第1章 虛擬化技術(shù)

1、第一章 虛擬化技術(shù)簡(jiǎn)介北京西普陽(yáng)光教育科技股份有限公司授課講師：顧軍林目 錄ContentsKVM虛擬化技術(shù)的未來(lái)虛擬化技術(shù)分類(lèi)0501紅帽RHEV虛擬化系統(tǒng)簡(jiǎn)介Xen虛擬化技術(shù)簡(jiǎn)介0602RHEV虛擬化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)Xen虛擬化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)070308其他虛擬化技術(shù)介紹04KVM虛擬化技術(shù)簡(jiǎn)介01虛擬化技術(shù)分類(lèi)虛擬化如圖所示，我們可以將一般的計(jì)算模型抽象成為一定的物理資源和運(yùn)行于之上的計(jì)算元件，它們之間通過(guò)定義的物理資源接口進(jìn)行交互。虛擬化是一種方法，本質(zhì)上講是指從邏輯角度而不是物理角度來(lái)對(duì)資源進(jìn)行配置，是從單一的邏輯角度來(lái)看待不同的物理資源的方法。虛擬化是一種邏輯角度出發(fā)的資源配置技術(shù)，是物

2、理實(shí)際的邏輯抽象。資源資源計(jì)算元件計(jì)算元件計(jì)算元件計(jì)算元件計(jì)算元件虛擬化技術(shù)簡(jiǎn)介虛擬化技術(shù)的分類(lèi)CPU虛擬化CPU的虛擬化技術(shù)是一種硬件方案，支持虛擬技術(shù)的CPU帶有特別優(yōu)化過(guò)的指令集來(lái)控制虛擬過(guò)程，通過(guò)這些指令集，VMM會(huì)很容易提高性能。01服務(wù)器虛擬化 服務(wù)器虛擬化能夠通過(guò)區(qū)分資源的優(yōu)先次序，并隨時(shí)隨地將服務(wù)器資源分配給最需要它們的工作負(fù)載來(lái)簡(jiǎn)化管理和提高效率，從而減少為單個(gè)工作負(fù)載峰值而儲(chǔ)備的資源。02存儲(chǔ)虛擬化 虛擬存儲(chǔ)設(shè)備需要通過(guò)大規(guī)模的raid子系統(tǒng)和多個(gè)I/O通道連接到服務(wù)器上，智能控制器提供LUN訪(fǎng)問(wèn)控制、緩存和其他如數(shù)據(jù)復(fù)制等管理功能。03虛擬化網(wǎng)絡(luò)虛擬化 網(wǎng)絡(luò)虛擬化整合后的

3、設(shè)備組成了一個(gè)邏輯單元，在網(wǎng)絡(luò)中表現(xiàn)為一個(gè)網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)，管理簡(jiǎn)單化、配置簡(jiǎn)單化、可跨設(shè)備鏈路聚合，極大簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，同時(shí)進(jìn)一步增強(qiáng)冗余可靠性。04應(yīng)用虛擬化 應(yīng)用虛擬化通常包括兩層含義，一是應(yīng)用軟件的虛擬化，一是桌面的虛擬化。0502XEN虛擬化技術(shù)簡(jiǎn)介如圖顯示的是一個(gè)典型的Xen虛擬化技術(shù)架構(gòu)硬件系統(tǒng)輸入輸出設(shè)備內(nèi)存處理器Xen Hypervisor虛擬機(jī)0（特殊）虛擬硬件虛擬機(jī)0（特殊）虛擬硬件虛擬機(jī)0（特殊）虛擬硬件XEN虛擬化技術(shù)簡(jiǎn)介XEN虛擬化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)Xen虛擬化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)： (1)Xen構(gòu)建于開(kāi)源的虛擬機(jī)管理程序上，結(jié)合使用半虛擬化和硬件協(xié)助的虛擬化。操作系統(tǒng)與虛擬化平臺(tái)之間的這種

4、協(xié)作支持開(kāi)發(fā)一個(gè)較簡(jiǎn)單的虛擬機(jī)管理程序來(lái)提供高度優(yōu)化的性能。(2) Xen提供了復(fù)雜的工作負(fù)載均衡功能，可捕獲CPU、內(nèi)存、磁盤(pán)I/O和網(wǎng)絡(luò)I/O數(shù)據(jù)，它提供了兩種優(yōu)化模式：一種針對(duì)性能，另一種針對(duì)密度。(3) Xen利用一種名為Citrix Storage Link 的獨(dú)特的存儲(chǔ)集成功能。使用Citrix StorageLink，系統(tǒng)管理員可直接利用來(lái)自HP、Dell Equal Logic、NetApp、EMC等公司的存儲(chǔ)產(chǎn)品。(4) Xen包含多核處理器支持、實(shí)時(shí)遷移、物理服務(wù)器到虛擬機(jī)轉(zhuǎn)換（P2V）和虛擬到虛擬轉(zhuǎn)換（V2V）工具。集中化的多服務(wù)器管理、實(shí)時(shí)性能監(jiān)控，以及Windows和

