云計算導論（微課版） 課件 項目2 初探虛擬化

課程云計算導論項目2初探虛擬化學習目標【知識目標】（1）了解虛擬機的作用。（2）了解常見的虛擬機與虛擬軟件。（3）了解VMware虛擬網(wǎng)絡模式?！炯寄苣繕恕浚?）能夠配置VMware虛擬網(wǎng)絡。（2）能夠應用虛擬機軟件管理虛擬機。（3）能夠應用遠程管理工具管理虛擬機。（4）能夠克隆虛擬機和快照管理。引例描述2023年2月在中共中央、國務院印發(fā)的《質(zhì)量強國建設綱要》中指出：“樹立質(zhì)量發(fā)展綠色導向。開展重點行業(yè)和重點產(chǎn)品資源效率對標提升行動，加快低碳零碳負碳關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，推動高耗能行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型”。一臺普通的個人計算機功耗在200瓦左右，即使處于空閑狀態(tài)，功耗也在100瓦左右，按照每天工作10小時計算，全年就要消耗約365度電。而服務器的功耗通常是個人計算機的5～8倍，同時對于數(shù)據(jù)中心來說，其中IT設備（包括服務器和網(wǎng)絡設備）的能耗尚不足總體能耗的一半。為了維持數(shù)據(jù)中心正常運行，空調(diào)等散熱設備也是耗能大戶，它們消耗了數(shù)據(jù)中心約40%的電能。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，全國數(shù)據(jù)中心能耗規(guī)模接近于三個三峽電站的發(fā)電量。這么龐大的能耗使人們認識到提高IT設備使用率的重要性。通過減少服務器數(shù)量，同時降低了配套散熱電能消耗，可以達到節(jié)能減排的目的。引例描述小王發(fā)現(xiàn)在實際使用過程中，個人計算機的很多資源都處于空閑狀態(tài)，如通常情況下，計算機CPU的使用率不超過10%，硬盤占用率低于30%，網(wǎng)絡帶寬非峰值占用率不到5%等。有沒有一種技術(shù)可以把計算機空閑的資源都利用起來，在消耗同樣的電能的情況下，讓一臺計算機完成多臺計算機的工作，從而達到節(jié)能減排的目的呢？項目陳述經(jīng)過調(diào)研，小王發(fā)現(xiàn)使用虛擬化技術(shù)可以將一臺計算機的閑置資源虛擬成若干臺“新計算機”，這些新計算機相互獨立，可以安裝不同的操作系統(tǒng)，同時完成使用多臺計算機才能完成的工作，從而提升計算機資源的利用率，實現(xiàn)節(jié)能減排。在本項目中，讀者將學習如何使用一款桌面虛擬化軟件VMwareWorkstation，并通過它來為虛擬機配置網(wǎng)絡和管理虛擬機。另外還將學習如何對虛擬機進行遠程管理。必備知識——虛擬化技術(shù)簡介虛擬化（Virtualization）是一種用于簡化管理、優(yōu)化資源的解決方案。通過虛擬化技術(shù)可以將一臺計算機虛擬為多臺邏輯計算機，這樣在一臺計算機上就可以同時運行多臺邏輯計算機。每臺邏輯計算機可以運行不同的操作系統(tǒng)，這樣應用程序就可以在相互獨立的空間內(nèi)運行而互不影響，從而可以顯著提高計算機的硬件利用率。使虛擬化能夠?qū)崿F(xiàn)的技術(shù)就是虛擬化技術(shù)。必備知識——虛擬化技術(shù)簡介虛擬化技術(shù)的起源可以追溯到20世紀50年代，當時IBM（InternationalBusinessMachines，國際商業(yè)機器）公司推出了一款大型機，能夠同時運行多個操作系統(tǒng)，讓多個用戶能夠同時訪問計算機資源。其采用的技術(shù)被稱為“多虛擬機技術(shù)”，這就是虛擬化技術(shù)的雛形。1959牛津大學教授克里斯·托弗提出了“虛擬化”這一基本概念，從此“虛擬化”作為計算機專業(yè)名詞出現(xiàn)在世界上。必備知識——虛擬化技術(shù)簡介虛擬化技術(shù)的出現(xiàn)，使得一臺物理計算機上可以運行多臺虛擬機，在提高了計算機利用率的同時，由于虛擬機之間相互隔離、互不干擾，也提高了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。隨著云計算的興起，虛擬化技術(shù)作為云計算的核心技術(shù)得到了廣泛的應用和發(fā)展，為IT資源的動態(tài)分配、靈活調(diào)度和共享提供了重要支撐。必備知識——常見虛擬機軟件虛擬機（VirtualMachine，VM）指通過軟件模擬的、具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運行在一個完全隔離環(huán)境中的完整計算機系統(tǒng)。在物理計算機中能夠完成的工作，在虛擬機中都能夠完成。一臺實體計算機可以虛擬出若干臺虛擬機，每臺虛擬機都有獨立的CPU、內(nèi)存、硬盤和操作系統(tǒng)，可以像操作實體計算機一樣對虛擬機進行操作。通過這些虛擬機即可在一臺計算機上同時運行更多的Windows、Linux、macOS甚至DOS。常見的虛擬機軟件有VirtualBox、VMwareWorkstation、Hyper-V

