三大方面解析虚拟化技术在云计算数据中心中的应用

2019-06-04 16:22:03针对云计算平台建立其可用性模型，分析了IAAS，PAAS，SAAS 三种云服务模式的可用性计算方法，最后通过实验验证了云计算可用性参考模型适用于常见的云服务模式。

通过对云计算数据中心提高资源利用率和用户QOS的需求进行分析，围绕其中的关键技术虚拟化技术，从 服务器 虚拟化、网络虚拟化、存储虚拟化三个方面进行总结，针对云计算平台建立其可用性模型，分析了IAAS，PAAS，SAAS 三种云服务模式的可用性计算方法，最后通过实验验证了云计算可用性参考模型适用于常见的云服务模式。

1.概述

目前数据中心的规模迅速发展，根据Netcraft服务器数量报告，Akamai Technology达到10.5万台，OVH达到10万台，Google根据能耗估计约90万台。快速发展的数据中心正面临着用户需求多、能耗高、运维成本高、安全性差等的突出问题。因此，数据中心需要采用新的技术，来实现降低成本，提高资源利用率和系统可靠性的目的。

云计算概念从提出之初，其目标非常明确，即利用虚拟化技术整合现有零散资源为可扩展的动态资源，以网络为载体提供硬件基础设施、运行平台、业务功能软件等形式的自动化服务，而用户利用网络便可以以低廉的价格、良好的服务质量保证(QOS)、按需地获得资源和服务。其具有按需服务、广泛的网络接入、资源共享、弹性计算、服务可度量的特征，目前云计算研究中关注的热点主要包括提高资源利用率、节约能源、降低运行成本、云计算安全等。

云计算数据中心，要求资源能够被统一调度、网络可扩展、系统高可靠、运维自动化。虚拟化技术对底层硬件资源进行抽象，对上层应用程序透明，其通过整合零散的资源为虚拟可管理的动态资源，从而实现资源的按需管理，提高动态资源的利用率。因此虚拟化技术是推动数据中心发展的核心技术。

2.虚拟化技术

数据中心硬件主要包括服务器，存储和网络。因此虚拟化技术也分为三个部分，分别为服务器虚拟化技术、存储虚拟化技术、网络虚拟化技术。

2.1 服务器虚拟化

服务器虚拟化的目标是提高服务器资源的利用率，实现数据中心的绿色节能。从技术实现方案来说，可以大致分为操作系统级虚拟化(OS-Level)、主机虚拟化(Hosted)、裸金属虚拟化(Bare-Metal)。

操作系统级虚拟化是在操作系统中模拟出一个运行应用程序的容器VE(Virtual Environment)，所有虚拟机共享内核空间，性能最好，耗费资源最少，缺点是操作系统强关联性，如基础操作系统为Windows，虚拟机系统只能是Windows。代表产品有Parallels公司的Virtuozzo(商用产品)和OpenVZ(开源项目)。

主机虚拟化技术引入虚拟机管理层Virtual Machine Monitor(VMM)，构建出基本的虚拟硬件平台，达到虚拟化系统的独立性。

Hosted虚拟化中VMM需要管理所有资源的调度，因此虚拟化性能较差，主要适用于个人用户和测试环节。代表产品有VMware Workstation、Microsoft Virtual PC、Virtual Server、Oracle Virtual Box等。

裸金属虚拟化技术采用VMM代替操作系统直接管理硬件资源的方式，这种管理硬件资源方式的性能处于主机虚拟化与操作系统虚拟化之间，裸金属虚拟化技术的代表产品有VMware公司的Vsphere Esxi系列产品、微软公司的Microsoft Hyper-V系列产品和思杰公司的Citrix XenServer系列产品，以上虚拟化技术比较成熟，在金融、证券、互联网等行业的生成环境中大量被使用。

2.2 网络虚拟化

网络虚拟化的是利用物理网络资源在逻辑上划分出各自独立的虚拟网络，达到以满足多租户权限分离、自由管控逻辑网络、网络流量隔离的网络技术发展方向。虚拟局域网(VLAN)由于4096个逻辑网络的限制，很难满足由大量虚拟机构成的大二层网络的网络需求。

在虚拟化产品中，VMware等虚拟化厂商就提出了Vswitch的概念通过软件交换机解决同一台物理服务器内部的VM二层网络互访，跨物理服务器的VM二层互访转发给传统的接入层交换机去处理。