5、Linux的快速性能。XEN虛擬化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)(1) Xen會(huì)占用相對(duì)較大的空間，且依賴(lài)于0號(hào)虛擬機(jī)中的Linux操作系統(tǒng)。Xen虛擬化技術(shù)的缺點(diǎn)：(2) Xen依靠第三方解決方案來(lái)管理硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、存儲(chǔ)、備份和恢復(fù)，以及容錯(cuò)任何具有高I/O速率的操作或任何會(huì)吞噬資源的操作都會(huì)使Xen陷入困境，使其他虛擬機(jī)缺乏資源。(3) Xen缺少802.1Q 虛擬局域網(wǎng)（VLAN）中繼，出于安全考慮，它沒(méi)有提供目錄服務(wù)集成、基于角色的訪(fǎng)問(wèn)控制、安全日志記錄和審計(jì)或管理操作。(4) Xen目前最大的困難在于Linux內(nèi)核社區(qū)的，導(dǎo)致XEN相關(guān)的內(nèi)核改動(dòng)一直不能順利進(jìn)入內(nèi)核源代碼，從而無(wú)法及時(shí)得到內(nèi)核最新

6、開(kāi)發(fā)成果的支持。03KVM虛擬化技術(shù)簡(jiǎn)介如圖所示為KVM架構(gòu)Linux（Host）硬件系統(tǒng)輸入輸出設(shè)備內(nèi)存處理器KVM模塊虛擬機(jī)1虛擬硬件虛擬機(jī)1虛擬硬件KVM虛擬化技術(shù)簡(jiǎn)介KVM虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)(1)開(kāi)源KVM 一個(gè)開(kāi)源項(xiàng)目，這就決定了KVM一直是開(kāi)放的姿態(tài)，許多虛擬化的新技術(shù)都是首先在KVM上應(yīng)用，再到其他虛擬化引擎上推廣。KVM吸引許多人使用的一個(gè)動(dòng)因就是性能，在同樣的硬件條件下，能提供更好的虛擬機(jī)性能，主要是因?yàn)镵VM架構(gòu)簡(jiǎn)單，代碼只有2萬(wàn)行，一開(kāi)始就支持硬件虛擬化，這些技術(shù)特點(diǎn)保證了KVM的性能。(2)性能(3)免費(fèi)KVM因?yàn)槭情_(kāi)源項(xiàng)目，絕大部分KVM的解決方案都是免費(fèi)方案，隨著KV

7、M的發(fā)展，KVM虛擬機(jī)越來(lái)越穩(wěn)定，兼容性也越來(lái)越好，因而也就得到越來(lái)越多的應(yīng)用。(4)技術(shù)支持免費(fèi)并不意味著KVM沒(méi)有技術(shù)支持。在KVM的開(kāi)源社區(qū)，數(shù)量巨大的KVM技術(shù)支持者都可以提供KVM技術(shù)支持。另外，如果需要商業(yè)級(jí)支持，也可以購(gòu)買(mǎi)紅帽公司的服務(wù)。04紅帽RHEV虛擬化系統(tǒng)簡(jiǎn)介RHEV(Red Hat Enterprise Virtualization)紅帽企業(yè)虛擬化，是一個(gè)服務(wù)器虛擬化的管理平臺(tái)。由RHEV-M(Manager)、RHEV-H(Hypersior)和存儲(chǔ)組成，能夠簡(jiǎn)便、集中的對(duì)KVM虛擬機(jī)進(jìn)行創(chuàng)建、刪除、遷移、快照等操作，實(shí)現(xiàn)企業(yè)服務(wù)器物理資源的充分使用。是一種非常適合中

8、小型企業(yè)的虛擬化解決方案。其組成如下圖所示：RHEV-HStorageRHEV-MISODataRHEV-HRHEV-H紅帽RHEV虛擬化系統(tǒng)簡(jiǎn)介紅帽RHEV虛擬化系統(tǒng)架構(gòu)RHEV架構(gòu)包括：LDAP/IPA/AD、Web Service、PostgreSQL、VDSM、Jboss。RHEV虛擬化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)Xen虛擬化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)： (1)性能和可擴(kuò)展性：為實(shí)現(xiàn)企業(yè)級(jí)的虛擬化應(yīng)用程序，如Oracle、SAP和Microsoft Exchange，為其提供領(lǐng)先的性能和可擴(kuò)展性。(2)安全性：業(yè)界領(lǐng)先的安全性，在安全增強(qiáng)型紅帽企業(yè)Linux內(nèi)核基礎(chǔ)上構(gòu)建。(3)企業(yè)功能：業(yè)虛擬化管理功能，包括實(shí)時(shí)遷

