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移动云计算概论授课老师：孟江波eMail：mengjiangbo@sina.com微信：m13866669527课程大纲第一章:移动互联网概论6课时第二章:云计算基础10课时第三章移动云计算10课时第四章：云存储4课时第五章：云安全4课时第六章：移动云计算案例分析6课时考核及成绩评定方式评分标准：平时/期末各占百分之五十。最终成绩由平时作业（论文）、期末考试成绩组合而成。各部分所占比例如下：上课参与程度与出勤率：15%一次大作业：35%期末考试：50%。主要考核对课程所有知识点的掌握程度、问题分析能力、问题解决能力。七、教材及参考书目教材：智慧的云计算电子工业出版社虚拟化与云计算电子工业出版社云计算（第二版）刘鹏电子工业出版社出版时间：2011年5月移动互联网技术基础与开发案例王爱宝等人民邮电出版社拨得云开见日出解构一个典型的云计算系统电子工业出版社云计算（技术应用标准和商业模式）周洪波著电子工业出版社第二章：云计算基础---虚拟化目录概念基础设施虚拟化•网络虚拟化、存储虚拟化服务器虚拟化•CPU虚拟化、内存虚拟化、设备与I/O虚拟化、实时迁移技术应用虚拟化桌面虚拟化PaaSSaaSIaaSSOASOASOA概念虚拟化包括三个方面的含义：①虚拟化的对象是各种各样的资源；②经过虚拟化后的逻辑资源对用户隐藏不必要的实现细节；③用户可以在虚拟环境中实现其在真实环境中的部分或全部功能。---援引IBM对虚拟化的定义资源涵盖的意义包括各种硬件资源，如CPU、内存、存储区、网络设施，或者操作系统、应用程序。虚拟化的目的：将资源进行抽象化封装成标准的输入输出接口，简化对资源的访问、表示和管理，实现资源使用者和资源具体实现之间的松耦合。举例（提问）：OSI七层模型，操作系统，高级语言JAVA，虚拟内存等基础设施虚拟化网络虚拟化概念、SDN存储虚拟化基础设施虚拟化-网络虚拟化现状：云计算的发展，虚拟化的计算资源和存储资源，最终需要通过网络来提供开放的服务，提出了网络基础架构层面具有更高的要求。①2008年斯坦福大学提出基于网络底层创新和开放性的OpenFlow论坛；②ONF进一步推动OpenFlow和SDN，交换机和路由器具有可编程API；③Nicira与Openstack深度整合，为eBay在内的很多互联网企业提供基于网络可编程的解决方案；④2012年6月，Vmware以12.6亿美金并购当时营业额仅1千万美金的Nicira。基础设施虚拟化-网络虚拟化传统网络架构的弱势：①网络资源需要人工参与，如端口配置、ACL、路由等；②传统数据中心的三张网，应用程序跨域三种不同的协议接口，存在延迟和瓶颈；③网络资源缺乏弹性，网络资源利用率低，大多只有30%左右；④等等基础设施虚拟化-网络虚拟化网络虚拟化主要是指抽象出一个网络虚拟层，将网络资源的能力从硬件中剥离出来，由网络虚拟层来实现原有网络设备所具有的的路由、IP、ACL、拥塞控制等能力，并对上层应用提供API，实现实现网络能力与硬件的解耦。网络虚拟层和服务器虚拟化对比：基础设施虚拟化-网络虚拟化1.借助虚拟化层，实现L2层及以上与物理层(L1）抽象分离；2.将以前路由器或交换机的L2层以上的网络能力抽象化到网络虚拟层；3.底层硬件只需关心最基本的数据转发。目的：高效的管理和灵活配置，可编程化和一致性，提供虚拟化的网络设施，屏蔽网络硬件设备复杂性。SDN（SoftwareDefinedNetworking)SDN:软件定义网络SDN其核心理念是使网络软件化并充分开放，使得网络能够像软件一样便捷、灵活和定制，以此提高网络的创新能力。实现可编程网络，将原本封闭的网络设备控制面（ControlPlane）和数据转发面（DATATransfer）分离，由集中的控制器来管理，通过开放该控制器来实现网络能力的开放性。1.分离控制和转发的功能2.控制集中化3.