目標(biāo)了解虛擬化技術(shù)的發(fā)展歷史

掌握虛擬化技術(shù)的定義及特點(diǎn)掌握虛擬化技術(shù)的分類掌握服務(wù)器虛擬化的原理掌握分布式技術(shù)的定義及特點(diǎn)了解典型的分布式文件系統(tǒng)了解典型的分布式數(shù)據(jù)庫虛擬化技術(shù)發(fā)展史-11.萌芽期1959年，英國計(jì)算機(jī)科學(xué)家ChristopherStrachey發(fā)表了一篇學(xué)術(shù)報(bào)告，題為《大型高速計(jì)算機(jī)中的時(shí)間共享》（TimeSharinginLargeFastComputers），在文中提出了虛擬化的基本概念。1972年，IBM發(fā)布了用于創(chuàng)建靈活大型主機(jī)的虛擬機(jī)（VirtualMachine，縮寫為VM）技術(shù)，該技術(shù)可以根據(jù)動(dòng)態(tài)的需求快速而有效地分配各種資源，自此，一批擁有虛擬化功能的新產(chǎn)品涌現(xiàn)出來虛擬化技術(shù)發(fā)展史-22.發(fā)展期自誕生以來很長一段時(shí)間，虛擬化技術(shù)只在大型機(jī)上應(yīng)用，在PC機(jī)的x86平臺(tái)上則由于受限于x86當(dāng)時(shí)的處理能力而發(fā)展緩慢。到了20世紀(jì)90年代，Windows系統(tǒng)的廣泛使用和作為服務(wù)器操作系統(tǒng)的Linux的出現(xiàn)，奠定了x86服務(wù)器的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)地位，同時(shí)x86平臺(tái)的處理能力也與日俱增。為了提升機(jī)器的基礎(chǔ)架構(gòu)利用率，VMware公司在1999年推出了針對(duì)x86系統(tǒng)的虛擬化技術(shù)，并將x86系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成通用的共享硬件基礎(chǔ)架構(gòu)，以使應(yīng)用程序環(huán)境在隔離、移動(dòng)性和操作系統(tǒng)等方面有選擇的空間，隨后，虛擬化技術(shù)在x86平臺(tái)上得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。尤其是CPU進(jìn)入多核時(shí)代之后，PC機(jī)具有了前所未有的強(qiáng)大處理能力，而虛擬化技術(shù)的應(yīng)用大大提高了PC機(jī)的資源利用率。虛擬化技術(shù)發(fā)展史-33.壯大期在20世紀(jì)，虛擬化技術(shù)基本只是在服務(wù)器和普通PC機(jī)上應(yīng)用。進(jìn)入21世紀(jì)之后，隨著IT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，虛擬化的思路被進(jìn)一步借用到存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、桌面應(yīng)用等其他領(lǐng)域，這些技術(shù)帶給用戶多樣化的應(yīng)用和選擇，進(jìn)而推動(dòng)了虛擬化技術(shù)的廣泛應(yīng)用。。虛擬化技術(shù)的概念-1計(jì)算機(jī)虛擬化（Virtualization），簡單來說，是指計(jì)算機(jī)相關(guān)模塊在虛擬的基礎(chǔ)上而不是真實(shí)獨(dú)立的物理硬件基礎(chǔ)上運(yùn)行，這種把有限的固定資源根據(jù)不同的需求進(jìn)行重新規(guī)劃以達(dá)到最大利用率，從而實(shí)現(xiàn)簡化管理、優(yōu)化資源等目的的思路，就叫做虛擬化技術(shù)。虛擬化包含了以下3層含義：(1)虛擬化的對(duì)象是各種各樣的資源。(2)經(jīng)過虛擬化后的邏輯資源對(duì)用戶隱藏了不必要的細(xì)節(jié)。(3)用戶可以在虛擬環(huán)境中實(shí)現(xiàn)其在真實(shí)環(huán)境中的部分或者全部功能。虛擬化技術(shù)的概念-2虛擬化技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)：虛擬化技術(shù)可以大大提高資源的利用率。虛擬化技術(shù)可以提供相互隔離的安全、高效的應(yīng)用執(zhí)行環(huán)境。虛擬化系統(tǒng)能夠方便地管理和升級(jí)資源。虛擬化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)-11.基礎(chǔ)設(shè)施虛擬化硬件虛擬化是用軟件在物理硬件的基礎(chǔ)上虛擬出一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的硬件配置，如CPU、內(nèi)存、硬盤、聲卡、顯卡、光驅(qū)等，使其成為一臺(tái)虛擬裸機(jī)，可以在上面安裝虛擬操作系統(tǒng)，代表產(chǎn)品有VMware、VirtUalPC、VirtualBox等。網(wǎng)絡(luò)虛擬化將網(wǎng)絡(luò)的硬件和軟件資源整合，向用戶提供網(wǎng)絡(luò)連接的虛擬化技術(shù)。存儲(chǔ)虛擬化是為物理的存儲(chǔ)設(shè)備提供統(tǒng)一的邏輯接口，用戶可以通過統(tǒng)一邏輯接口來訪問被整合的存儲(chǔ)資源。文件虛擬化是指把物理上分散存儲(chǔ)的眾多文件整合為一個(gè)統(tǒng)一的邏輯接口，使用戶通過網(wǎng)絡(luò)訪問數(shù)據(jù)時(shí)，即使不知道真實(shí)的物理位置，也能在同一個(gè)控制臺(tái)管理分散在不同位置的存儲(chǔ)異構(gòu)設(shè)備的數(shù)據(jù)，以方便用戶訪問，提髙文件管理效率。虛擬化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)-22.系統(tǒng)虛擬化系統(tǒng)虛擬化實(shí)現(xiàn)了操作系統(tǒng)與物理計(jì)算機(jī)的分離，使得在一臺(tái)物理計(jì)算機(jī)上可以同時(shí)安裝和運(yùn)行一個(gè)或多個(gè)虛擬的操作系統(tǒng)。