虚拟化系列培训之一

1. 虚拟化系列培训之一 云计算与虚拟化

2. 目 录 二 一 虚拟化技术的介绍 虚拟化与云计算的概述

3. 虚拟化与云计算概述 一 • 何为虚拟化？ 云计算是什么？ • “它起源于我们将互联网视为云的时候… 我们不关心消息去往何处… 云为我们屏蔽了复杂性” • Kevin Marks, Google • “融合的云是对服务器，应用，数据，基础设施的复杂性和异构平台的简化抽象” • Amazon’s CEO Jeff Bezos

4. 集群计算 并行计算 云计算 网格计算 虚拟化与云计算概述 一 云计算的发展路线

5. 虚拟化与云计算概述 一 云计算是并行计算 (Parallel Computing)、分布式计算(Distributed Computing)和网格计算(Grid Computing)的发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现 云计算是虚拟化(Virtualization)、效用计算(Utility Computing)、IaaS(基础设施即服务)、PaaS(平台即服务)、SaaS(软件即服务)等概念混合演进并跃升的结果

6. 虚拟化与云计算概述 一 云计算的定义——wiki 服务 弹性能力 多租户 互联网 IaaS PaaS 虚拟化 动态配置 按需付费 SaaS

7. 虚拟化与云计算概述 一 云计算的定义——NIST 美国国家标准技术研究院 云计算是一种模型，它可以实现随时随地，便捷地，随需应变地从可配置计算资源共享池中获取所需的资源(例如，网络、服务器、存储、应用、及服务)，资源能够快速供应并释放，使管理资源的工作量和与服务提供商的交互减小到最低限度。云计算的基本特点是：随需应变的自助服务、无处不在的网络访问、资源共享池、快速而灵活、计量付费服务。 广大用户依托互联网某些节点强大的信息资源、包括存储资源、计算资源、软件资源、数据资源，管理资源为我所用，强调需求驱动，用户主导，按需服务，即用即付，用完即散，不对用户集中控制，用户不关心服务者在什么地方。

8. 虚拟化与云计算概述 一

9. 虚拟化与云计算概述 一 狭义的理解 狭义的云计算指的是厂商通过分布式计算和虚拟化技术搭建数据中心或超级计算机，以免费或按需租用方式向技术开发者或者企业客户提供数据存储、分析以及科学计算等服务，比如亚马逊数据仓库出租生意。

10. 虚拟化与云计算概述 一 通俗的理解 通俗的理解是，云计算的“云“就是存在于互联网上的服务器集群上的资源，它包括硬件资源（服务器、存储器、CPU等）和软件资源（如应用软件、集成开发环境等），所有的处理都在云计算提供商所提供的计算机群来完成。

11. 虚拟化与云计算概述 一 云计算的定义——NIST 美国国家标准技术研究院 云计算模型的3个纬度：部署模型、服务模型与基本特征。 Essential characteristics 基本特征 Broad network access 广泛的网络接入 Measured Service 可计量的服务 On-demand Self-service 按需自助 Rapid elasticity 快速的弹性 Resource Pooling 资源池化 Service Models 服务模型 Software as a Service 软件即服务 Platform as a Service 平台即服务 Infrastructure as a Service 基础设施即服务 Deployment Models 部署模型  Private Cloud 私有云 Community Cloud 社区云 Hybrid Cloud 混合云 Public Cloud 公有云

12. 虚拟化与云计算概述 一 云计算的定义——NIST 美国国家标准技术研究院 服务模型： SaaS：提供给客户的服务是运营商运行在云计算基础设施上的应用程序，用户可以在各种设备上通过瘦客户端界面访问，如浏览器。消费者不需要管理或控制任何云计算基础设施，包括网络、服务器、操作系统、存储，等等。 PaaS：提供给消费者的服务是把客户采用提供的开发语言和工具（例如Java、python、.Net等）开发的或收购的应用程序部署到供应商的 云计算基础设施上。客户不需要管理或控制底层的云基础设施，包括网络、服务器、操作系统、存储等，但客户能控制部署的应用程序，也可能控制运行应用程序的 托管环境配置。 IaaS: 提供给消费者的服务是对所有设施的利用，包括处理、存储、网络和其他基本的计算资源，用户能够部署和运行任意软件，包括操作系统和应用程序。消费者不管理 或控制任何云计算基础设施，但能控制操作系统的选择、储存空间、部署的应用，也有可能获得有限制的网络组件（例如，防火墙、负载均衡器等）的控制。