提供广泛定义的(软件)接口，使得网络可编程网络虚拟化与SDN区别云计算驱动：为每一个租户提供完整的网络视图，安全且完全隔离的虚拟的网络环境实现真正的服务模型。产业开放性驱动：促使网络设备分层，负责转发的硬件、网络操作系统及其上层应用，每层对应更灵活选择的产品基础设施虚拟化-存储虚拟化存储虚拟化是指将物理的存储设备抽象成一个存储的逻辑视图，用户可以通过视图中的逻辑接口来访问被整合的存储资源。1.基于存储设备的存储虚拟化：磁盘阵列技术（RAID）2.基于网络的存储虚拟化：网络附件存储（NAS）、存储区域网（SAN）虚拟化目的：将物理存储实体与存储的逻辑表示分离开来，应用服务器只与分配给它们的逻辑卷(或称虚卷)打交道，而不用关心其数据是在哪个物理存储实体上。存储虚拟化可以将存储利用率提高到80%或更高。基础设施虚拟化-存储虚拟化基础设施虚拟化-存储虚拟化基础设施虚拟化-存储虚拟化存储虚拟化-实现模式存储虚拟化可以创建于数据块级、磁盘、磁带以及带库级、文件系统级以及文件/记录级等。其实现层次可位于主机/服务器端、网络架构中以及存储设备/子系统里。基于主机的存储虚拟化目的：实现服务器的存储空间跨越多个异构的磁盘阵列，常用于在不同磁盘阵列之间起到数据镜像保护的作用。逻辑卷管理软件完成（安装客户端软件）虚拟化，运行不同操作系统的逻辑卷管理软件也不相同。优点：支持异构的存储系统。缺点：占用主机资源，降低应用性能。存在操作系统和应用的兼容性问题。主机升级、维护和扩展复杂，容易造成系统不稳定。数据迁移过程复杂，影响业务连续性。常见产品：SymantecVeritasVolumeManager基于存储设备的存储虚拟化目的：同一存储设备内，实现数据保护和数据迁移。实现方式：在存储控制器上添加虚拟化功能模块，常见于中高端存储设备。优点：与主机无关，不占用主机资源。数据管理功能丰富。缺点：只能实现对本设备内磁盘的虚拟化。不同厂商间的数据管理功能缺乏互操作多套数据管理软件不兼容，成本较高。常见产品HPEVAHDSTagmaStorSUN6920系列基于网络的存储虚拟化目的：实现异构存储系统的整合和统一数据管理实现方式：通过在存储域网（SAN）中添加虚拟化引擎实现。优点：独立于主机，不占用主机资源。支持异构主机、异构存储设备。使不同存储设备的数据管理功能统一。构建统一管理平台，可扩展性好。缺点：部分厂商数据管理功能弱，难以达到虚拟化统一数据管理的目的。部分厂商产品成熟度较低，仍然存在和不同存储和主机的兼容性问题。常见产品H3CIV系列IBMSVCEMCVPLEX三种存储虚拟化比较存储虚拟化-实现方式带内虚拟化与带外虚拟化区别：带内虚拟技术在数据读写的过程中，在主机到存储设备的路径上实现存储虚拟化；可以基于主机、设备和网络实现带外虚拟技术，是在数据读写之前已经实现虚拟化封装，与在主机到存储设备的路径无关；基于存储网络实现。带内虚拟化目的：异构存储系统整合统一数据管理，在业务运行同时完成复制、镜像、CDP等各种数据管理功能优点：服务器、存储设备的兼容性好虚拟化和数据管理功能由专用硬件实现，不占用主机资源丰富的数据管理功能配置简单，易于实施缺点：虚拟化设备发生故障，整个系统将中断带外虚拟化目的：异构存储设备之间的数据复制优点：虚拟化设备发生故障，整个系统将不会中断缺点：主机资源占用较大，必须基于网络实现大部分产品缺乏数据管理功能主机和存储系统需要严格的兼容性认证数据初始化同步复杂配置复杂，实施难度高服务器虚拟化服务器化是指将虚拟化技术与服务器融合，在单一的物理服务器上创建若干个可独立使用的虚拟服务器，或者整合多个服务器，创建逻辑一体化的单个服务器，并为每个虚拟服务器提供抽象化的硬件资源如虚拟BIOS、虚拟CPU、虚拟RAM、虚拟设备与I/O，实现虚拟机之间的良好的隔离性和安全性。