大學(xué)校園網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與搭建@文獻(xiàn)綜述(虛擬化技術(shù))

單位代碼XX學(xué)號(hào)XXXXXX分類號(hào)XXXX密級(jí)文獻(xiàn)綜述虛擬化技術(shù)的總體綜述院〔系〕名稱XX學(xué)院專業(yè)名稱計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)生姓名XX指導(dǎo)教師XXX2013年虛擬化技術(shù)的總體綜述摘要隨著我國(guó)新隨著信息技術(shù)的快速開展，今天的趨勢(shì)已經(jīng)顯而易見：計(jì)算無(wú)處不在，更強(qiáng)大也更便攜，它不斷幫助員工沉著應(yīng)對(duì)新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，進(jìn)而顯著的改良著業(yè)務(wù)能力。但與此同時(shí)，與之相伴的管理本錢和復(fù)雜性也前所未有的提升。對(duì)IT部門而言，其結(jié)果就是出現(xiàn)一系列相互矛盾的需求：敏捷度、易用性之于平安和法規(guī)遵從，性能之于本錢，創(chuàng)新之于可靠性和連續(xù)性，等等。在很多方面，目前IT專業(yè)人員所面臨的最大挑戰(zhàn)是解決內(nèi)在的壓力，并設(shè)法創(chuàng)立能夠同時(shí)提供靈活度和控制能力的信息根底架構(gòu)。為使這一切成為可能，原本用于隔離或解除捆綁計(jì)算資源關(guān)系的虛擬化技術(shù)，將被應(yīng)用于計(jì)算堆棧中的每個(gè)層，從數(shù)據(jù)中心到桌面皆是如此。虛擬化是一個(gè)廣義的術(shù)語(yǔ)，是指計(jì)算元件在虛擬的根底上而不是真實(shí)的根底上運(yùn)行，是一個(gè)為了簡(jiǎn)化管理，優(yōu)化資源的解決方案。如同空曠、通透的寫字樓，整個(gè)樓層幾乎看不到墻壁，用戶可以用同樣的本錢構(gòu)建出更加自主適用的辦公空間，進(jìn)而節(jié)省本錢，發(fā)揮空間最大利用率。這種把有限的固定的資源根據(jù)不同需求進(jìn)行重新規(guī)劃以到達(dá)最大利用率的思路，在IT領(lǐng)域就叫做虛擬化技術(shù)。同時(shí)，虛擬化是支撐云計(jì)算偉大設(shè)想的最重要的技術(shù)基石。關(guān)鍵字：數(shù)據(jù)，虛擬化，云計(jì)算目錄1前言11.1虛擬化技術(shù)簡(jiǎn)介11.1.1完全虛擬化介紹11.1.2準(zhǔn)虛擬化簡(jiǎn)介21.1.3操作系統(tǒng)層化介紹21.1.4硬件助力軟件介紹32虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與缺陷43虛擬準(zhǔn)用效勞器的維護(hù)6結(jié)論7參考文獻(xiàn)81前言在整個(gè)IT產(chǎn)業(yè)中，虛擬化是一個(gè)時(shí)興的關(guān)鍵詞，從桌面系統(tǒng)到效勞器、從存儲(chǔ)系統(tǒng)到網(wǎng)絡(luò)，虛擬化所能涉及的領(lǐng)域越來(lái)越廣泛。通過(guò)虛擬化我們可以在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上同時(shí)啟動(dòng)多個(gè)操作系統(tǒng)，每個(gè)操作系統(tǒng)上可以有許多不同的應(yīng)用，多個(gè)應(yīng)用之間互不干擾。虛擬化是指計(jì)算機(jī)元件在虛擬的根底上而不是真實(shí)的根底上運(yùn)行。虛擬化技術(shù)可以擴(kuò)大硬件的容量，簡(jiǎn)化軟件的重新配置過(guò)程。CPU的虛擬化技術(shù)可以單CPU模擬多CPU并行，允許一個(gè)平臺(tái)同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，并且應(yīng)用程序都可以在相互獨(dú)立的空間內(nèi)運(yùn)行而互不影響，從而顯著提高計(jì)算機(jī)的工作效率。似乎與所有顛覆性技術(shù)一樣，效勞器虛擬化技術(shù)先是悄然出現(xiàn)，然后突然迸發(fā)，最終因?yàn)楣?jié)省能源的合并方案而得到了認(rèn)可。