、Xen、KVM、QEMU等。必備知識——常見虛擬機軟件應用廣泛的VMwareWorkstation：威睿工作站（VMwareWorkstation）是由云計算基礎(chǔ)架構(gòu)解決方案提供商威睿（VirtualMachineware，VMware）公司出品的一款閉源虛擬化軟件產(chǎn)品。它是目前實現(xiàn)虛擬化程度相對較高、應用廣泛的桌面虛擬化產(chǎn)品。右圖所示為VMware的Logo。必備知識——常見虛擬機軟件經(jīng)典開源的VirtualBox：虛擬盒子（VirtualBox）是由太陽計算機系統(tǒng)（SunMicrosystems）公司推出的一款使用非常廣泛、免費且開源的類似于VMwareWorkstation的桌面虛擬機軟件，目前屬于甲骨文（Oracle）公司旗下產(chǎn)品。右圖所示為它的Logo。必備知識——常見虛擬機軟件Windows內(nèi)置的Hyper-V：虛擬化管理程序（HypervisorVirtualization，Hyper-V）是微軟公司推出的虛擬化軟件產(chǎn)品。Hyper-V可以在Windows操作系統(tǒng)上創(chuàng)建和管理虛擬機，支持虛擬機遷移、快照、網(wǎng)絡虛擬化等功能，適用于Windows環(huán)境中的虛擬化部署。右圖所示，Hyper-V集成在Windows系統(tǒng)功能中。必備知識——常見虛擬機軟件直接構(gòu)建在硬件上的Xen：異構(gòu)服務器（Xenoservers，Xen）是英國劍橋大學計算機實驗室開發(fā)的一個開源項目。和其他虛擬機依賴操作系統(tǒng)不同，Xen是一個直接運行在計算機硬件上的用以替代操作系統(tǒng)的基層軟件，能夠在計算機硬件上并發(fā)地運行多個客戶操作系統(tǒng)。目前，Xen支持Linux、NetBSD、FreeBSD、Solaris、Windows和其他常用的操作系統(tǒng)在其上作為虛擬機的操作系統(tǒng)運行。直接運行在計算機硬件上的特性使Xen的運行效率很高。右圖所示為Xen的架構(gòu)示意。必備知識——常見虛擬機軟件基于Linux內(nèi)核的KVM：基于內(nèi)核的虛擬機（Kernel-basedVirtualMachine，KVM）是Linux內(nèi)核的一個模塊。KVM是完全開源的，它的起源可以追溯到2006年Qumranet公司開發(fā)了KVM，并將其貢獻給開源社區(qū)。自Linux2.6.20起，KVM被集成在Linux的主要發(fā)行版本中。KVM需要物理硬件提供的虛擬化技術(shù)支持才能完成虛擬化，如英特爾公司的虛擬化技術(shù)（IntelVirtualizationTechnology，IntelVT）和超威半導體公司的虛擬化技術(shù)（AdvancedMicroDevicesVirtualization，AMD-V）。目前，KVM已經(jīng)成為許多企業(yè)和組織中的主流虛擬化技術(shù)，廣泛應用于服務器和桌面環(huán)境的虛擬化。下圖所示為KVM的架構(gòu)示意。必備知識——常見虛擬機軟件無須系統(tǒng)內(nèi)核驅(qū)動的QEMU：快速模擬器（QuickEmulator，QEMU）是一款開源硬件虛擬化軟件，可以在不同的主機平臺上運行虛擬機。QEMU可以在沒有主機內(nèi)核驅(qū)動程序的情況下運行，也不需要物理硬件提供虛擬化技術(shù)支持，所以其硬件兼容性比Xen和KVM更高。下圖所示為QEMU的架構(gòu)示意。必備知識——VMware虛擬網(wǎng)絡模式

