云计算和虚拟化Word文件下载.docx

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以简单易用和颠覆性的创新而出名。

Basecamp提供了消息板，待办事宜，简单调度，协同写作，文件共享。

GoogleDocs包括在线文档、电子表格和演示文稿三类。

用户可以轻易地执行所有的基本操作，包括编制项目列表、按列排序、添加表格/图像/注释/公式、更改字体，还有更多操作。

（2）InfrastructureasaService（IaaS）

基础设施即服务。

提供给消费者的服务是对所有设施的利用，包括处理、存储、网络和其它基本的计算资源，用户能够部署和运行任意软件，包括操作系统和应用程序。

消费者不管理或控制任何云计算基础设施，但能控制操作系统的选择、储存空间、部署的应用，也有可能获得有限制的网络组件（例如，防火墙，负载均衡器等）的控制。

IaaS最典型的例子有AmazonWebServices（AWS）和Rackspace。

AmazonWebServices（AWS）提供一组广泛的全球计算、存储、数据库、分析、应用程序和部署服务，可帮助组织更快地迁移、降低IT成本和扩展应用程序。

很多大型企业和热门的初创公司都信任这些服务，并通过这些服务为各种工作负载提供技术支持，包括：

Web和移动应用程序、数据处理和仓库、存储、归档和很多其它工作负载。

AWS是第一个广泛可用的IaaS系统，它提供了可在Web上访问到的一组服务，这些服务又提供了对Amazon的现成可用的计算基础设施的编程式访问。

由Amazon构建并经过多年改进的这个强壮的计算平台现在可以为任何人在任何地点使用，只要他具有Internet连接。

AWS所提供的基本构建块基础设施能满足大多数系统的核心需求。

对于复杂多样的企业应用程序的架构的搭建，现在可以通过在Amazon提供的这些可靠并且经济的构建块服务之上铺设新的功能得以实现。

AWS提供的主要服务有：

用来管理和运行虚拟实例的ElasticComputeCloud（EC2）；

用来存储数据的SimpleStorageService（S3）。

这些服务均可通过API使用SOAP或REST访问到。

此API正在迅速成为与云服务环境交互的事实标准，并且Eucalyptus也充分利用了它来提供一个很棒的IaaS平台。

Rackspace是一家全球领先的托管服务器及云计算提供商，其托管服务产品包括专用服务器，电子邮件，SharePoint，云服务器，云存储，云网站等。

在服务架构上提供专用托管，公有云，私有云及混合云。

（3）PlatformasaService（PaaS）

平台即服务。

Paas是可以在上面开发、测试和部署软件的一种平台；

意味着，软件的整个生命周期都可以在PaaS上完成。

把客户采用提供的开发语言和工具（例如Java，python,.Net等）开发的或收购的应用程序部署到供应商的云计算基础设施上去。

客户不需要管理或控制底层的云基础设施，包括网络、服务器、操作系统、存储等，但客户能控制部署的应用程序，也可能控制运行应用程序的托管环境配置。

这种服务模式专门面向应用程序的开发人员、测试人员、部署人员和管理员。

这项服务提供了开发云SaaS应用程序所需要的一切资源。

　它包括了开发环境、编程语言、编译程序、测试工具和部署机制。

用户可以使用这个平台以及所提供的API或是通过一个用于开发的图形用户界面来创建应用程序。

这种服务的典型例子有GoogleAppEngine和S的F。

GoogleAppEngine一种可以在Google的基础架构上运行您的网络应用程序。

应用程序易于构建和维护，并可根据您的访问量和数据存储需要的增长轻松扩展。

使用GoogleAppEngine，将不再需要维护服务器，只需上传您的应用程序，它便可立即为您的用户提供服务。

1.2 

云计算与大数据、物联网、智慧城市关系

1.2.1云计算与大数据

Gartner认为大数据是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产。

图3

从整体上看，云计算与大数据是相辅相成的。

大数据着眼于“数据”，关注实际业务，提供数据采集分析挖掘，看重的是信息积淀，即数据存储能力。

云计算着眼于“计算”，关注IT解决方案，提供IT基础架构，看重的是计算能力，即数据处理能力。

没有大数据的信息积淀，则云计算的计算能力再强大，也难以找到用武之地；

没有云计算的处理能力，则大数据的信息积淀再丰富，也终究只是镜花水月。

从技术上看，大数据根植于云计算。

云计算关键技术中的海量数据存储技术、海量数据管理技术、MapReduce编程模型，都是大数据技术的基础。

在以云计算为代表的技术创新大幕的衬托下，这些原本很难收集和使用的数据开始容易被利用起来了，通过各行各业的不断创新，大数据会逐步为人类创造更多的价值。

云计算与大数据之间的异同如图4所示。

图4.云计算与大数据的异同

云计算与大数据的结合：

利用云计算的强大计算能力，可以更加迅速地处理大数据的丰富信息，并更方便的提供服务。

通过大数据的业务需求，为云计算的落地找到更多更好的实际应用。

1.2.2云计算与物联网

物联网（InternetofThings，缩写IOT）是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。

