云计算与虚拟化技术

河南科技大学林业职业学院虚拟化与云计算VirtualizationandCloudComputing高计07-5班付豪1虚拟化与云计算摘要在传统的网络环境中，管理信息系统基本上是采用客户机/服务器，其中的客户机/服务器就是：C/S（即英文的client/server的首字母）模式开发的，但随着的广泛应用，目前的管理信息系统已经逐渐开始从C/S模式向浏览器/服务器（B/S）模式转变。B/S结构（Browser/Server结构）结构即浏览器和服务器结构。它是随着Internet技术的兴起，对C/S结构的一种变化或者改进的结构。在这种结构下，用户工作界面是通过浏览器来实现，极少部分事务逻辑在前端（Browser）实现，但是主要事务逻辑在服务器端（Server）实现，形成所谓三层3-tier结构。这样就大大简化了客户端电脑载荷，减轻了系统维护与升级的成本和工作量，降低了用户的总体成本。而云计算正是在这样的背景下应运而生的。云计算（cloudcomputing，台湾译作云端运算），是一种基于互联网的计算新方式，通过互联网上异构、自治的服务为个人和企业用户提供按需即取的计算。由于资源是在互联网上，而在计算机流程图中，互联网常以一个云状图案来表示，因此可以形象地类比为云，‘云’同时也是对底层基础设施的一种抽象概念。云计算的出现在某种意义上剥离了软件与硬件之间的联系。传统的管理员既需要维护服务器的硬件，同时又需要管理软件的应用，这使得企业为此付出了极大的成本。而云计算则并不限制应用程序与硬件之间的必然联系，亦即透过平行运算的方式，一个应用程序可以在不同的硬件上执行，全面解除应用服务与硬件资源间的固定对应关系。虚拟化，则是云计算的基石。一个云计算的应用必定是基于虚拟化的。云计算已经是第三代的IT，第一代是静态的IT，第二代是一个共享的概念，数据和信息的共享，第三代则是动态，所有的信息和数据都在动态的架构上，否则也就没有云，没有Cloud。将硬件变成服务一定是动态的，要看产品在虚拟化的能力，虚拟化是动态的基础，只有在虚拟化的环境下，云才是可能。所以，要了解云计算，就必须要要先了解虚拟化。2目录一、摘要…………………………………………………1二、虚拟化技术…………………………………………31)虚拟化技术简介……………………………………32)虚拟化的意义………………………………………43)虚拟化的架构………………………………………6三、云计算………………………………………………81)云计算技术简介……………………………………82)云计算与虚拟化……………………………………113)云计算的应用………………………………………13四、总结…………………………………………………16五、参考资料……………………………………………183虚拟化技术虚拟化技术简介虚拟化是一个广义的术语，在计算机方面通常是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行。虚拟化技术可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程。CPU的虚拟化技术可以单CPU模拟多CPU并行，允许一个平台同时运行多个操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。虚拟化是一种经过验证的软件技术，它正迅速改变着IT的面貌，并从根本上改变着人们的计算方式。如今，具有强大处理能力的x86计算机硬件仅仅运行了单个操作系统和单个应用程序。这使得大多数计算机远未得到充分利用。利用虚拟化，可以在一台物理机上运行多个虚拟机，因而得以在多个环境间共享这一台计算机的资源。不同的虚拟机可以在同一台物理机上运行不同的操作系统以及多个应用程序。虚拟化技术与多任务以及超线程技术是完全不同的。多任务是指在一个操作系统中多个程序同时并行运行，而在虚拟化技术中，则可以同时运行多个操作系统，而且每一个操作系统中都有多个程序运行，每一个操作系统都运行在一个虚拟的CPU或者是虚拟主机上；而超线程技术只是单CPU模拟双CPU来平衡程序运行性能，这两个模拟出来的CPU是不能分离的，只能协同工作。