13. 虚拟化与云计算概述 一 服务模型与系统架构： 云计算系统分为两部分：前端和后端。 • 前端指用户的计算机或客户端，包括用户计算机（或计算机网络）以及云计算系统登陆程序。不同的云计算系统具有不同的用户界面。以网络为基础的邮件系统一般都借助IE或Firefox等网络浏览器登陆。其他云计算系统具有各自不同的登陆程序，用户可以运行登陆程序接入网络。 • 计算机后端是各种各样的计算机、服务器和数据存储系统，它们共同组成了云计算系统中的“云”。理论上，从数据处理到视频游戏，只要您能想到的计算机程序，云计算系统都能运行。一般来说，每个应用程序都有其专用的服务器。 • 二者通过网络相互连接。

14. 虚拟化与云计算概述 一 云计算体系结构

15. 虚拟化与云计算概述 一 物理资源层包括计算机、存储器、网络设施、数据库和软件等； 资源池层是将大量相同类型的资源构成同构或接近同构的资源池，如计算资源池、数据资源池等。构建资源池更多是物理资源的集成和管理工作，例如研究在一个标准集装箱的空间如何装下2000个服务器、解决散热和故障节点替换的问题并降低能耗。

16. 虚拟化与云计算概述 一 • 管理中间件负责对云计算的资源进行管理，并对众多应用任务进行调度，使资源能够高效、安全地为应用提供服务； • SOA构建层将云计算能力封装成标准的Web Services服务，并纳入到SOA体系进行管理和使用，包括服务注册、查找、访问和构建服务工作流等。管理中间件和资源池层是云计算技术的最关键部分，SOA构建层的功能更多依靠外部设施提供。

17. 虚拟化与云计算概述 一 • 计算的管理中间件负责资源管理、任务管理、用户管理和安全管理等工作。 • 资源管理负责均衡地使用云资源节点，检测节点的故障并试图恢复或屏蔽之，并对资源的使用情况进行监视统计； • 任务管理负责执行用户或应用提交的任务，包括完成用户任务映象(Image)的部署和管理、任务调度、任务执行、任务生命期管理等等；

18. 虚拟化与云计算概述 一 • 用户管理是实现云计算商业模式的一个必不可少的环节，包括提供用户交互接口、管理和识别用户身份、创建用户程序的执行环境、对用户的使用进行计费等； • 安全管理保障云计算设施的整体安全，包括身份认证、访问授权、综合防护和安全审计等。

19. 虚拟化与云计算概述 一 云计算的定义——NIST 美国国家标准技术研究院 部署模型： • 企业独立拥有或独立承租的云系统 • 在特定社区内共享的云系统，如：由某公司及其合作伙伴共同承建并分享使用的云系统 • 面向公众开放租售的大规模云系统 • 由以上三种云系统中的两种以上的云系统共同配合而提供IT能力的混合型云系统 私有云 社区云 公有云 混合云

20. 虚拟化与云计算概述 一 云计算的定义——NIST 美国国家标准技术研究院 基本特征： 按需自助服务（On Demand Self-Service）：消费者可以按需方便地获得计算资源，如服务器时间和网络存储，不需要与服务供应商进行人工交互。 泛在的网络访问方式（Broad Network Access）：可以通过各种网络渠道，以统一标准的机制（如浏览器，相同的API等）获取服务, 但是客户端可以是多种多样的瘦客户端或富客户端（例如移动电话、笔记本电脑、PDA等）。 动态的资源池（Resource Pooling）：供应商的计算资源可以被整合为一个动态资源池，以多租户模式服务所有客户，不同的物理和虚拟资源可根据客户需求动态分配。服务商需实现 资源的位置无关性，客户一般不需要知道所使用的资源的确切地理位置，但在需要的时候客户可以指定资源位置（如哪个国家，哪个数据中心等）的要求。