如今，許多公司使用虛擬技術(shù)來(lái)提高硬件資源的利用率，進(jìn)行災(zāi)難恢復(fù)、提高辦公自動(dòng)化水平。有了虛擬化技術(shù)，用戶可以動(dòng)態(tài)啟用虛擬效勞器(又叫虛擬機(jī))，每個(gè)效勞器實(shí)際上可以讓操作系統(tǒng)(以及在上面運(yùn)行的任何應(yīng)用程序)誤以為虛擬機(jī)就是實(shí)際硬件。運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)還可以充分發(fā)揮物理效勞器的計(jì)算潛能，迅速應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)中心不斷變化的需求。虛擬化概念并不是新概念。早在20世紀(jì)70年代，大型計(jì)算機(jī)就一直在同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)實(shí)例，每個(gè)實(shí)例也彼此獨(dú)立。不過(guò)直到最近，軟硬件方面的進(jìn)步才使得虛擬化技術(shù)有可能出現(xiàn)在基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的群眾化x86效勞器上。實(shí)際上，如的虛擬化解決方案種類繁多，有些是專有方案，而有些是開源方案?？偟膩?lái)說(shuō)，各自都基于以下三種根本技術(shù)當(dāng)中的一種，但哪種技術(shù)效果最好，這取決于要進(jìn)行虛擬化處理的具體工作負(fù)荷以及優(yōu)先業(yè)務(wù)目標(biāo)。1.1虛擬化技術(shù)簡(jiǎn)介完全虛擬化介紹最流行的虛擬化方法使用名為hypervisor的一種軟件，在虛擬效勞器和底層硬件之間建立一個(gè)抽象層。VMware和微軟的VirtualPC是代表該方法的兩個(gè)商用產(chǎn)品，而基于核心的虛擬機(jī)(KVM)是面向Linux系統(tǒng)的開源產(chǎn)品。hypervisor可以捕獲CPU指令，為指令訪問(wèn)硬件控制器和外設(shè)充當(dāng)中介。因而，完全虛擬化技術(shù)幾乎能讓任何一款操作系統(tǒng)不用改動(dòng)就能安裝到虛擬效勞器上，而它們不知道自己運(yùn)行在虛擬化環(huán)境下。主要缺點(diǎn)是，hypervisor給處理器帶來(lái)開銷。在完全虛擬化的環(huán)境下，hypervisor運(yùn)行在裸硬件上，充當(dāng)主機(jī)操作系統(tǒng);而由hypervisor管理的虛擬效勞器運(yùn)行客戶端操作系統(tǒng)。IBM也有自已的虛擬化產(chǎn)品，Z/VM。準(zhǔn)虛擬化簡(jiǎn)介完全虛擬化是處理器密集型技術(shù)，因?yàn)樗骽ypervisor管理各個(gè)虛擬效勞器，并讓它們彼此獨(dú)立。減輕這種負(fù)擔(dān)的一種方法就是，改動(dòng)客戶操作系統(tǒng)，讓它以為自己運(yùn)行在虛擬環(huán)境下，能夠與hypervisor協(xié)同工作。這種方法就叫準(zhǔn)虛擬化(para-virtualization)。Xen是開源準(zhǔn)虛擬化技術(shù)的一個(gè)例子。操作系統(tǒng)作為虛擬效勞器在Xenhypervisor上運(yùn)行之前，它必須在核心層面進(jìn)行某些改變。因此，Xen適用于BSD、Linux、Solaris及其他開源操作系統(tǒng)，但不適合對(duì)像Windows這些專有的操作系統(tǒng)進(jìn)行虛擬化處理，因?yàn)樗鼈儫o(wú)法改動(dòng)。準(zhǔn)虛擬化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是性能高。經(jīng)過(guò)準(zhǔn)虛擬化處理的效勞器可與hypervisor協(xié)同工作，其響應(yīng)能力幾乎不亞于未經(jīng)過(guò)虛擬化處理的效勞器。準(zhǔn)虛擬化與完全虛擬化相比優(yōu)點(diǎn)明顯，以至于微軟和VMware都在開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)，以完善各自的產(chǎn)品。