系統(tǒng)虛擬化技術(shù)允許多個(gè)操作系統(tǒng)互不影響地在同一臺(tái)物理機(jī)上同時(shí)運(yùn)行，復(fù)用物理機(jī)資源。系統(tǒng)虛擬化的核心思想是使用虛擬化軟件在一臺(tái)物理機(jī)上虛擬出一臺(tái)或多臺(tái)虛擬機(jī)，而虛擬機(jī)是指使用系統(tǒng)虛擬化技術(shù)，運(yùn)行在一個(gè)隔離環(huán)境中、具有完整硬件功能的邏輯計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括客戶操作系統(tǒng)和其中的應(yīng)用程序。虛擬化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)-33.軟件虛擬化除了針對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施和系統(tǒng)的虛擬化技術(shù)，還有另一種針對(duì)軟件的虛擬化技術(shù)，例如，用戶所使用的應(yīng)用程序和編程語言都可以運(yùn)行在相對(duì)應(yīng)的虛擬化環(huán)境里。目前，業(yè)界公認(rèn)的此類虛擬化技術(shù)主要包括應(yīng)用虛擬化技術(shù)和高級(jí)語言虛擬化技術(shù)。應(yīng)用虛擬化技術(shù)將應(yīng)用程序與操作系統(tǒng)解耦合，為應(yīng)用程序提供了一個(gè)虛擬的運(yùn)行環(huán)境。高級(jí)語言虛擬化技術(shù)解決的是可執(zhí)行程序在不同體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)間遷移的問題。虛擬化的應(yīng)用領(lǐng)域-1根據(jù)虛擬化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，可將虛擬化技術(shù)分為應(yīng)用虛擬化、服務(wù)器虛擬化、桌面虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化與存儲(chǔ)虛擬化。應(yīng)用程序虛擬化應(yīng)用程序虛擬化把程序安裝在一個(gè)虛擬環(huán)境中，與操作系統(tǒng)隔離，極大地方便了應(yīng)用程序的部署、更新和維護(hù)。應(yīng)用虛擬化技術(shù)具有的特點(diǎn)：不需要安裝，無殘留信息，不需要更多的系統(tǒng)資源，可事先配置，更新方便，能減少應(yīng)用程序間的沖突，能減少技術(shù)支持的工作量，增加軟件的合規(guī)性，終止方便。虛擬化的應(yīng)用領(lǐng)域-22.服務(wù)器虛擬化服務(wù)器虛擬化技術(shù)可將一個(gè)物理服務(wù)器虛擬成若干個(gè)服務(wù)器來使用。它是一種簡化管理和提高效率的方法，能夠通過區(qū)分資源的優(yōu)先次序并將服務(wù)器資源隨時(shí)分配給最需要的任務(wù)，從而減少為單個(gè)任務(wù)峰值而儲(chǔ)備的資源。虛擬化的應(yīng)用領(lǐng)域-33.桌面虛擬化桌面虛擬化，指由服務(wù)器端保存多用戶的不同桌面環(huán)境，用戶可以使用個(gè)人終端通過網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)器端的個(gè)人桌面并操作個(gè)人系統(tǒng)。桌面虛擬化的代表產(chǎn)品有微軟的遠(yuǎn)程桌面、VMware的vSphereESXiClient、思杰（Citrix）的XenDesktop等。虛擬化的應(yīng)用領(lǐng)域-44.網(wǎng)絡(luò)虛擬化網(wǎng)絡(luò)虛擬化讓一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)能夠支持多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)，并保留每個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中原有的層次結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)通道和所能提供的服務(wù)，最終使得用戶的體驗(yàn)和獨(dú)享物理網(wǎng)絡(luò)相同。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)還可以高效地利用各種網(wǎng)絡(luò)資源，例如空間、能源、設(shè)備容址等。已有的網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)有VPN和VLAN技術(shù)，兩者在改善網(wǎng)絡(luò)性能、提高網(wǎng)絡(luò)安全性和靈活性方面都取得了較好的效果。虛擬化的應(yīng)用領(lǐng)域-55.存儲(chǔ)虛擬化存儲(chǔ)虛擬化，就是使用一定的方法，將多個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)模塊——比如硬盤——集中到一個(gè)存儲(chǔ)池（StoragePool）內(nèi)進(jìn)行統(tǒng)一管理，從主機(jī)和工作站的角度，看到的不是多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備，而是一個(gè)分區(qū)或卷，類似一個(gè)超大容量（如1T以上）的硬盤。這種將多種及多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備統(tǒng)一管理起來，為使用者提供大容量、高數(shù)據(jù)傳輸性能的存儲(chǔ)系統(tǒng)，就稱之為存儲(chǔ)虛擬化。分布式文件系統(tǒng)-11.