21. 虚拟化与云计算概述 一 云计算的定义——NIST 美国国家标准技术研究院 基本特征： 快速可伸缩性（Rapid Elasticity，云计算的目标之一就是要把网格、SOA等技术商用化、通俗化，所以用"弹性"（Elasticity）这样的词，而不是 IT业界称常用的"可伸缩性"（Scalability）这个词）：可以迅速、弹性地提供服务，能快速扩展，也可以快速释放实现快速缩小。对客户来说，可 以租用的资源看起来似乎是无限的，可在任何时间购买任何数量的资源。 可计量的服务（Measured Service）：服务的收费可以是基于计量的一次一付，或基于广告的收费模式。系统以针对不同服务需求（例如，CPU时间、存储空间、带宽、甚至按用户 账号的使用率高低）来计量资源的使用情况和定价，以提高资源的管控能力和促进优化利用。整个系统资源可以通过监控和报表的方式对服务提供者和使用者透明 化。

22. 虚拟化与云计算概述 一 对云计算的理解： 理解1：云计算最简单的解释就是将其描述为“以互联网为中心的软件”。 理解2：云计算指的是一个大的宏图，基本上说，就是让用户透过 Internet 访问技术服务，现在，我每次登陆 Facebook 或搜索航班，事实上都是在使用云计算。 理解3：云计算还有很多令人费解的东西，然而不必如此复杂，只有三种服务是基于“云”的，SaaS，PaaS 和云计算平台。 理解4：云是一个庞大的资源池，你按需购买；云是虚拟化的；云可以象自来水，电，煤气那样计费 理解5：云计算是用户友好的网格计算。 理解6：当我们向不懂计算机技术的人提供虚拟技术的时候，我们希望虚拟或隐藏的是其复杂性。绝大多数人希望同应用或服务，而不是软件打交道。对于云计算，我们希望软件本身被虚拟或躲藏在系统或专业人员的背后，或者说“云”的背后 理解7：云计算就是将以前那些需要大量软硬件投资以及专业技术能力的应用，以基于 Web 服务的方式提供给用户。

23. 虚拟化与云计算概述——关键技术 一 易伸缩 高可用 易管理 关键技术需求 On-Demand （提供与计费） 灵活性 面向服务 安全性 虚拟化

24. 虚拟化与云计算概述——虚拟化技术 一 • 虚拟化指对计算资源进行抽象的一个广义概念。虚拟化对上层应用或用户隐藏了计算资源的底层属性。它既包括使单个的资源（比如一个服务器，一个操作系统，一个应用程序，一个存储设备）划分成多个虚拟资源，也包括将多个资源（比如存储设备或服务器）整合成一个虚拟资源。虚拟化技术是指实现虚拟化的具体的技术性手段和方法的集合性概念。虚拟化技术根据对象可以分成存储虚拟化、计算虚拟化、网络虚拟化等。计算虚拟化可以分为操作系统级虚拟化，应用程序级，和虚拟机管理器。虚拟机管理器分为宿主虚拟机和客户虚拟机。

25. 虚拟化与云计算概述——虚拟化技术 一 虚拟化的目的： 虚拟化的主要目的是对 IT 基础设施进行简化。它可以简化对资源以及对资源管理的访问。 　 用户通过受虚拟资源支持的标准接口对资源进行访问。使用标准接口，可以在 IT 基础设施发生变化时将对消费者的破坏降到最低。例如，最终用户可以重用这些技巧，因为他们与虚拟资源进行交互的方式并没有发生变化，即使底层物理资源或实 现已经发生了变化，他们也不会受到影响。另外，应用程序也不需要进行升级或应用补丁，因为标准接口并没有发生变化。 虚拟化降低了应用系统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产生最少影响的基础上实现对 IT 基础设施的管理。

