《虚拟化与云计算》笔记（一）

第一章数据中心的构建与管理

 

数据中心按可用性的不同可分为四个等级（tier）：

第一等级被称作基础级（basic site infrastructure），该级别的数据包中心没有冗余设备（包括计算和存储），所有设备由一整套线路系统（包括电力和网络）相联通

第二等级被称为具冗余设备级（redundant capacity components site infrastructure），该级别数据中心具有冗余设备，但所有设别任由一条线路系统相联通

第三等级被称为可并行维护级（concurrently maintainable site inrastructure）,所有计算机设备具备双电源，有多套线路系统

第四等级被称为容错级(fault tolerant site infrstrueture)，具有多重的、独立的、物理上相分隔的冗余设备，拥有动态分布的多套线路系统

 

服务器的CPU频率、内存大小、磁盘容量、I/O性能、网络带宽和电源供给能力等要达到均衡和协调

 

服务器的能耗分为两部分：1.CPU的能耗，这部分和CPU的利用率直接相关；2.主板、内存、网络到呢个其他部件的能耗，这部分能耗为固定值

 

 

第二章虚拟化概论

 

从操作系统的虚拟内存到java语言虚拟机到基于x86体系结构的服务器虚拟化技术的蓬勃发展

 

虚拟内存技术屏蔽了程序所需内存空间的存储位置和访问方式等实现细节，使程序看到的是一个统一的地址空间。这体现了虚拟化的核心理念，以一种透明的方式提供抽象了的底层资源。

 

虚拟化是资源的逻辑表示，它不受物理限制的约束

 

虚拟化的常见类型：

1.基础设施虚拟化

网络虚拟化：将网络的硬件和软件资源整合，向用户提供虚拟网络连接的虚拟化技术（vlan,vpn等）

存储虚拟化：为物理的存储设别提供一个抽象的逻辑视图，用户可以通过这个视图中的同意逻辑接口来访问被整合的存储资源（raid,nas,san）存储虚拟化是指物力上分散存储的众多文件整合为一个统一的逻辑视图，方便用户访问，提高文件管理的效率

 

2.系统虚拟化

在服务器上虚拟多个服务器，可以提高服务器的利用率

 

3.软件虚拟化

包括应用虚拟化和高级语言虚拟化

应用虚拟化为应用程序提供了一个虚拟的运行环境。

高级语言虚拟化解决的是可执行程序在不同体系结构计算机之间迁移的问题（java）

 

服务器虚拟化的实现方式：

1.寄宿虚拟化。虚拟机监视器是运行在宿主操作系统之上的应用程序，利用宿主操作系统的功能来实现硬件资源的抽象和虚拟机的管理（VM WORKSTATION）。实现容易，性能差

2.原生虚拟化。虚拟化平台直接运行在硬件之上。性能好，实现复杂

 

 

服务器虚拟化必须对三种硬件资源虚拟化：CPU、内存、设备与I/O

1.CPU虚拟化。把物理CPU抽象成虚拟CPU，任意时刻一个物理CPU只运行一个虚拟CPU的指令，每个客户操作系统可以使用一个或多个虚拟CPU

为了解决虚拟机中的敏感指令不能被直接作用与真实硬件的问题，有两种方案1.全虚拟化的二进制代码动态翻译技术，2.半虚拟化的超级调用技术

受限于系统复杂性和性能开销等问题，出现了硬件辅助虚拟化，通过在CPU中加入新的指令集和处理器运行模式来完成相关功能

 

2.内存虚拟化。内存是虚拟机最频繁访问的设备。

虚拟机监视器需要维护物理机内存地址块和虚拟机内部看到的连续内存块的映射关系，保证虚拟机的内存访问是连续的、一致的。

 

为了虚拟内存，现在所有基于x86架构的CPU都配置了内存管理单元和页表转换缓冲，通过它们来优化虚拟内存的性能。

 

内存虚拟化管理单元的实现主要有两种方法，1.影子页表法2.页表写入法

 

3.设备与I/O虚拟化

虚拟化平台将物理机的设备虚拟化，把这些设备标准化为一系列虚拟设别。这种方式的好处是虚拟机不依赖于底层物理设备的实现，只要虚拟化平台一致，虚拟机就可以在不同的物理平台上进行迁移。

 

每一个虚拟机都被分配了一个虚拟的网络接口，从虚拟机内部看来是一块虚拟网卡。服务器虚拟化要求对宿主操作系的网络接口驱动进行修改，经过修改后，物理机的网络借口不仅要承担原有网卡的功能，还要通过软件虚拟出一个交换机。

 

虚拟机之间通信时，这个过程不需要占用物理带宽。

 

 

4.实时迁移技术

此技术可以保证在不宕机的情况下将虚拟机迁移到另外一台物理机上