在物联网上，每个人都可以应用电子标签将真实的物体上网联结，并查找出它们的具体位置。

通过物联网可以用中心计算机对机器、设备、人员进行集中管理、控制，也可以对家庭设备、汽车进行遥控，以及搜寻位置、防止物品被盗等各种应用。

区别：

物联网是指“把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理”，“云计算”是指“利用互联网的分布性等特点来进行计算和存储”。

前者是对互联网的极大拓展，而后者则是一种网络应用模式，两者存在着较大的区别。

联系：

云计算是物联网发展的基石，并且从两个方面促进物联网的实现。

云计算是实现物联网的核心，运用云计算模式使物联网中以兆计算的各类物品的实时动态管理和智能分析变得可能。

物联网通过将射频识别技术、传感技术、纳米技术等新技术充分运用在各行业之中，将各种物体充分连接，并通过无线网络将采集到的各种实时动态信息送达计算机处理中心进行汇总、分析和处理。

建设物联网的三大基石包括：

1.传感器等电子元器件2.传输的通道，比如电信网；

3.高效的、动态的、可以大规模扩展的技术资源处理能力。

云计算促进物联网和互联网的智能融合，从而构建智慧地球。

物联网和互联网的融合，需要更高层次的整合，需要“更透彻的感知，更安全的互联互通，更深入的智能化”。

这同样也需要依靠高效的、动态的、可以大规模扩展的技术资源处理能力，而这正是云计算模式所擅长的。

同时，云计算的创新型服务交付模式，简化服务的交付，加强物联网和互联网之间及其内部的互联互通，可以实现新商业模式的快速创新，促进物联网和互联网的智能融合。

把物联网和云计算放在一起，实在是因为物联网和云计算的关系非常密切。

物联网的四大组成部分：

感应识别、网络传输、管理服务和综合应用，其中中间两个部分就会利用到云计算，特别是“管理服务”这一项。

因为这里有海量的数据存储和计算的要求，使用云计算可能是最省钱的一种方式。

1.2.3云计算与智慧城市

智慧城市是把新一代信息技术充分运用在城市的各行各业之中的基于知识社会下一代创新（创新2.0）的城市信息化高级形态。

智慧城市基于互联网、云计算等新一代信息技术以及大数据、社交网络、FabLab、LivingLab、综合集成法等工具和方法的应用，营造有利于创新涌现的生态，实现全面透彻的感知、宽带泛在的互联、智能融合的应用以及以用户创新、开放创新、大众创新、协同创新为特征的可持续创新。

