前已经有很多版本，著名的亚马逊Web服务（AWS）就建立于Xen虚拟机技术之上。Xen虚拟机的最大商用支持者为美国的Citrix公司。4.3商用虚拟机技术2．KVM虚拟机技术KVM是基于内核的虚拟机（Kernel-basedVirtua