虚拟化是一个抽象层，它将物理硬件与操作系统分开，从而提供更高的IT资源利用率和灵活性。虚拟化允许具有不同操作系统的多个虚拟机在同一物理机上独立并行运行。每个虚拟机都有自己的一套虚拟硬件（例如RAM、CPU、网卡等），可以在这些硬件中加载操作系统和应用程序。无论实际采用了什么物理硬件组件，操作系统都将它们视为一组一致、标准化的硬件。虚拟化的概念在20世纪60年代首次出现，利用它可以对属于稀有而昂贵资源的大型机硬件进行分区。随着时间的推移，微型计算机和PC可提供更有效、更经济的方法来分配处理能力。因此到20世纪80年代，虚拟技术已不再广泛使用。到了20世纪90年代，研究人员开始探索如何利用虚拟化解决与廉价硬件激增相关的一些问题，例如，利用率不足、管理成本不断攀升和易受攻击等。现在，虚拟化技术处于时代前沿，可以帮助企业升级和管理他们在世界各地的IT基础架构并确保其安全。4虚拟化的意义虚拟化的基础是虚拟机。一台常见的虚拟机工作原理如下：虚拟机是一种严密隔离的软件容器，它可以运行自己的操作系统和应用程序，就好像一台物理计算机一样。虚拟机的运行完全类似于一台物理计算机，它包含自己的虚拟（即基于软件实现的）CPU、RAM硬盘和网络接口卡(NIC)。操作系统无法分辨虚拟机与物理计算机之间的差异，应用程序和网络中的其他计算机也无法分辨。即使是虚拟机本身也认为自己是一台“真正的”计算机。不过，虚拟机完全由软件组成，不含任何硬件组件。因此，虚拟机具备物理硬件所没有的很多独特优势。虚拟化所带来的好处是多方面的，总结来说主要包括了以下几点——5效率：将原本一台服务器的资源分配给了数台虚拟化的服务器，有效的利用了闲置资源，确保企业应用程序发挥出最高的可用性和性能。隔离：虽然虚拟机可以共享一台计算机的物理资源，但它们彼此之间仍然是完全隔离的，就像它们是不同的物理计算机一样。因此，在可用性和安全性方面，虚拟环境中运行的应用程序之所以远优于在传统的非虚拟化系统中运行的应用程序，隔离就是一个重要的原因。可靠：虚拟服务器是独立于硬件进行工作的，通过改进灾难恢复解决方案提高了业务连续性，当一台服务器出现故障时可在最短时间内恢复且不影响整个集群的运作，在整个数据中心实现高可用性。成本：降低了部署成本，只需要更少的服务器就可以实现需要更多服务器才能做到的事情，也间接降低了安全等其他方面的成本。兼容：所有的虚拟服务器都与正常的x86系统相兼容，他改进了桌面管理的方式，可部署多套不同的系统，将因兼容性造成问题的可能性降至最低。便于管理：，提高了服务器/管理员比率，一个管理员可以轻松的管理比以前更多的服务器而不会造成更大的负担。通过实现IT基础架构的虚拟化，可以降低IT成本，同时提高现有资产的效率、利用率和灵活性。在全世界，各种规模的公司都享受着服务器的虚拟化带来的好处。数千家组织（包括财富100强中的所有企业）都在采用服务器虚拟化解决方案。6虚拟化的架构由于虚拟化技术能够通过资源共享与合并资源来提高效率并降低成本，它已经被迅速地应用于数据中心与其他设备上。在网络核心，由于受到法规、运营、组织以及安全等各方面的影响，使不同网络与服务的虚拟化工作，变得更具有挑战性。降低资金成本和运营成本，并提高运营效率和灵活性。在服务器整合的基础上更进一步，部署标准的虚拟化平台来实现整个IT基础架构的自动化。利用虚拟化的强大功能更有效地管理IT容量，提供更高的服务级别，并简化IT流程。因此，我们为IT基础架构的虚拟化创造了一个术语，将其称作“虚拟基础架构”。目前常见的VMM工作模式如下图：利用虚拟基础架构，可以在整个基础架构范围内共享多台计算机的物理资源。利用虚拟机可以在多台虚拟机之间共享单台物理计算机的资源以实现最高效率。资源在多个虚拟机和应用程序之间进行共享。业务需要是将基础架构的物理资源动态映射到应用程序的驱动力，即便在这些需要发生变化时也是如此。可将x86服务器与网络和存储器聚合成一个统一的IT资源池，供应用程序根据需要随时使用。