服务器虚拟化-技术进化服务器虚拟化技术进展：上世纪60年代，美国人克里斯托佛发表《大型计算机中的时间共享》（TimeSharinginLargeFastComouters），文中第一次提到虚拟化的概念，被认为是虚拟化技术的最早论述；IBM最先将虚拟化技术用在IBM7044大型计算机上；1965年IBM公司的“M44/44x”计算机项目，定义了虚拟内存管理机制，实现为多个用户的程序提供独立的计算环境；70年代后期，虚拟化技术真正成熟体现在IBMVM/370系统，以VM/370为代表的虚拟机和系统虚拟化技术完整的实现了虚拟机的思想。20世纪90年后期，RISC架构的服务器和小型机成为虚拟化技术的第二波受益者；虚拟化技术被多家主流技术公司如思科、Google、IBM、微软等列为技术和商业战略规划的重点方向；Intel/AMD针对X86架构服务器，分别提出修改其指令集来实现虚拟化，随着X86处理器硬件性能提高和普及，基于X86的虚拟化应用将得到扩展；2005年，Intel实现X86台式机的本机虚拟化，拉开X86架构虚拟化应用的时代大幕。提问：X86和RISC在虚拟化方面的比较，优缺点？服务器虚拟化-相关产品几种使用最广泛的服务器虚拟产品：Citrix-Xen；IBM-PowerVM、zVM;微软-VirtualPC、VirtualServer和Hyper-V；Vmware-Vmwareserver、VmwareWorkstation、VmwarePlayer和VmwareESXServerIBM公司的PowerVM和zVM是对应的p系列服务器和z系列服务器的虚拟化产品。p系列服务器虚拟化技术PowerVM和z系列服务器虚拟化技术zVM就是为解决这一问题而产生的。x86架构：在设计之初并没有考虑虚拟化技术，在其之上实现服务器虚拟化相当困难。随着x86服务器的广泛应用，其硬件性能的提高，实现x86系统上的服务器虚拟化的需求逐渐迫切。传统架构与虚拟化架构分析虚拟化本质：物理硬件与软件层分开，实现更高的资源利用和开放性传统架构与虚拟化架构分析传统架构服务器性能没有得到充分利用;更换硬件或迁移应用，都要先停机物理硬件故障，应用随之崩溃操作系统崩溃，应用停止面临问题传统架构与虚拟化架构分析单一物理硬件，对应多个OS某个OS崩溃，不会影响到其他引入虚拟层传统架构与虚拟化架构分析虚拟架构：应用和物理硬件自由灵活加入或移除。服务器虚拟化-典型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，常会用到两个术语：虚拟机监视器（VMM）：负责对虚拟机提供的硬件资源抽象，为客户的OS提供运行的“硬件环境”；虚拟化平台（HyperVisor）：虚拟化平台实现对虚拟机的托管和支撑，同硬件直接打交道，因此受底层体系架构的约束；服务器虚拟化需要实现对硬件的抽象、资源调配和管理、虚拟机和宿主操作系统和虚拟机之间的隔离等，共有两种实现方式：寄宿虚拟化和原生虚拟化服务器虚拟化-典型实现寄宿虚拟化：虚拟机监视器是在宿主操作系统之上的应用程序，通过宿主操作系统的功能来实现底层硬件资源的抽象化和虚拟机的管理。典型实现有VmwareWorkstation和MicrosoftVirtualPC。原生虚拟化：虚拟化平台直接运行在硬件上，虚拟机运行在虚拟化平台上，平台提供指令集和设备接口，以便实现对虚拟机的支持。典型实现有CitrixXen、VmwareESXServer和MicrosoftHyper-V。服务器虚拟化-关键特性1.虚拟分区；2.隔离性；3.封装性；4.独立性；服务器虚拟化-核心技术服务器虚拟化：CPU、内存、设备与I/O、虚拟机实时迁移等。服务器虚拟化-CPU虚拟化CPU虚拟化是指将服务器的CPU抽象成虚拟CPU，任意时刻物理CPU只处理一个虚拟CPU的指令，但每个客户的OS使用一个或多个虚拟CPU,虚拟CPU之间相互隔离。本课主要讨论基于X86架构服务器虚拟化。X86架构CPU虚拟化缺陷传统CPU等级划分——x86处理器响应有4个运行级，称为Ring0～Ring3，其中Ring0的优先级最高，Ring3最低。Ring0用于操作系统内核，R