操作系統(tǒng)層虛擬化介紹實(shí)現(xiàn)虛擬化還有一個(gè)方法，那就是在操作系統(tǒng)層面增添虛擬效勞器功能。SolarisContainer就是這方面的一個(gè)例子，Virtuozzo/OpenVZ是面向Linux的軟件方案。就操作系統(tǒng)層的虛擬化而言，沒(méi)有獨(dú)立的hypervisor層。相反，主機(jī)操作系統(tǒng)本身就負(fù)責(zé)在多個(gè)虛擬效勞器之間分配硬件資源，并且讓這些效勞器彼此獨(dú)立。一個(gè)明顯的區(qū)別是，如果使用操作系統(tǒng)層虛擬化，所有虛擬效勞器必須運(yùn)行同一操作系統(tǒng)(不過(guò)每個(gè)實(shí)例有各自的應(yīng)用程序和用戶賬戶)。雖然操作系統(tǒng)層虛擬化的靈活性比擬差，但本機(jī)速度性能比擬高。此外，由于架構(gòu)在所有虛擬效勞器上使用單一、標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)，管理起來(lái)比異構(gòu)環(huán)境要容易。硬件助力軟件介紹不像大型機(jī)，PC的硬件在設(shè)計(jì)時(shí)并沒(méi)有考慮到虛擬化，而就在不久前，它還是完全由軟件來(lái)承當(dāng)這項(xiàng)重任。隨著AMD和英特爾推出了最新一代的x86處理器，頭一回在CPU層面添加了支持虛擬化的功能。遺憾的是，這兩家公司的技術(shù)各自獨(dú)立開發(fā)，這意味著它們的代碼不相兼容。不過(guò)，硬件虛擬化支持功能讓hypervisor從極其繁重的管理事務(wù)中脫離出來(lái)。這除了提高性能外，還有操作系統(tǒng)不用改動(dòng)就能在準(zhǔn)虛擬化環(huán)境下運(yùn)行，包括Windows環(huán)境。CPU層虛擬化技術(shù)不會(huì)自動(dòng)發(fā)揮作用。為了專門支持它，必須開發(fā)虛擬化軟件。不過(guò)，因?yàn)檫@種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)非常誘人，預(yù)計(jì)各種類型的虛擬化軟件會(huì)源源不斷地開發(fā)出來(lái)。2虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與欠缺效勞器虛擬化技術(shù)最顯著的功能之一就是可以在主機(jī)集群內(nèi)瞬間遷移虛擬機(jī)(VM)、減少效勞器或應(yīng)用系統(tǒng)的停機(jī)時(shí)間。再次將闡述虛擬主機(jī)集群環(huán)境最重要的三個(gè)優(yōu)缺點(diǎn)。效勞器虛擬化技術(shù)優(yōu)點(diǎn)一：主動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)回避。效勞器集群的最大優(yōu)點(diǎn)是它可以主動(dòng)將VM從一個(gè)主機(jī)遷移到另外一個(gè)主機(jī)。這樣的話，就可以提高效勞器和應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間。在生產(chǎn)的環(huán)境中，當(dāng)內(nèi)存缺乏、CPU負(fù)載偏高或者虛擬主機(jī)遇到較高的I/O壓力時(shí)，會(huì)收到警報(bào)。如果不能確定真正的原因或者系統(tǒng)需要重啟，就可以主動(dòng)將VM遷移到集群內(nèi)的其他主機(jī)。如果這是一個(gè)單機(jī)，或者說(shuō)，在主機(jī)重啟期間，VM不可以關(guān)閉；如果重啟之后，問(wèn)題依然存在，就不得不延長(zhǎng)VM的停機(jī)時(shí)間直到找到了問(wèn)題的起因。但是，在虛擬主機(jī)集群中，VM就可以被遷移到其他的主機(jī)直到問(wèn)題解決。效勞器虛擬化技術(shù)優(yōu)點(diǎn)二：反響性容錯(cuò)。因?yàn)榧褐械闹鳈C(jī)監(jiān)控著所有VM的活動(dòng)，因此，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)失效時(shí)，失效節(jié)點(diǎn)的負(fù)載就會(huì)被指派到另外一個(gè)替代的主機(jī)。如果需要較長(zhǎng)時(shí)間解決失效主機(jī)的故障，只要替代它的健康主機(jī)有足夠的資源，VM就會(huì)正常工作。