这种资源优化方式有助于组织实现更高的灵活性，使资金成本和运营成本得以降低。7一个虚拟基础架构通常可以包括以下组件：裸机管理程序，可使每台x86计算机实现全面虚拟化。虚拟基础架构服务（如资源管理和整合备份），可在虚拟机之间使可用资源达到最优配置自动化解决方案，用于通过提供特殊功能来优化特定IT流程，如部署或灾难恢复。将软件环境与其底层硬件基础架构分离，以便管理员可以将多个服务器、存储基础架构和网络聚合成共享资源池。然后，根据需要安全可靠地向应用程序动态提供这些资源。借助这种具有开创意义的方法，我们可以使用价格低廉的行业标准服务器以构造块的形式构建自我优化的数据中心，并实现高水平的利用率、可用性、自动化和灵活性。8云计算云计算简介云计算（cloudcomputing，台湾译作云端运算），是一种基于互联网的计算新方式，通过互联网上异构、自治的服务为个人和企业用户提供按需即取的计算。由于资源是在互联网上，而在计算机流程图中，互联网常以一个云状图案来表示，因此可以形象地类比为云，‘云’同时也是对底层基础设施的一种抽象概念。云计算的资源是动态易扩展而且虚拟化的，通过互联网提供。终端用户不需要了解“云”中基础设施的细节，不必具有相应的专业知识，也无需直接进行控制,只关注自己真正需要什么样的资源以及如何通过网络来得到相应的服务。狭义云计算是指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源（硬件、平台、软件）。提供资源的网络被称为“云”。“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获取，按需使用，随时扩展，按使用付费。这种特性经常被称为像水电一样使用IT基础设施。广义云计算是指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务。这种服务可以是IT和软件、互联网相关的，也可以使任意其他的服务。云计算可以认为包括以下几个层次的服务：基础设施即服务（IaaS），平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）。云计算服务通常提供通用的通过浏览器访问的在线商业应用，软件和数据可存储在数据中心。9云计算具有以下四个显著特点：首先，云计算提供了最可靠、最安全的数据存储中心，用户不用再担心数据丢失、病毒入侵等麻烦。很多人觉得数据只有保存在自己看得见、摸得着的电脑里才最安全，其实不然。你的电脑可能会因为自己不小心而被损坏，或者被病毒攻击，导致硬盘上的数据无法恢复，而有机会接触你的电脑的不法之徒则可能利用各种机会窃取你的数据。此前轰动一时的“艳照门”事件据报道不也是因为电脑送修而造成个人数据外泄的吗？反之，当你的文档保存在类似GoogleDocs的网络服务上，当你把自己的照片上传到类似GooglePicasaWeb的网络相册里，你就再也不用担心数据的丢失或损坏。因为在“云”的另一端，有全世界最专业的团队来帮你管理信息，有全世界最先进的数据中心来帮你保存数据。同时，严格的权限管理策略可以帮助你放心地与你指定的人共享数据。这样，你不用花钱就可以享受到最好、最安全的服务，甚至比在银行里存钱还方便。其次，云计算对用户端的设备要求最低，使用起来也最方便。大家都有过维护个人电脑上种类繁多的应用软件的经历。为了使用某个最新的操作系统，或使用某个软件的最新版本，我们必须不断升级自己的电脑硬件。为了打开朋友发来的某种格式的文档，我们不得不疯狂寻找并下载某个应用软件。为了防止在下载时引入病毒，我们不得不反复安装杀毒和防火墙软件。所有这些麻烦事加在一起，对于一个刚刚接触计算机，刚刚接触网络的新手来说不啻一场噩梦！如果你再也无法忍受这样的电脑使用体验，云计算也许是你的最好选择。你只要有一台可以上网的电脑，有一个你喜欢的浏览器，你要做的就是在浏览器中键入URL，然后尽情享受云计算带给你的无限乐趣。你可以在浏览器中直接编辑存储在“云”的另一端的文档，你可以随时与朋友分享信息，再也不用担心你的软件是否是最新版本，