但Vswitch部署带来两个问题，一是对于VSwitch的管理问题，Vswitch是在服务器中进行部署，模糊了网络管理和服务器管理的界限;二是Vswitch的性能问题，由于同一台物理机的VM二层流量还是由服务器的cpu来处理，不符合虚拟化提高资源性能的利用率的要求。

为解决虚拟交换机的管理问题，Cisco首先提出了Nexus1000V技术架构。通过部署Nexcus1000V软件，配置管理层面的虚拟化，像管理物理交换机一样管理Vswtich，实现对传统VSwitch的功能扩展，但该产品也只解决了网络和服务器管理的边界问题，同时还对服务器性能有一定的影响。

为了解决性能问题，IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)标准组织提出了802.1Qbg EVB(Edge Virtual Bridging)和802.1Qbh BPE(Bridge Port Extension)两个标准，目前Cisco 采用FEX+VN-Link(包括vNIC，vETH，Port Profile)技术实现了802.1Qbh标准体系。

2.3 存储虚拟化

存储虚拟化的定义为利用存储系统的内部系统对计算、网络和应用资源进行进一步抽象和隔离，目的是实现独立于数据管理、应用程序和网络的逻辑上统一的存储资源。

在虚拟运行环境下，为虚拟平台提供虚拟存储设备主要包括下面4种方式：1)基于网络存储协议(Network Storage Protocol)，包括并行文件系统、NFS、OCFS2等方式。这种方式需要高可靠的网络支持，缺点是稳定性和性能不高。2)物理硬盘(含分区)，包括SAN磁盘，iSCSI 磁盘等。这种方式缺点是存储空间容量大小不易调整。3)基于虚拟磁盘镜像文件的方式，目前常见的镜像文件格式有vmdk、vhd、img等格式。这种方式的优点是可以通过配置文件灵活配置镜像文件属性。4)基于逻辑卷的方式，可以动态地增减容量的大小，支持Snapshot、条带化、提高IO并行性能等属性，目前逻辑卷管理工具主要有基于Linux内核自带的LVM、HPLVM、EVMS、VxVM等逻辑卷管理工具。

3.云计算可用性参考模型

根据Berkeley对云计算模型的定义，可以分为基础架构平台IAAS(Infrastructure as a service)，平台服务PAAS(Platform as a service)，业务软件SAAS(Software as a Service)三层结构[6]，其中IAAS主要关注网络架构和虚拟化技术，提供基础架构服务，PAAS主要面向应用开发，提供开发平台服务，SAAS面向终端用户，提供软件产品服务。据Gartner2013年公有云市场份额将会增长18%，达到1310亿美金，在IAAS方面，增长速度为47.3%，市场份额为90亿美元，随着越来越多的企业把基础架构、应用和业务数据迁移到云计算平台，对云服务提供商的服务质量QOS(Quality Of Service)提出了越来越高要求。

3.1 云计算可用性模型

云计算可用性模型(Cloud Computing Model，CCM)如图1所示，模型中共分为三个部分，分别为基础架构层(Infrastructure Layer，IL)，云计算服务层(Service Layer，SL)，用户层(User Layer，UL)，可表示为CCM={IL，SL，UL}。

IL ={Computing， Storage， Network}

服务层(SL)由IAAS资源集(Resource Set，RS)，PAAS资源集，SAAS资源集组成，可表示为如下形式，SL={IAAS RS，PAAS RS，SAAS RS}

定义1：AU(Availability Unit)：相连两层之间，为上层提供服务里的最小服务单元，是云计算服务的最小单位。同一层中多个AU之间互相独立，互不影响。

定义2：AS(Availability Set)：同一层中，多个AU联合，对外提供同一个服务，如负载均衡服务(Load Balance Service，LBS)，高可用服务HA(High Availability)。

图1 云计算可用性模型

定义3：DA(Deploy Availability)：业务部署后的可靠性，与提供服务的多层次的AU和AS相关，如一个SAAS服务利用第三方的PAAS和IAAS提供服务。

