第一章虚拟化概论ppt课件.pptx
课程介绍,课程简介计算机虚拟化技术是一个对整个信息产业有突破性的信息技术，也是云计算的核心技术。本课程介绍了虚拟化技术的基本概念、关键技术、虚拟计算系统的安全可信以及虚拟化技术的发展前景及应用。预备知识信息技术导论操作系统计算机网络,课程要求,课时：45分为两部分：理论部分：30实践部分：15培养目标通过本课程的学习，深入理解虚拟化的概念、分类，迁入虚拟环境，了解虚拟化未来的发展方向及应用，掌握典型虚拟机如KVM的使用方法，为云计算后期的专业课程做铺垫。,计算机系统虚拟化,第一章 虚拟化概论第二章 计算机系统虚拟化方法第三章 操作系统适配,参考资料,互联网资料http:/ Ruest Danielle Ruest ，机械工业出版社,第一章 虚拟化概论,1.1虚拟化的定义,虚拟化是一个广义的术语，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。把这种有限的固定的资源根据不同需求进行重新规划以达到最大利用率的思路，在IT领域就叫做虚拟化技术。,虚拟化是资源的逻辑表示，它不受物理限制的约束。虚拟化的主要目的是对 IT 基础设施、系统和软件等进行简化。,它可以简化对资源以及对资源管理的访问，并为这些资源提供标准的接口来接收输入和提供输出。虚拟化降低了消费者与资源之间的耦合程度。利用这种松耦合关系，管理员可以在保证管理工作对消费者产生最少影响的基础上实现对 IT 基础设施的管理。,1.2虚拟化技术的发展,1.2.1虚拟化技术的发展历程A）1959年，计算机科学家Christopher Strachey发表了一篇名为大型高速计算机中的时间共享（Time Sharing in Large Fast Computers）的学术报告，他在文中首次提出了虚拟化的基本概念，被认为是虚拟化技术的最早论述。,B）上世纪六、七十年代，虚拟化进入了萌芽发展状态。IBM发明操作系统虚拟机技术，允许用户在一台主机上运行多个操作系统，让用户尽可能的充分利用和共享昂贵的大型机资源。同时，加州大学圣地亚哥分校的仿真处理器P-code机，使P-code程序具有高度可移植性，能够运行在任何具有P-code功能的虚拟机上。,C）上世纪七、八十年代，虚拟化技术进入低谷期。随着大规模集成电路的出现和个人电脑的普及，计算机硬件变得越来越便宜。当初为共享昂贵硬件而设计的虚拟化技术已无人问津了，而只是在高档服务器（如IBM小型机）中继续存在。,D）在进入上世纪九十年代末期以后，虚拟化技术迎来了复兴。首先，由VMware基于二进制转换的全虚拟化，到Xen的修改客户端操作系统的半虚拟化，再到Intel和AMD的硬件虚拟化(Intel的VT-D技术以及AMD的SVM技术)。至此至今，虚拟化技术进入了一个全面发展时期，包括有服务器虚拟化、存储虚拟化和网络虚拟化等。,1.2.2虚拟化技术的发展热点和趋势整体来看，目前通过服务器虚拟化实现资源整合是虚拟化技术得到应用的主要驱动力对于服务器虚拟化技术本身而言，随着硬件辅助虚拟化技术的日趋成熟，不同的服务器虚拟化技术在性能方面的差异日益减小,就当前来看，虚拟化的技术瓶颈主要集中在虚拟化性能、环境部署、长距离迁移、虚拟化环境安全等方面，以上任何一个方面突破，都会给企业带来丰厚的利润,随着虚拟化技术的不断完善和普及，人们更愿意接受在构建数据中心基础架构平台时，应用虚拟化技术来提供标准化的IT基础架构平台，用以支撑业务应用系统。并且该技术能够推动IT基础设施建设以及运维管理，实现下列三个统一统一架构统一标准统一手段,1.3虚拟化的特点,Fidelity：应用系统程序在虚拟机上执行，除了时间因素外，将表现为与在物理硬件上相同的执行行为。 Performance：在虚拟环境中应用程序绝大多数指令在虚拟机管理器不受干预的情况下，直接在物理硬件上执行。,Safety：物理硬件由虚拟机管理器全权管理，被虚拟出来的执行环境的程序（包括操作系统）不能直接访问物理硬件。