利用桌面虛擬化軟件VMwareWorkstation虛擬出來的虛擬機必須通過虛擬網(wǎng)絡才能和宿主機進行通信。虛擬機和宿主機的通信模型如右圖所示。虛擬機必須通過虛擬網(wǎng)絡實現(xiàn)和宿主機的通信，并借助宿主機連接互聯(lián)網(wǎng)。必備知識——VMware虛擬網(wǎng)絡模式

在宿主機上，安裝VMwareWorkstation時會自動生成“VMwareNetworkAdapterVMnet1”“VMwareNetworkAdapterVMnet8”兩塊虛擬網(wǎng)卡，如下圖所示，它們分別服務于僅主機模式和NAT模式，負責宿主機與虛擬機的通信。必備知識——VMware虛擬網(wǎng)絡模式

VMwareWorkstation提供了3種網(wǎng)絡模式來實現(xiàn)虛擬機和宿主機之間的通信，它們分別是橋接模式、NAT模式和僅主機模式。打開VMwareWorkstation，選擇其主界面頂部菜單欄中的【編輯】→【虛擬網(wǎng)絡編輯器】選項，彈出的圖2-8所示的【虛擬網(wǎng)絡編輯器】對話框中的名稱VMnet0、VMnet1、VMnet8分別對應橋接模式、僅主機模式、NAT模式這3種網(wǎng)絡模式。必備知識——VMware虛擬網(wǎng)絡模式

橋接模式：在橋接模式下，由VMwareWorkstation提供了一臺名為VMnet0的虛擬交換機，宿主機的物理網(wǎng)卡與虛擬機的虛擬網(wǎng)卡利用該虛擬交換機進行通信。在該模式下，宿主機的物理網(wǎng)卡與虛擬機的虛擬網(wǎng)卡必須位于同一個網(wǎng)段中，虛擬機可利用宿主機的物理網(wǎng)絡訪問互聯(lián)網(wǎng)。橋接模式示意如右圖所示，宿主機的物理網(wǎng)卡和虛擬機的虛擬網(wǎng)卡都在192.168.0.0/24網(wǎng)段，因此它們可以直接進行通信。橋接模式的優(yōu)點是虛擬機能夠直接和物理網(wǎng)絡通信，傳輸效率高。但其缺點很明顯，在該模式下，虛擬機要占用局域網(wǎng)IP地址資源。必備知識——VMware虛擬網(wǎng)絡模式

NAT模式：網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換（NetworkAddressTranslation，NAT）是將不同網(wǎng)段的數(shù)據(jù)通過NAT設備轉(zhuǎn)發(fā)到另一個網(wǎng)段中以實現(xiàn)不同網(wǎng)段相互通信的目的。在NAT模式下，VMwareWorkstation除了提供名為VMnet8的虛擬交換機外，還生成了一臺虛擬路由器作為NAT設備用于連接虛擬機和宿主機所在的兩個不同的網(wǎng)段。虛擬機的虛擬網(wǎng)卡不再像在橋接模式下那樣必須和宿主機的物理網(wǎng)卡位于同一個網(wǎng)段中，這樣能夠節(jié)約寶貴的局域網(wǎng)IP地址資源。NAT模式示意如右圖所示，圖中，宿主機的物理網(wǎng)卡屬于192.168.0.0/24網(wǎng)段，而虛擬機的虛擬網(wǎng)卡屬于10.0.0.0/24網(wǎng)段，這兩個網(wǎng)段是不同的，它們通過一臺虛擬路由器實現(xiàn)了通信。必備知識——VMware虛擬網(wǎng)絡模式

僅主機模式：僅主機模式和NAT模式有一些相似，只是缺少了NAT設備，因此，如右圖所示，虛擬機只能通過VMnet1虛擬交換機與宿主機的虛擬網(wǎng)卡“VMwareNetworkAdapterVMnet1”進行通信。在該模式下，宿主機的虛擬網(wǎng)卡和虛擬機的虛擬網(wǎng)卡必須位于同一個網(wǎng)段中。在僅主機模式下，虛擬機僅能與宿主機通信，而無法通過宿主機的物理網(wǎng)絡訪問互聯(lián)網(wǎng)。