在生產(chǎn)環(huán)境中，如果一個(gè)主機(jī)失效，VM會(huì)自動(dòng)遷移到另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)。雖然遷移的過(guò)程并不平滑，但工作負(fù)載自動(dòng)變化幾乎沒(méi)有停頓。效勞器虛擬化技術(shù)優(yōu)點(diǎn)三：主動(dòng)的管理。在一個(gè)7*24的組織中工作，打補(bǔ)丁和升級(jí)工作就必須采取非常嚴(yán)格的管理。正常情況下，協(xié)調(diào)1—2臺(tái)物理主機(jī)的停機(jī)時(shí)間已經(jīng)比擬困難，而要關(guān)閉位于同一個(gè)物理主機(jī)的30多個(gè)VM的復(fù)雜性就會(huì)呈指數(shù)增長(zhǎng)。自從切換到單機(jī)之后，就不用擔(dān)憂在每周的固定時(shí)間去升級(jí)虛擬主機(jī)。利用虛擬主機(jī)集群，當(dāng)某個(gè)主機(jī)打補(bǔ)丁和重啟的時(shí)候，其上的VM遷移到替代的主機(jī)。打完補(bǔ)丁，VM再遷移到原來(lái)的主機(jī)。這樣，就允許我們?cè)谠缟蠘O短的時(shí)間內(nèi)，不用停掉整個(gè)系統(tǒng)，完成集群的升級(jí)。雖然主機(jī)集群環(huán)境有令人矚目的優(yōu)點(diǎn)，但它同樣存在一些實(shí)施和管理上的缺點(diǎn)。效勞器虛擬化技術(shù)缺點(diǎn)一：實(shí)施和配置的復(fù)雜性。配置復(fù)雜可能是集群的最大缺點(diǎn)。建立集群框架、管理主機(jī)間的連通性、配置共享存儲(chǔ)都不是簡(jiǎn)單的任務(wù)，可能涉及到組織內(nèi)部多個(gè)團(tuán)隊(duì)。你可能不害怕增加的復(fù)雜度，然而，很大程度上，都是技術(shù)性的工作；但是，隨著復(fù)雜度的增加，你可能會(huì)遺漏某些東西從而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。效勞器虛擬化技術(shù)缺點(diǎn)二：更新和升級(jí)的不利因素。升級(jí)到更新版本的產(chǎn)品和硬件組件也可能引起困難。因?yàn)?，虛擬主機(jī)集群連接多個(gè)系統(tǒng)，各組件間發(fā)生著大量的、復(fù)雜的交互。以更新主機(jī)上的多路徑I/O(MPIO)驅(qū)動(dòng)為例，該操作會(huì)影響整個(gè)集群。首先，它影響節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移邏輯單元號(hào)(LUN)到其他節(jié)點(diǎn)的效率。同時(shí)，在更新MPIO驅(qū)動(dòng)之前，集群中所有主機(jī)的HBA卡的Firmware都需要升級(jí)。如果FW不用升級(jí)，那也必須首先安裝HBA卡的驅(qū)動(dòng)。如果是單機(jī)，這可以通過(guò)1-2次重啟解決。在集群環(huán)境中，協(xié)調(diào)多個(gè)虛擬主機(jī)效勞器那么較為困難。升級(jí)實(shí)際的虛擬主機(jī)軟件一定是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，因?yàn)榧汗?jié)點(diǎn)的交互以及不同軟件版本支持。一般情況下，廠商會(huì)為這些復(fù)雜升級(jí)提供詳細(xì)的、一步一步的操作操作指南;同時(shí)，大多數(shù)情況下，都會(huì)比擬順利。效勞器虛擬化技術(shù)缺點(diǎn)三：集群本錢因素。本錢是另外一個(gè)主要的考慮因素。要實(shí)現(xiàn)一個(gè)虛擬主機(jī)集群環(huán)境，你需要復(fù)制局部根底架構(gòu)并同時(shí)保持虛擬機(jī)與主機(jī)的比例。此外，大局部廠商的實(shí)現(xiàn)需要一個(gè)SAN或者獨(dú)立的磁盤子系統(tǒng)。開源iSCSI或者廉價(jià)的磁盤陣列可能是個(gè)精明的選擇，但這些選項(xiàng)可能存在性能和穩(wěn)定性的問(wèn)題。3虛擬專用效勞器的維護(hù)對(duì)于任何虛擬化環(huán)境來(lái)說(shuō)，一個(gè)非常重要的方面是減少動(dòng)態(tài)的和復(fù)雜的IT根底設(shè)施的管理和維護(hù)需求。