26. 虚拟化与云计算概述——虚拟化技术 一 两类虚拟化技术： 完全虚拟化技术 完全虚拟化方法使用名为hypervisor的一种软件，在虚拟服务器和底层硬件之间建立一个抽象层。Vmware vSphere和微软的Hyper-V是代表该方法的两个商用产品，而基于核心的虚拟机(KVM)是面向Linux系统的开源产品。 hypervisor可以捕获CPU指令，为指令访问硬件控制器和外设充当中介。因而，完全虚拟化技术几乎能让任何一款操作系统不用改动就能安装到虚拟服务器上，而它们不知道自己运行在虚拟化环境下。主要缺点是，hypervisor给处理器带来开销。 　　在完全虚拟化的环境下，hypervisor运行在裸硬件上，充当主机操作系统;而由hypervisor管理的虚拟服务器运行客户端操作系统(guest OS)。

27. 虚拟化与云计算概述——虚拟化技术 一 两类虚拟化技术： 操作系统层虚拟化 就操作系统层的虚拟化而言，没有独立的hypervisor层。相反，主机操作系统本身就负责在多个虚拟服务器之间分配硬件资源，并且让这些服务器彼此独 立。 　　虽然操作系统层虚拟化的灵活性比较差，但本机速度性能比较高。此外，由于架构在所有虚拟服务器上使用单一、标准的操作系统，管理起来比异构环境要容易。 例子： Vmware workstation

28. 虚拟化与云计算概述 一 虚拟化技术： 虚拟化技术主要为了解决如何让软件应用与底层硬件实现分离，解除硬件与软件的耦合关系。例如X86的机器能够运行Mac OS系统以及应用。主要目的是为了让同一台物理服务器可以运行多个应用系统，从而提升物理服务器的利用率。例如上面的例子，原来每个机器的利用率只有20%，但各自运行着Windows NT、Windows Server 2003以及Linux，通过虚拟化技术使得中间的服务器能够同时承载不同的OS，从而可以运行不同的应用，提升利用率（中间服务器利用率达到70%），降低能耗（两边的服务器可以关机）。并且可以实现不同应用的数据隔离。

29. 虚拟化与云计算概述 一 虚拟化技术： • 虚拟化技术可用于整合资源，提升资源利用率，降低能耗，是绿色IT的关键技术。 • 虚拟化技术使得不同用户的应用运行在同一个服务器资源上，却可以保证不同用户数据的隔离。 • 虚拟化技术使得VM（虚拟机，一个映射文件）能够在底层服务器发生故障，自动迁移到其他状态良好的服务器上，甚至整个数据中心发生灾难，都能够实现快速恢复。 • 虚拟化技术使得用户的系统配置需求能够快速获得满足，不同配置的VM（资源+OS+App）能够自动部署到资源池上。 • IaaS是通过互联网请求和配置VM的（例如需要能够运行Windows Server 2003和Oracle DB，要求500G硬盘，CPU为3GHZ），如果不采用虚拟化，需要人工去寻找特定的服务器（x86）以及相应的配置，并且进行安装部署 • 虚拟化技术使得用户的VM能够实现动态弹性变更，而不需要预先预测容量需求 • IaaS服务的一大特色正是用户可以在互联网弹性变更资源需求 X

30. 虚拟化与云计算概述 一 虚拟化技术：在线资源扩展 虚拟机 虚拟机 虚拟机 虚拟机 ESX 物理主机 ESX 物理主机 ESX 物理主机 ESX 物理主机 IP SAN EqualLogic 自动路径虚拟化 (平滑数据迁移)

31. 虚拟化与云计算概述 一 虚拟化技术：自动负载均衡 虚拟机 虚拟机 虚拟机 ESX 物理主机 ESX 物理主机 ESX 物理主机 IPSAN

32. 虚拟化与云计算概述 一 虚拟化技术：高可用性 虚拟机 虚拟机 虚拟机 ESX 物理主机 ESX 物理主机 ESX 物理主机 IP SAN

33. 虚拟化与云计算概述 一 虚拟化技术：工作量和能源消耗管理 当工作量恢复正常时, 空置的服务器将自动加入 服务器电源启动来满足需求 达到低需求利用率界点，服务器进入维护状态 非工作时间: 整体应用需求降低 节省电能和冷却损耗直到应用需求恢复正常 7 1 资源池 – 当天的工作结束 ~40% 利用率 资源池 – 当天的工作开始 ~60% 利用率 资源池 – 当天的工作高峰期 ~80% 利用率