云计算的发展是“智慧城市”的核心内容，或者说是一个基本组成部分，同时倒过来也可以说：

“智慧城市”是云计算发展的外在体现。

云计算应用于智慧城市的优势：

平台层的统一和高效能。

通过架构即服务（Iaas）的构建模式，将传统数据中心不同架构、不同品牌、不同型号的服务器进行整合，通过云操作系统的调度，向应用系统提供一个统一的运行支撑平台。

同时，借助于云计算平台的虚拟化基础架构，可以有效的进行资源切割、资源调配和资源整合，按照应用需求来合理分配计算、存储资源，最优化效能比例。

大规模基础软硬件管理。

基础软硬件管理，主要负责大规模基础软件、硬件资源的监控和管理，为云计算中心操作系统的资源调度等高级应用提供了决策信息，是云计算中心操作系统的资源管理的基础。

基础软件资源，包括单机操作系统、中间件、数据库等。

基础硬件资源，则包括网络环境下的三大主要设备，即：

计算（服务器）、存储（存储设备）和网络（交换机、路由器等设备）。

基础软硬件管理中心，可以对基础软件、硬件资源进行资产管理；

可以实现基础硬件的状态监控和性能监控；

能够对异常情况触发报警，提醒用户及时维护问题设备；

能够对基础软硬件资源进行长期的统计分析，为高层次的资源调度提供决策依据。

业务/资源调度管理。

云计算数据中心的突出特点，是具备大量的基础软硬件资源，实现了基础资源的规模化。

可以提高资源的利用率，降低单位资源的成本。

业务/资源调度中心可以实现资源的多用户共享，有效提高资源的利用率。

且可以根据业务的负载情况，自动将资源调度到需要的地方。

业务/资源调度中心是云计算数据中心操作系统的高级应用模式，也是云计算数据中心低碳、绿色的开展业务的必然要求。

安全控制管理。

一个产业、一个国家的竞争力可以有很多，而在信息时代下，数据已成为产业、国家的核心竞争力。

云计算，实现了计算与存储的分离，实现了众多用户对同一基础资源的共享使用。

但同时，众多用户共享同一资源，也对数据安全提出了更高的挑战。

1.3服务器虚拟化技术

虚拟化（Virtualization）技术最早出现在20世纪60年代的IBM大型机系统，在70年代的System370系列中逐渐流行起来，这些机器通过一种叫虚拟机监控器（VirtualMachineMonitor，VMM）的程序在物理硬件之上生成许多可以运行独立操作系统软件的虚拟机（VirtualMachine）实例。

随着近年多核系统、集群、网格甚至云计算的广泛部署，虚拟化技术在商业应用上的优势日益体现，不仅降低了IT成本，而且还增强了系统安全性和可靠性，虚拟化的概念也逐渐深入到人们日常的工作与生活中。

Wikipedia给出虚拟化的定义为：

虚拟化是表示计算机资源的逻辑组（或子集）的过程，这样就可以用从原始配置中获益的方式访问它们。

这种资源的新虚拟视图并不受实现、地理位置或底层资源的物理配置的限制。

可以理解为是资源的逻辑表示，它不受物理限制的约束。

1.3.1CPU虚拟化

CPU虚拟化技术就是单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。

CPU的虚拟化技术是一种硬件方案，支持虚拟技术的CPU带有特别优化过的指令集来控制虚拟过程，通过这些指令集，VMM会很容易提高性能，相比软件的虚拟实现方式会很大程度上提高性能。

虚拟化技术可提供基于芯片的功能，借助兼容VMM软件能够改进纯软件解决方案。

由于虚拟化硬件可提供全新的架构，支持操作系统直接在上面运行，从而无需进行二进制转换，减少了相关的性能开销，极大简化了VMM设计，进而使VMM能够按通用标准进行编写，性能更加强大。

CPU的虚拟化技术除支持广泛的传统操作系统之外，还支持64位客户操作系统。

Intel和AMD分别开发出VT-x和AMD-V技术，在硬件增加虚拟化功能后，通过CPU截获客户机操作系统对敏感指令的执行或者对敏感指令的访问，并通过异常的方式报告给VMM，VMM接受到报告后，找到对应的虚拟化模块进行模拟，并把最终结果反映在客户机运行环境中。

1.3.2内存虚拟化

VMM必须对物理内存有最终的控制权，也就是说，它必须控制将客户物理地址空间映射到主机物理地址空间的操作。

这样，才可以顺利的实现内存虚拟化。

VMM维护一个虚拟机内存管理数据结构——镜像页表（shadowpagetable）。

VMM通过镜像页表给不同的虚拟机分配机器的内存页，如操作系统虚拟内存一样，VMM能将虚拟机内存换页到磁盘，因此，虚拟机申请的内存可以超过机器的物理内存。

VMM也可以根据每个虚拟机的要求,动态地分配相应的内存。

内存虚拟化的方法：

基于软件的内存虚拟化，如影子页表法。

硬件辅助内存虚拟化

类虚拟化，如页表写入法。

内存虚拟化的主要任务：

给定一个虚拟机，维护客户机物理地址到宿主机物理地址之间的映射关系。

截取虚拟机对客户机物理地址的访问，根据所记录的映射关系，将其转化成宿主机物理地址。

维护VMM与客户机以及多个客户机之间的隔离性。

1.3.3网络虚拟化

网络虚拟化的内容一般指虚拟专用网络（VPN）。

VPN对网络连接的概念进行了抽象，允许远程用户访问组织的内部网络，就像物理上连接到该网络一样。

网络虚拟化可以帮助保护IT环境，防止来自Internet的威胁，同时使用户能够快速安全的访问应用程序和数据。

VPN（VirtualPrivateNetwork）被定义为通过一个公用网络（通常是因特网）建立一个临时的、安全的连接，是一条穿过混乱的公用网络的安全、稳定隧道。