分布式文件系統(tǒng)概念和特點(diǎn)分布式文件系統(tǒng)（DistributedFileSystem）是指文件系統(tǒng)管理的物理存儲(chǔ)資源并不一定直接連接在本地節(jié)點(diǎn)上，也有可能是通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與節(jié)點(diǎn)相連，亦稱集群文件系統(tǒng)，可以支持大數(shù)量的節(jié)點(diǎn)以及PB級(jí)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。分布式文件系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)分散存儲(chǔ)在分布式文件系統(tǒng)的各個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)上，供用戶透明地存取。分布式文件系統(tǒng)-22.分布式文件系統(tǒng)體系架構(gòu)中心化體系架構(gòu)中心化體系架構(gòu)是以一個(gè)系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)作為中心節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)直接與該中心節(jié)點(diǎn)相連而構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。分布式文件系統(tǒng)-3(2)去中心化體系架構(gòu)相對(duì)于中心化體系架構(gòu)，去中心化體系架構(gòu)中不再存在某種中心節(jié)點(diǎn)，此類架構(gòu)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的功能都是類似的或者說對(duì)稱的。分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，通俗地說，就是物理上分散而邏輯上集中的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，將地理位置分散但管理和控制又需要不同程度集中的多個(gè)邏輯單位（通常是集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)）連接起來，共同成一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。因此，分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以看成是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合。分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn)：物理分布性、邏輯整體性、站點(diǎn)自治性。目前幾種主流的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：BigTable、Hbase、CouchDB、MongoDB。分布式計(jì)算-1傳統(tǒng)上認(rèn)為，分布式計(jì)算是一種把需要進(jìn)行大量計(jì)算的數(shù)據(jù)分割成小塊，由多臺(tái)計(jì)算機(jī)分別計(jì)算后上傳計(jì)算結(jié)果，再將結(jié)果合并起來得出所需結(jié)果的計(jì)算方式。分布式計(jì)算將大任務(wù)化為小任務(wù)，任務(wù)之間相互獨(dú)立，上個(gè)任務(wù)的結(jié)果未返回或者是結(jié)果處理錯(cuò)誤，對(duì)下一個(gè)任務(wù)的處理幾乎沒有什么影響，因此，分布式的實(shí)時(shí)性要求不高，而且允許存在計(jì)算錯(cuò)誤分布式計(jì)算-2一般來說，分布式計(jì)算具有以下特征：由于網(wǎng)絡(luò)可跨越的范圍非常廣，因此如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，分布式計(jì)算的可擴(kuò)展性會(huì)非常好。分布式計(jì)算中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有自己的處理器和內(nèi)存，并且該節(jié)點(diǎn)的處理器只能訪問自己的內(nèi)存。在分布式計(jì)算中，節(jié)點(diǎn)之間的通信以消息傳遞為主，數(shù)據(jù)傳輸較少，因此每個(gè)節(jié)點(diǎn)看不到全局，只知道自己負(fù)責(zé)部分的輸入和輸出。在分布式計(jì)算中，節(jié)點(diǎn)的靈活性很大，單個(gè)節(jié)點(diǎn)可隨時(shí)加入或退出，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的配置也不盡相同，但一個(gè)擁有良好設(shè)計(jì)的分布式計(jì)算機(jī)制應(yīng)該保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠性不受單個(gè)節(jié)點(diǎn)的影響。小結(jié)虛擬化通過對(duì)各種IT資源的抽象，能夠把有限的固定資源根據(jù)不同需求進(jìn)行重新規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)資源的最大化利用。經(jīng)過虛擬化后的邏輯資源對(duì)用戶隱藏了不必要的細(xì)節(jié)，用戶可在虛擬環(huán)境中實(shí)現(xiàn)其在真實(shí)環(huán)境中的部分或者全部功能。虛擬化技術(shù)從技術(shù)實(shí)現(xiàn)層次的角度出發(fā)，可分為基礎(chǔ)設(shè)施虛擬化、系統(tǒng)虛擬化和軟件虛擬化；從應(yīng)用領(lǐng)域的角度出發(fā)，可分為服務(wù)器虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化、應(yīng)用虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化和桌面虛擬化。分布式系統(tǒng)（DistributedSystem）是建立在網(wǎng)絡(luò)之上的支持分布式處理的軟件系統(tǒng)，同樣具有軟