,1.4虚拟化技术的分类,虚拟化技术的分类可以有很多种分类方式。按照资源的类型分类，可分为：基础设施虚拟化网络虚拟化（VLAN、VPN）存储虚拟化（基于存储设备的存储虚拟化、基于网络的存储虚拟化）,系统虚拟化服务器虚拟化软件虚拟化应用虚拟化高级语言虚拟化,按照应用方向分类（重点），可分为：系统虚拟化网络虚拟化存储虚拟化桌面虚拟化应用虚拟化,1.4.1系统虚拟化系统虚拟化最大的价值在于服务器虚拟化。1.服务器虚拟化的基本概念将服务器物理资源抽象成逻辑资源，让一台服务器变成几台甚至上百台相互隔离的虚拟服务器。这些虚拟服务器能同时运行相互独立的操作系统，这些客户操作系统通过虚拟机监视器访问实际的物理资源，并进行管理。,服务器虚拟化是号称21世纪IT行业最环保的一项技术。因为服务器虚拟化可以没浪费的使用服务器CPU。,因此，虚拟化让我们不再受限于物理上的界限，而是让CPU、内存、磁盘、I/O等硬件变成可以动态管理的“资源池（Pool）”。从而提高资源的利用率，简化系统管理，实现服务器整合，让IT对业务的变化更具适应力。,2.典型实现名词解释：虚拟机监视器（VMM）负责对虚拟机提供硬件资源抽象，为客户操作系统提供运行环境虚拟化平台（Hypervisor）负责虚拟机的托管和管理,服务器虚拟化的实现方式,寄宿虚拟化，其VMM运行在宿主操作系统之上的应用程序；原生虚拟化，直接运行在硬件之上的虚拟化平台，由平台提供指令集和设备接口，以提供虚拟机的支持。,3.服务器虚拟化的关键特性无论采用的虚拟化方式是寄宿的还是原生的，服务器虚拟化都具有以下特征：多实例一个物理服务器上可以运行多个虚拟服务器隔离性在多实例的应用中，一个虚拟机与其他虚拟机是完全隔离，不会互相干扰,封装性一个完整的虚拟机环境对外表现就是一台完整的计算机高性能虚拟机监视器的开销要被控制在可承受的范围之内,1.4.2网络虚拟化网络虚拟化包括：虚拟局域网（VLAN）虚拟专用网（VPN）1.VLAN概述VLAN是一种将局域网设备从逻辑上划分成一个个网段，从而实现虚拟工作组的数据交换技术。,2.VPN概述VPN被定义为通过一个公用网络(通常是因特网)建立一个临时的、安全的连接，是一条穿过混乱的公用网络的安全、稳定隧道。使用这条隧道可以对数据进行几倍加密，以达到安全使用互联网的目的。,VLAN和VPN都是让一群身处不同地点的主机，集合在一个广播域中，可以将隶属于不同交换机下的主机组合成一个网段。网络虚拟化的最终目的是将逻辑IP地址与物理IP地址“松耦合”,讨论课题,请分小组讨论：举例说明现实生活中，哪些实物与实物之间属于“松耦合”关系,1.4.3存储虚拟化1.存储虚拟化的概念存储虚拟化(Storage Virtualization)最通俗的理解就是对存储硬件资源进行抽象化的表现。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。存储虚拟化实现的是存储空间与存储硬件之间的“松耦合”,非虚拟化存储结构与虚拟化存储结构的比较,2.存储虚拟化发展RAID（磁盘阵列）是存储虚拟化的雏形。这种虚拟化形式是基于存储设备的存储虚拟化通过将多块物理磁盘以阵列的方式组合起来，为上层提供一个统一的存储空间。,基于网络的存储系统简介a.以服务器为中心的DASDAS直接附加存储（SAS，服务器附加存储）存储设备通过电缆直接接到服务器上，输入/输出请求直接发送到存储设备依赖于服务器，本身就是硬件的叠加，不带任何存储操作系统,b.以数据为中心的NASNAS网络附加存储在此结构中，存储系统不再通过I/O总线附属某个特定的服务器或客户机而是直接通过网络接口与网络直接相连，由用户通过网络访问,c.以网络为中心的SANSAN存储区域网千兆位速率的网络依托光纤通道，为服务器和存储设备之间的连接，提供更高的吞吐能力支持更远的距离和更可靠的连通,磁带库的用途：在网络系统中，磁带库通过SAN系统形成网络存储系统为企业存储提供有力保障，可轻松完成远程数据访问、数据存储备份，或通过磁带镜像技术实现多磁带库备份数据仓库、ERP等大型网络应用的良好存储设备。