使用这条隧道可以对数据进行几倍加密达到安全使用互联网的目的。

实现方式主要有两类：

基于互联设备的虚拟化。

基于互联设备的方法如果是对称的，那么控制信息和数据走在同一条通道上;

如果是不对称的，控制信息和数据走在不同的路径上。

在对称的方式下，互联设备可能成为瓶颈，但是多重设备管理和负载平衡机制可以减缓瓶颈的矛盾。

同时，多重设备管理环境中，当一个设备发生故障时，也比较容易支持服务器实现故障接替。

但是，这将产生多个SAN孤岛，因为一个设备仅控制与它所连接的存储系统。

非对称式虚拟存储比对称式更具有可扩展性，因为数据和控制信息的路径是分离的。

基于互联设备的虚拟化方法能够在专用服务器上运行，使用标准操作系统，例如Windows、SunSolaris、Linux或供应商提供的操作系统。

这种方法运行在标准操作系统中，具有基于主机方法的诸多优势--易使用、设备便宜。

许多基于设备的虚拟化提供商也提供附加的功能模块来改善系统的整体性能，能够获得比标准操作系统更好的性能和更完善的功能，但需要更高的硬件成本。

基于路由器的虚拟化。

基于路由器的方法是在路由器固件上实现存储虚拟化功能。

供应商通常也提供运行在主机上的附加软件来进一步增强存储管理能力。

在此方法中，路由器被放置于每个主机到存储网络的数据通道中，用来截取网络中任何一个从主机到存储系统的命令。

OpenFlow和SDN（SoftwareDefinedNetwork）的提出，使得同为基础架构的网络交换设备支持网络虚拟化多租户架构，将物理网络和逻辑网络有效分离，满足了云计算的服务特性，同时提升了网络资源的利用率。

1.4 

存储虚拟化

1.4.1概念

存储虚拟化是将实际的物理存储实体与存储的逻辑表示分离开来，使得应用服务器只与分配给它们的逻辑卷（或称虚卷）打交道，而不必关心其数据是在哪个物理存储实体上。

SNIA（存储网络工业协会）对存储虚拟化的解释包含两方面：

存储虚拟化是为了便于应用和服务进行数据管理而采取的针对应用、服务器以及一般网络资源进行的存储子系统或存储服务的内部功能抽象、隐藏和隔离的行为；

存储虚拟化是针对存储设备或存储服务进行的虚拟化手段，以便对底层存储资源实施存储会聚、隐藏复杂性以及添加新功能等。

存储虚拟化的核心工作是实现物理存储设备到单一逻辑资源池的映射。

通过虚拟化技术，为用户和应用程序提供了虚拟磁盘或虚拟卷，并且可以根据用户需求对它进行任意分割、合并、重新组合等操作，并分配给特定的主机或应用程序，为用户隐藏或屏蔽了具体的物理设备的各种物理特性。

1.4.2实现模式

SNIA对存储虚拟化技术的经典分类描述如图5所示。

图5

图5说明：

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。

实施方法包括带内虚拟化以及带外虚拟化两种。

带外（Out-of-Band）方式，或称为非对称存储池（Asymmetricalpooling）方式，是指实现虚拟的功能部件（软件和/或硬件）并不在主机到存储设备的访问路径上；

而带内（In-Band）方式，或称为对称存储池（Symmetricalpooling）方式，是指在数据读写的过程中，在主机到存储设备的路径上实现虚拟存储。

1.4.3实施

（1）硬件

一般而言，存储虚拟化技术实现应该是与硬件无关的，可以管理从JBODs、磁盘阵列、虚拟磁盘阵列、到磁带和带库等各种设备。

但作为技术实现，首先需要建立SAN环境，其中应包括用于连网的交换机/集线器以及服务器内置的HBA等。

对于带外实现而言，可能用到的元数据服务器（MetadataServer）往往采用专门的硬件实现，使用的物理Cache和HBA等都可能有所不同。

另一方面，带内实现中的存储管理器也会面临同样的问题。

（2）软件

在存储虚拟化实现中，软件将起到至关重要的作用。

除了存储虚拟化软件本身之外，SAN管理功能、可能用到的应用服务器代理软件（可装载文件系统IFS等）等都应适当配置。

此外，由于采用集中化的虚拟存储管理手段，存储管理工作流程也将做适当调整。

（3）设备发现

在存储虚拟化网络环境中，每当出现新设备或服务器时，都应及时发现和识别，这给管理软件提出新要求，不管是带内或是带外方式，都应实现基于远程代理或简单网管协议（SNMP）的设备/服务器的动态配置功能。

