虚拟化技术

1. 计算虚拟化

主操作系统：运行在真实机器上

客户操作系统：运行在主操作系统之上

Hypervisor：管理和调度各个客户操作系统，为客户操作系统提供了一个硬件的接口层面

类型1：运行在真实机器上，例如VMWARE

类型2：运行在主操作系统上，例如MS Virtual PC

类型0:1和2兼有

服务器虚拟化：

指令集的翻译（二进制翻译、缓存）

I/O设备的仿真：让虚拟机操作系统访问不支持的硬件

保护处理器的数据结构：影子处理器

核心问题：内存的保护管理

半虚拟化：修改虚拟机操作系统，不能做的操作就不要做

影子页表：不用改动虚拟操作系统，Hypervisor会捕获异常的访问请求（中断），拒绝不被允许的操作

硬件支持的虚拟化：二级地址转换表

2. 网络虚拟化

虚拟网络：“一个大交换机”上的二层网络（广播）

让一个大的、复杂的网络看起来像，每个用户自己用一个二层网络。

传统方式：

VLAN：区分广播域

端口分属不同VLAN（物理隔离）

多个VLAN共享一个端口（VLAN标签）、成本低但是数量有限：2^12

VXLAN

三层的隧道

IP组播

VTEPs负责打包和解包

传统网络：控制面与数据面集成在同一个设备中、不同网络设备之间通过协议决定如何转发

软件定义网络：控制面与数据面分开，控制面集中管理，放在服务器

例子：open flow

交换机不具有逻辑，问controller，形成缓存

基于软件定义网络实现的虚拟二层网络：Portland

二层网络广播实现，交换机要记住大量状态，根源在于MAC地址不连续（设备决定，跟网络位置无关）

网络截获所有ARP广播，把无序的MAC地址改成与物理位置相关的地址，转发数据包，改回原来的MAC地址

网路虚拟化对虚拟机的支持：虚拟交换机

VM-----tag-----虚拟交换机-----物理网口

3. 存储虚拟化

独立于数据位置、独立于物理存储技术

块接口：

磁盘阵列，看起来像一块磁盘

文件接口：

文件系统

对象存储接口：

基于HTTP协议

扁平命名空间（key）

分布式存储实现方式：

SAN：存储服务器通过专用网络连接

NAS：存储服务器通过通用网络连接

      In-land：虚拟化设备

      Out-land:根命名空间

4. 虚拟化总结

优势：

统一抽象的接口，隐藏了复杂的硬件结构

灵活、可以软件定义

易于管理、更容易保证安全

问题：

虚拟化有一定的资源开销

通常没有实现性能的隔离

过多层的抽象

发展趋势：软件定义数据中心

网络功能的虚拟化：防火墙

还有什么可以虚拟化：供电、散热…

虚拟化与云计算之间还差：资源的管理与调度

5. 一个虚拟机的生命周期

用户通过界面或命令行向API发送“create instance”到消息队列

API节点记录最新虚拟机信息，发送调度请求给调度器

调度器找到可用的计算节点，向计算节点发送“vm provision”请求

计算节点通过虚拟机hypervisor启动虚拟机，去镜像存储服务获取虚拟机磁盘镜像

计算节点向网络节点发信息，请求给新创虚拟机分配网络资源

网络节点通过配置虚拟交换机、VLAN等，实现虚拟网络，并在数据库中记录网络信息

计算节点向虚拟存储服务要求新建虚拟磁盘卷，并通过iSCSI协议挂载

用户通过界面查询虚拟机创建的结果

6. 云计算总结

性能：并行化

经济性：规模化、公有云

可管理：虚拟化

虚拟化提供了硬件资源的抽象；

云计算为大数据提供了硬件、系统软件的基础；

用户看到的接口：虚拟的计算，虚拟的网络，虚拟的存储

但是，虚拟化不意味着统一化，用户创建的多个虚拟机之间依旧是相互独立的，要让多个虚拟机一起处理一个数据

一是分布式编程（麻烦、易错）；

二是更高层次的架构抽象，生成一个抽象的单一系统----分布式存储、计算框架（让用户看起来就像在用一台计算机进行编程）

总而言之：一个好的云计算系统，要让用户彻底忘记底层的硬件，看到的是一个好的虚拟化的接口，用户需要多少资源，就请求多少资源