,3.存储虚拟化的关键技术异构存储介质的互联和统一管理数据的共享、冲突与一致性及数据迁移数据的透明存储和容错容灾策略性能优化和负载均衡安全能力，主要包含存储安全及数据访问的安全高可靠性和可扩展性,1.4.4桌面虚拟化,桌面虚拟化将用户的桌面环境与其使用的终端设备松耦合。桌面虚拟化实现了虚拟桌面的集中管理，不仅能简化IT支持，还能服务来自各地、使用各种设备的企业用户。,1.概念桌面虚拟化架构是一种基于服务器的计算模型.借用了传统的瘦客户端的模型，让管理员与用户能够同时获得两种方式的优点：将所有桌面虚拟机在数据中心进行托管并统一管理.用户能够获得完整PC的使用体验.,服务器上存放的是每个用户的完整桌面环境。用户可以使用具有足够处理和显示功能的不同终端设备通过网络访问该桌面环境。XenDesktop桌面虚拟化,桌面虚拟化架构借用虚拟机技术，将用户桌面的镜像文件收藏在数据中心。每个桌面镜像就是一个带有应用程序的操作系统，终端用户通过一个虚拟显示协议来访问他们的桌面系统。这样做的目标就是使用户的使用体验同他们使用桌面上的PC一样。当用户关闭系统的时候，通过第三方配置文件管理软件，可以做到用户个性化定制以及用户的任何设置都将被保留。,ICA：远程终端服务协议,2.桌面虚拟化的使用场合普通办公环境将办公个人桌面通过虚拟化迁移到虚拟化数据中心使用者利用办公电脑通过企业局域网连接到虚拟桌面，访问原办公环境,高等教育机构目前高校的计算机实验室的个人电脑都安装还原设备通过桌面虚拟化技术能够为每一位需要上机学习的学生分配单独的虚拟桌面每次需要上机学习都能够登录隶属于自己的学习环境,高安全机构在大多数的涉密单位对办公电脑有严格的数据保护机制通过桌面虚拟化技术将个人电脑所有数据转移到数据中心集中存储通过桌面管理平台能够禁用大多数外联设备接口，从而保证数据的高安全性和完整性,3.桌面虚拟化的优势虚拟桌面基础架构与传统的桌面部署模式相比有以下几个优点：降低了功耗提高了安全性简化部署及管理降低了费用,4.桌面虚拟化使用的条件健全的网络环境高可靠性的虚拟化环境改变原来的运维流程充足的网络带宽,1.4.5应用虚拟化将应用程序与其操作系统和硬件之间“松耦合”。应用程序运行在本地应用虚拟化环境中时，这个环境为应用程序屏蔽了底层可能与其他应用产生冲突的内容。应用虚拟化是SaaS的基础。,1.概念应用虚拟化用于提供,对集中化应用资源的多用户远程访问，从而将应用作为一种服务交付给用户。基本原理：分离应用程序的计算逻辑和显示逻辑不用在用户端安装软件,为了说明应用程序虚拟化与操作系统的关系，可以从以下三方面看待此技术应用虚拟化是将应用程序配置与操作系统隔离开来应用程序虚拟化安装在一个虚拟环境里面，并且与操作系统隔离应用虚拟化会建立与应用程序相关的所有相关共享资源,2.应用虚拟化的优势把应用程序从操作系统中解放出来，使应用程序不受用户端计算环境变换等带来的影响，给应用程序带来了极大的机动性、灵活性、IT效率以及安全性和控制力。从用户的角度而言，用户无需在自己的计算机上安装完整的应用程序，也不受自身有限的计算条件的限制即可获得极高的使用体验。,优势讨论：降低部署与管理问题部署预先配置好的应用程序在同一台计算机上运行不同版本的应用程序提供有效的应用程序管理与维护依据需求部署,3.应用虚拟化使用的条件安全性使用者对于应用程序虚拟化只有使用能力，安全性的管理任务仍由管理员完成可用性应用程序虚拟化均会有一个集中存储的地方使用者透过网络下载在架构设计上，必须考虑网络的负载，以及使用者的并发量,性能考量除了下载的网络速度快慢之外，其他所面临的是运行的性能由于采用本地CPU、硬盘、内存进行运算，所以性能还取决于本地计算机,讨论课题,分组讨论：在IT世界里，我们为什么需要“虚拟化”。,习题课,请简述虚拟化技术的定义、分类和特点。请用自己的理解，简述系统虚拟化中全虚拟化、半虚拟化以及硬件辅助虚拟化技术的定义与区别。,小结,本章知识重点：虚拟化的定义虚拟化的分类服务器虚拟化桌面虚拟化应用虚拟化,