34. 服务器维护/升级——零宕机 告警被送至IT管理员（一对多框架） 服务器发出OpenManage告警 虚拟机智能迁移（均衡负载） VirtualCenter启动VMotion即时迁移 IT管理员发送命令至VirtualCenter 虚拟机 虚拟机 虚拟机 虚拟机 应用 应用 应用 应用 操作系统 操作系统 操作系统 操作系统 虚拟层： VMWare ESX服务器 虚拟化与云计算概述 一 虚拟化技术：业务不间断维护 VMware VirtualCenter一对多虚拟机管理 为启用VMotion而进行的SAN配置 VM 1 VM 2 VM 3 VM 4 ESX服务器 VM ESX服务器 VM VM VM VM ESX服务器 Dell | EMC SAN VM VM ESX服务器 VM VM VM IT Assistant：一对多服务器管理 ESX服务器 戴尔PE6850s上的VMware ESX 服务器

35. 虚拟化与云计算概述 一 虚拟化与云计算的差异 虚拟化是云计算的关键技术之一，实现云计算必须使用虚拟化技术，实现资源的动态弹性分配。任何一个云计算管理平台，都是构建在虚拟化管理平台的基础之上的。 虚拟化资源使用需要管理员进行管理和分配，云计算是用用户自助管理和使用。 云计算完全解除了的软件和硬件耦合度，所有基础设施资源均虚拟化后通过资源池进行配额衡量，与硬件无关。虚拟化虽然实现了资源池化，但资源的分配仍旧需要与硬件存在一定程度上的关联。

36. 虚拟化与云计算概述 一 虚拟化技术： 解耦并分离“业务服务”与其运行的“基础架构平台”（虚拟化） 客户能够灵活选择业务服务、开发环境、基础架构等开箱即用的IT能力，且能够根据使用付费而不需要签订长期合同 基于一个大规模的共享资源池，能够以弹性方式按需的满足业务对IT能力的需求 帮助客户从资产成本转换为运营成本 基于运营效率的提升及快速发布能力来帮助降低成本

37. 虚拟化与云计算概述 一 虚拟化云计算的好处：某局的案例 信息化快速发展，对服务器要求激增 • 业务系统超过10个 • 2007年，服务器需求超过50台 • 2008年，服务器需求超过100台 • 2009年，服务器需求超过120台 降低设备总体拥有成本（ITO） 成为首要任务！！ 如使用物理服务器满足要求，机房面积随之剧增 需由原来300平米扩建到450平米以上 电源、空调等配套数量也随之增长 服务器及配套设施投入投入将近1000万元 PC服务器平均使用率不到20%

38. 虚拟化与云计算概述 一 虚拟化云计算的好处：降低总体拥有成本——绿色IT 单位应用程序的资金开支和运营开支减少50% 大大减少机房电源、空间、空间、网络配置等资源消耗 每年节省电量超过100万千瓦时

39. 虚拟化与云计算概述 一 虚拟化云计算的好处：服务器快速部署，无缝升级

40. 系统维护 专业维护 专业维护 专业维护 专业维护 系统集成 快速集成 快速集成 快速集成 快速集成 系统建设 快速建设 快速建设 快速建设 快速建设 系统采购 快速采购 快速采购 快速采购 快速采购 系统设计 快速设计 快速设计 快速设计 快速设计 虚拟化与云计算概述——对实施的影响 一 APP1 APP2 APP3 APP4 APP1 APP2 APP3 APP4 供应商：改变目前IT架构供应商繁多，良莠不齐的现状 供应商A 供应商A 供应商B 供应商C 供应商E 供应商F 供应商G 供应商H 业务层：做到业务与采购无关性，随时随地支撑业务的培育、变更 APP APP APP APP 随时随地支撑业务的培育、变更 企业云平台 中间件：为业务平台统筹建设，各业务系统共用，高效新业务生成 中间件 中间件 中间件 中间件 统一中间件平台 数据库：实现统一部署，统筹考虑和采购 统一部署数据库 数据库 数据库 数据库 数据库 网管：先于业务实现基本网管，业务级网管更加简便实现 统一网管平台 系统管理 系统管理 系统管理 系统管理 虚拟服务器池：按需规划，高资源利用率，按需申请 服务器 服务器 服务器 服务器 虚拟服务器池 存储虚拟化：按需规划，高利用率，统一扩容 存储备份 存储备份 存储备份 存储备份 SAN NAS DAS 云存储 存储设备池 网络虚拟化：统筹考虑安全，按中心或者机房复用网络和安全等IT设备 网络安全 网络安全 网络安全 网络安全 网络安全设备池 维护体系变革：从按业务看护式维护过渡到主机、阵列、数据库专业式维护，减员增效 系统维护 系统维护 系统维护 系统集成变革：从分系统集成所有设备到只需考虑应用层集成，速度增加 系统集成 系统集成 系统集成 系统建设变革：从烟囱式建设方式到从资源池中分配资源的快速建设方式 系统建设 系统建设 系统建设 系统采购变革：更便于按需采购，减少决策风险 系统采购 系统采购 系统采购 系统设计变革：全面考虑，系统设计，更易考虑绿色环保和标准化 系统设计 系统设计 系统设计