另外，通過(guò)軟件和工具實(shí)現(xiàn)的模式和技術(shù)都支持這些管理任務(wù)。這些模式和技術(shù)的組合可以實(shí)現(xiàn)以下功能：為IT根底設(shè)施中所有資源的管理訪問(wèn)提供單一且平安的接口，允許管理員對(duì)所有資源進(jìn)行診斷，對(duì)所有資源進(jìn)行配置和修改管理，發(fā)現(xiàn)并維護(hù)可用資源目錄，監(jiān)視資源并記錄它們平時(shí)的健康狀況，當(dāng)某個(gè)條件到達(dá)已建立的上限值時(shí)，觸發(fā)器就會(huì)執(zhí)行相應(yīng)操作；此時(shí)執(zhí)行的操作可能包括通知管理員手工作出響應(yīng)，也可能會(huì)根據(jù)正確的條件自動(dòng)進(jìn)行響應(yīng)根據(jù)資源的使用情況、可用性和效勞級(jí)別要求提供資源或收回資源；資源的提供可以手工、半自動(dòng)或根據(jù)建立好的策略自動(dòng)完成獲得并維護(hù)資源的使用和檢測(cè)信息，并提供適當(dāng)?shù)膱?bào)告，例如對(duì)資源消耗進(jìn)行記錄提供補(bǔ)充最終用戶或應(yīng)用程序平安性的平安機(jī)制，為滿足最終用戶和應(yīng)用程序SLA而記錄所有資源的性能信息。結(jié)論但是隨著虛擬化的廣泛使用，虛擬化架構(gòu)開始凌駕于效勞器硬件之上，與數(shù)據(jù)中心中的其它硬件系統(tǒng)如網(wǎng)絡(luò)，存儲(chǔ)等開始出現(xiàn)矛盾。為了更好地實(shí)現(xiàn)虛擬化，虛擬架構(gòu)需要重復(fù)其它硬件系統(tǒng)的功能，對(duì)虛擬化本身以及這些物理系統(tǒng)的功能擴(kuò)展就做得很少了。復(fù)雜的架構(gòu)會(huì)提高虛擬化的本錢。部署虛擬化最初的目的是增強(qiáng)效勞器功能，減少設(shè)備數(shù)量，簡(jiǎn)化管理，同時(shí)節(jié)約在效勞器，存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)上的消耗。但是，當(dāng)架構(gòu)的本錢提高時(shí)，再同時(shí)管理虛擬層和物理架構(gòu)就會(huì)增加時(shí)間和本錢消耗。要開展虛擬化必須要找到更好的解決方案。下一代的虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了蛻變，而且現(xiàn)在已經(jīng)開始開展了。它可以把許多物理的，別離的系統(tǒng)整合到一個(gè)單一的架構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)完全的虛擬化。這幾個(gè)月閱讀了大量的文獻(xiàn)資料，使我受益匪淺。我逐步把理論應(yīng)用到了實(shí)踐中去，對(duì)生產(chǎn)環(huán)境中所應(yīng)用的技術(shù)有了一定了解，也鍛煉了我的創(chuàng)新思維能力。同時(shí)使我對(duì)如何運(yùn)用新技術(shù)有了更為深刻的了解，也為下一階段的系統(tǒng)的開發(fā)和論文的撰寫做好了充分的準(zhǔn)備。參考文獻(xiàn)[1]DianeTeare.CCNPROUTE(642-902)[M].Mechanicindustry：Press，2003.4.[2]Richard.CCNPSWITCH(642-813)[M].Mechanicindustry：Press，2003.4.[3]鳥哥.鳥哥的Linux私房菜效勞器架設(shè)篇[M].北京：人民郵電出版社，2023.6.[4]王利.數(shù)據(jù)庫(kù)根底與應(yīng)用[M].北京：中央播送電視大學(xué)出版社，1997.6.[5]薩師煊，王姍.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述[M].北京：高等教育出版社，2000.11.[6]劉濤.小型網(wǎng)站建設(shè)技術(shù)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2006.11.[7]劉濤.小型網(wǎng)站建設(shè)技術(shù)[M].北京：中國(guó)