9、移、高可用性、負(fù)載均衡、節(jié)能等。(4)靈活性：通過(guò)消除桌面操作系統(tǒng)和基礎(chǔ)硬件之間的依賴(lài)性，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)靈活性和連續(xù)性。(5)成本優(yōu)勢(shì)：與其他解決方案相比較，憑借紅帽軟件訂閱模式的強(qiáng)大功能，能夠以更低的購(gòu)置和總擁有成本獲得相同或更好的功能集，從而獲得收益。RHEV虛擬化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)Xen虛擬化技術(shù)的缺點(diǎn)： (1)技術(shù)不成熟：KVM的出現(xiàn)不過(guò)三四年時(shí)間，在可用資源、平臺(tái)支持、管理工具、實(shí)施經(jīng)驗(yàn)方面當(dāng)然不能與出現(xiàn)8年之久的Xen相比。(2)需要Windows支持；KVM3.0之前的RHEV-M管理程序需要Windows支持，這是KVM在部署過(guò)程中最大的障礙，RedHat公司已經(jīng)意識(shí)到這個(gè)問(wèn)題的嚴(yán)重性，從

10、KVM3.0開(kāi)始，開(kāi)發(fā)出基于Linux的RHEV-M，取消了其只能運(yùn)行于Windows服務(wù)器上的尷尬，這一改動(dòng)得到大量Linux用戶(hù)的支持。(3)管理的物理服務(wù)器數(shù)量少，每臺(tái)M端只能管理500臺(tái)以?xún)?nèi)的H端服務(wù)器。05其他虛擬化技術(shù)介紹VMwareVMware公司創(chuàng)辦于1998年，從公司的名稱(chēng)就可以看出，這是一家專(zhuān)注于提供虛擬化解決方案的公司。VMware公司很早就預(yù)見(jiàn)到了虛擬化在未來(lái)數(shù)據(jù)中心中的核心地位，有針對(duì)性的開(kāi)發(fā)虛擬化軟件，從而抓住了21世紀(jì)初虛擬化興起的大潮，成為了虛擬化業(yè)界的標(biāo)桿。下面是VMware主要產(chǎn)品的簡(jiǎn)單介紹。(1)VMware WorkstationVMware Works

11、tation是VMware公司銷(xiāo)售的運(yùn)行于臺(tái)式機(jī)和工作站上的虛擬化軟件，也是VMware公司第一個(gè)面市的產(chǎn)品（1999年5月）。該產(chǎn)品最早采用了VMware在業(yè)界知名的二進(jìn)制翻譯技術(shù)，在x86 CPU硬件虛擬化技術(shù)還未出現(xiàn)之前，為客戶(hù)提供了純粹的基于軟件的全虛擬化解決方案。（2）VMware ESX ServerESX服務(wù)器（一種能直接在硬件上運(yùn)行的企業(yè)級(jí)的虛擬平臺(tái)），虛擬的SMP，它能讓一個(gè)虛擬機(jī)同時(shí)使用四個(gè)物理處理器，和VMFS一樣，它能使多個(gè)ESX服務(wù)器分享塊存儲(chǔ)器。Virtual BoxOracle VirtualBox是由德國(guó)InnoTek軟件公司出品的虛擬機(jī)軟件，現(xiàn)在由甲骨文公司進(jìn)

12、行開(kāi)發(fā)，是甲骨文公司xVM虛擬化平臺(tái)技術(shù)的一部分。它提供使用者在32位或64位的Windows、Solaris及Linux操作系統(tǒng)上虛擬其他X86的操作系統(tǒng)。使用者可以在VirtualBox上安裝并執(zhí)行Solaris、Windows、DOS、Linux、OS/2 Warp、OpenBSD及FreeBSD等操作系統(tǒng)作為客戶(hù)端操作系統(tǒng)。最新的VirtualBox還支持運(yùn)行Android4.0系統(tǒng)。Hyper-VHyper-V是微軟提出的一種系統(tǒng)管理程序虛擬化技術(shù)。Hyper-V設(shè)計(jì)的目的是為廣泛的用戶(hù)提供更為熟悉及成本效益更高的虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施軟件，這樣可以降低運(yùn)作成本、提高硬件利用率、優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)施并提高服務(wù)器的可用性。Hyper-V的設(shè)計(jì)借鑒了Xen，采用微內(nèi)核的架構(gòu)，兼顧了安全性和性能的要求。Hyper-V底層的Hypervisor運(yùn)行在最高的級(jí)別下，微軟將其稱(chēng)為ring-1（而Intel也將其稱(chēng)為root mode），而虛擬機(jī)的操作系統(tǒng)內(nèi)核和驅(qū)動(dòng)運(yùn)行在ring