41. 目 录 一 二 虚拟化与云计算的概述 虚拟化技术的介绍

42. 虚拟化技术介绍 二 • 虚拟化技术覆盖多种基础设施，主要技术包括： • 服务器虚拟化：产品代表（vmware vSphere,Citrix Xenserver,Microsoft Hyper-V ，开源的Xen,Redhat KVM） • 桌面虚拟化: 产品代表（Vmware View,Citrix Xendesktop, Microsoft VDA ） • 应用虚拟化:代表产品（Citrix XenApp, Microsoft RemoteApp） • 存储虚拟化 • 网络虚拟化 (VPN) • 针对虚拟化技术的安全、监控、备份、容灾技术(vShield Endpoint ,vFoglight ,vRanger ,Vmware SRM)

43. 虚拟化技术介绍 二 服务器虚拟化： 虚拟化前 虚拟化后 App 未更改过的应用 Operating System 未更改过的OS 虚拟硬件 • 软件必须与硬件相结合 • 每台机器上只有单一的操作系统镜像 • 每个操作系统只有一个应用程序负载 • 每台机器上有多个负载 • 软件相对于硬件独立

44. 虚拟化层 虚拟化层 虚拟化层 虚拟化层 虚拟层 新一代数据中心架构 资源池化，共享 传统数据中心视图 虚拟架构视图 File/Print Exchange Operating System Operating System Operating System Operating System CPU池 内存池 CRM VPN 存储池 Operating System Operating System Operating System Operating System 连接部件池

45. CPU池 内存池 存储池 虚拟架构 连接部件池 资源池化，共享

46. 虚拟化使得低利用率的服务器负载整合到一台服务器，虚拟化使得低利用率的服务器负载整合到一台服务器， 安全可靠地达到很高的硬件利用率 虚拟化技术介绍 二 服务器虚拟化： 提高 硬件使用率 虚拟化之前 虚拟化之后

47. 虚拟化技术介绍 二 服务器虚拟化：快速统一部署服务器 • 部署挑战： • 依赖硬件可用性 • 易发生人为错误 • 标准化困难 • 审核困难 • 需要数天，甚至数周

48. 虚拟化技术介绍 二 服务器虚拟化：降低服务器投资成本 硬件投资减少50% • 将不同应用负载虚拟化使得用户可以大大减少服务器的数量 • 典型的平均整合比率在8:1到15:1

49. 虚拟化技术介绍 二 服务器虚拟化：降低能耗和空调、空间， 电量消耗减少50% • 电力消耗是按照服务器平稳运行状态下进行计算的。但是还有其它节省：变压设备、不间 断电源(UPS)、电源线、风扇、空调、加湿器、照明等等。 • 以2U服务器为单位计算。

50. VI Client Web 浏览器 图形终端 VM VM VM VM VM ESX/ESXi 虚拟化技术介绍 二 服务器虚拟化：Vmware服务器虚拟化物理拓扑结构 VirtualCenter 管理服务器 服务器群1 服务器群2 服务器群3 备份服务器 Fabric IP网络 FC交换机 FC存储阵列 iSCSI 存储阵列 NAS 存储阵列 50