02-虚拟化与云计算（chapter2）

Posted 2021-05-02 北九南二

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了02-虚拟化与云计算（chapter2）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

Chapter2: 虚拟化概论

一. 虚拟化定义：将原本运行在真实环境上的计算机系统或组件运行在虚拟出来的环境中。

计算机系统分为若干层次，从下至上：

底层硬件资源、操作系统、操作系统提供的应用程序变成接口，以及运行在OS之上的应用程序。

虚拟化技术可以在这些不同层次之间构建虚拟化层，向上提供与真实层次相同或类似的功能，使得上层系统可以运行在该中间层之上。中间层可以解除其上下两层间原本存在的耦合关系，使上层运行不依赖于下层的具体实现。

虚拟内存技术：在磁盘存储空间中划分一部分作为内存的中转空间，负责存储内存中存放不下且暂时不用的数据，当程序用到这些数据时，再将它们从磁盘换入到内存中。

虚拟化的核心理念：以一种透明的方式提供抽象了的底层资源

虚拟化的对象是各种各样的资源；
经过虚拟化后的逻辑资源对用户隐藏了不必要的细节；
用户可以在虚拟环境中实现其在真是环境中的部分或者全部功能。

虚拟化是资源的逻辑表示，它不受物理限制的约束（资源可以是各种硬件资源，如CPU/内存/存储/网络，也可以是各种软件资源）

二. 虚拟化类型

系统虚拟化（最多的）

VMware Workstation在个人电脑上虚拟出一个逻辑系统，用户可以在这个虚拟的系统上安装和使用另一个操作系统及其上的应用程序，如同使用一台独立的电脑
虚拟系统---“虚拟机”
VMware Workstation---“虚拟化软件套件”

分类：

1）基础设施虚拟化

网络虚拟化：将网络的硬件与软件资源整合，向用户提供虚拟网络连接的虚拟化技术

--局域网络虚拟化，eg. 虚拟局域网（VLAN），可以将一个物理局域网划分成多个虚拟局域网，甚至将多个物理局域网里的节点划分到一个虚拟的局域网中，使得虚拟局域网中的通信类似于物理局域网的方式，并对用户透明。

--广域网络虚拟化，eg. 虚拟专用网，抽象化了网络连接，使得远程用户可以随时随地访问公司内部网络，且感觉不到物理连接和虚拟连接的差异性。

存储虚拟化：为物理的存储设备提供一个抽象的逻辑视图，用户可以通过这个视图中的统一逻辑接口来访问被整合的存储资源

--基于存储设备的存储虚拟化，eg. 磁盘阵列技术（RAID）,将多块物理磁盘组合成为磁盘阵列，用廉价的磁盘设备实现了一个统一的、高性能的容错存储空间。

--基于网络的存储虚拟化，eg. 网络附加存储（NAS）和存储区域网（SAN）

2）系统虚拟化

核心思想：使用虚拟化软件在一台物理机上虚拟出一台多多台虚拟机（Virtual Machine， VM）

虚拟机：使用系统虚拟化技术，运行在一个隔离环境中，具有完整硬件功能的逻辑计算系统，包括客户操作系统和其中的应用程序

3）软件虚拟化

三、服务器虚拟化

将系统虚拟化技术应用于服务器上，将一个服务器虚拟成若干个服务器使用。

服务器虚拟化为虚拟服务器提供了能够支持其运行的硬件资源抽象，包括虚拟Bios、虚拟处理器、虚拟内存、虚拟设备与I/O，为虚拟机提供了良好的隔离性与安全性。

实现：服务器虚拟化通过虚拟化软件向上提供对硬件设备的抽象和对虚拟服务器的管理。

虚拟监视器（VMM），负责对虚拟机提供硬件抽象资源，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，它直接运行在硬件之上，因此其实现直接受底层体系结构的约定。

四、核心技术

服务器虚拟化必备的是对三种硬件资源的虚拟化：CPU/内存/设备与IO

CPU虚拟化：把物理CPU抽象成虚拟CPU，任意时刻一个物理CPU只能运行一个虚拟CPU的指令，每个客户操作系统可以使用一个或多个虚拟CPU。在这些客户操作系统之间，虚拟CPU的运行相互隔离，互不影响。
内存虚拟化：把物理机的真实内存统一管理，包装成多个虚拟的物理内存分别供若干个虚拟机使用，使得每个虚拟机拥有各自独立的内存空间。
设备与I/O虚拟化：把物理机的真实设备统一管理，包装成多个虚拟设备给若干个虚拟机使用，响应每个虚拟机的设备访问请求和I/O请求。
实时迁移技术：在虚拟机的运行过程中，将整个虚拟机的运行状态完整、快速地从原来所在的宿主机硬件平台迁移到新的宿主机硬件平台上，在整个迁移过程时平滑的，用户几乎不会察觉到任何差异。

四、其他虚拟化技术

网络虚拟化，虚拟局域网、虚拟专用网
存储虚拟化
桌面虚拟化，将用户的桌面环境与其使用的终端设备解耦合，服务器中存放的是每个用户的完整桌面环境，用户可以使用不同的具有足够处理和显示功能的终端设备（PC/智能手机），通过网络访问该桌面环境。

好处：1）能够使用软件从集中位置来配置PC及其他客户端设备，系统维护部门可在数据中心，而不是在每个用户的桌面管理众多的企业客户机，减少现支持工作，并且加强了对应用软件和补丁管理的控制。2）由于用户的桌面环境被保存成一个个虚拟机，通过对虚拟机进行快照、备份，就可以对用户的桌面环境进行快照、备份。当用户的桌面环境被攻击，或者出现重大操作错误时，用户可以恢复保存的备份。

应用虚拟化：把应用对底层的系统和硬件的依赖抽象出来，从而解除应用于操作系统和硬件的耦合关系。