除此以外，错误发现机制也是必备功能。

存储设备错误、应用客户端错误、服务器错误以及网络故障等，都应及时加以发现和正确处理，以保证数据一致性和可用性。

与此对应的设备服务包括克隆（Cloning）、远程镜像等。

（4）存储服务

在存储虚拟化解决方案中所指的存储服务包括：

高速缓存；

实时拷贝，包括本地/远程镜像、远程数据复制等；

快照/闪存拷贝；

数据压缩。

通过实施全局带内/带外虚拟化和借助IFS技术，可以达到文件级和块级的存储服务。

（5）性能考虑

采用存储虚拟化技术，通过在应用服务器与存储资源之间建立的专用高速网络（FC或Gb-Ethernet），为关键数据应用提供性能支持。

一般而言，带内方式在性能保障方面不及带外方式优越。

1.5 

网络虚拟化

网络虚拟化以软件方式完整再现了物理网络。

虚拟网络不仅可以提供与物理网络相同的功能特性和保证，而且还具有虚拟化的硬件独立性和运营优势，包括快速调配、无中断部署、自动维护、支持旧版应用和新应用等。

网络虚拟化将逻辑网络连接设备和服务（逻辑端口、交换机、路由器、防火墙、负载平衡器和VPN等）提供给已连接的工作负载。

应用在虚拟网络上的运行与在物理网络上完全相同。

1.5.1虚拟交换机

虚拟交换技术是允许在同一台物理设备上执行多种交换功能，或在网络中的多台物理设备上执行单功能交换，而在现实交换机操作过程中，只在一台物理交换机上执行交换功能。

虚拟交换技术支持很多不同的应用程序使用同一台交换机。

每种不同功能都具有各自的性能和安全等控制。

通过虚拟交换技术，服务供应商可以按照需要创建动态混合服务，而不需要增加新的硬件支持即可逐步包含新服务类型或通用控制平面。

虚拟交换技术是多服务网络交换结构中的核心概念。

虚拟交换机是构成虚拟平台网络的关键角色，相较于实体的交换机设备，虚拟交换机所具备的网络功能较为简单，一般来说，以L2层面的应用为主。

整体而言，内置大量的虚拟网络端口，以及提供速度更快的联机接口，是交换机虚拟化之后所带来的最大好处。

例如：

在可扩展的Hyper-V虚拟交换机中，管理员可以购买第三方管理产品以达到更为方便地监控网络流量，同时可以保留核心Hyper-V交换机。

实际上，管理员不需要替换整个Hyper-V虚拟交换机，只需为其添加功能。

虚拟交换机的特点：

１、组网灵活性。

对用户而言，对通信的要求会随着业务的变化而改变，如果用虚拟交换机业务，能够非常简单地增加或减少容量，灵活适应变化着的要求，不浪费用户的投资。

２、业务多样性。

除了特定的虚拟交换机功能，公用电话网中普通用户所能使用的新业务和性能也可同时使用而不需要象小交换机那样，增加一点功能，就要增加投资。

３、与公网技术同时进步。

由于用户小交换机技术进步很快，一般说来半年后原产品就需改进，因此用户要升级，就需另外花钱。

而虚拟交换机就不同，随着公网的交换、传输技术的进步，用户也得到免费升级。

４、专业化维护。

由于用户小交换机是用户自己投资，设备是由用户自己维护，遇到重大问题就比较困难，而虚拟交换机用户则不然，因电话局本身是专业通信企业，技术力量雄厚，能使用户享受到专业级服务，迅速及时解决问题。

５、保护用户原有投资。

如果用户使用用户交换机（ＰＢＸ）、虚拟交换机可以将原来的ＰＢＸ用户和新的虚拟交换机用户结合进同一虚拟专用网中，为用户从ＰＢＸ结构提升到虚拟交换机结构提供了经济可行的方案（目前不提供）。

６、虚拟交换机是解决日益增多的家庭办公的良好手段，公司将雇员家中通信设备作为虚拟专用网中的一部分，雇员在家中办公时通信费由公司支付，而雇员私人通信费仍由个人自己承担（目前暂不开放）。

1.5.2软件定义网络

软件定义网络（SoftwareDefinedNetwork,SDN）是由美国斯坦福大学cleanslate研究组提出的一种新型网络创新架构，其核心技术OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。

优势：

由于传统的网络设备（交换机、路由器）的固件是由设备制造商锁定和控制，所以SDN希望将网