定义4：AU的云计算服务的最小单位，假设其独立可靠性是个常数λ。

由定义2，当所有AU都失效的情况下，AS才失效，因此AS的部署可靠性可表示为：

根据图1所示，SAAS业务由两个PAAS共同提供服务，为了提高PAAS的可靠性每个PAAS由两个IAAS共同提供服务。根据公式(4)不难得出如下结论：

通过对云计算可用性模型的分析，要提高资源的利用率和云计算用户的QOS，采用虚拟化技术提高AU的可靠性和利用率，实现资源的按需使用。

4.实验分析和总结

为了验证云计算可用性参考模型，采用Cisco Ucs B200刀片服务器3台，Cicso6248 交换矩阵2台，EMC NAS48 存储1台，安装Vmware Vsphere 5.1服务器虚拟化软件，VMware Vcenter管理软件，Vmware Vcloud Director 数据中心管理软件，搭建完成2套IAAS平台的功能，并模拟提供申请服务，结合Vmware Vsphere 5.1中的HA、DRS(Distributed Resource Scheduler)、Vmotion特性功能，依据可用性参考模型得出如下结论，在保障云计算数据中心电力、制冷等外在因素的条件下，全年整个系统的业务恢复时间不大于10小时，可以满足用户系统的可用性达到99.9%。

本文通过对云计算数据中心提高资源利用率需求进行分析，围绕数据中心的虚拟化技术，从服务器虚拟化、网络虚拟化、存储虚拟化三个方面进行总结，针对云计算业务可用性建立可用性模型，分析IAAS，PAAS，SAAS三种服务模式的可用性计算方法，最后通过实验验证了云计算可用性参考模型适用于常见的云服务模式。

mpls有哪些应用场景？

当前，许多大型企业的业务规模正快速扩张，新业务不断出现。 企业IT系统的建设如何能够快速的响应当前企业业务快速发展的趋势，成为一个越来越被重视的课题。 在这种背景下，网络虚拟化技术成为众多企业构建高效、稳定、易扩展的广域骨干网络的第一选择。 其中MPLS技术以其动态的隧道建立机制、高效的标签转发方式以及丰富灵活的业务规划和接入能力以及良好的可扩展性脱颖而出，得到大量广泛的应用。

MPLS L2部署模式

总的来说， MPLS L2主要有以下两个应用场景：

1.多个数据中心间利用MPLS L2在广域网上实现二层LAN的延伸；

2.企业利用MPLS骨干网络是给各部门提供二层虚拟通道，实现各业务部门纵向业务的承载。

这两种应用场景中，MPLS L2的虚拟通道上承载的分别是二层和三层业务，因此在业务转发路径规划方案和二层环路保护机制上都有很大的差异。

1.部门虚拟专网模型

在点到点模式下，MPLS骨干网络为各部门提供的仅是L2虚拟广域链路。 因此，各部门可以依托骨干网提供的L2虚拟广域链路搭建自己的星型或者其他拓扑结构的虚拟专网。 这种模式与租用运营商的广域链路搭建专网非常相似。

在点到多点的模式下，MPLS骨干网络为各部门提供的是L2虚拟交换网络。 部门各CE路由器类似于通过一台虚拟的交换机进行互联。

2.部门业务流量模型

在点到点模式的组网方式，部门内的业务流量均通过部门所属的CE设备进行转发。 因此，部门可以清晰的预估出业务流量模型，并实现部门业务的流量分析管理和安全策略控制。 当网络故障出现时，也方便进行故障定位。

在点到多点模式的组网方式，部门内的业务流量通过MPLS骨干网络直接进行转发。 企业业务流量无需在骨干网络上进行重复转发，因此具备很高的转发效率，也减轻了设备的性能压力。

虚拟化有哪些应用？

降低总体拥有成本（TCO）、提高投资回报率（ROI）通过服务器整合，控制和减少物理服务器的数量，明显提高每个物理服务器及其CPU的资源利用率，从而降低硬件成本。 降低运营和维护成本，包括数据中心空间、机柜、网线，耗电量，冷气空调和人力成本等。 2、提高运营效率加快新服务器和应用的部署，大大降低服务器重建和应用加载时间。 主动地提前规划资源增长，这样对客户和应用的需求响应快速，不需要象以前那样，需要长时间的采购流程，然后进行尝试。 不需要象以前那样，硬件维护需要数天/周的变更管理准备和1 - 3小时维护窗口，现在可以进行快速的硬件维护和升级。 3、系统安全性由于采用了虚拟化技术的高级功能，使业务系统脱离了单台物理硬件的束缚，可以实现更高级别的业务连续性要求，提升了系统安全性、可靠性。 通过虚拟化技术，降低了物理硬件的故障影响力，减少了硬件的安全隐患。 通过虚拟化整合，减少了设备的接入数量，安全防范的范围能够得到更有效地控制。 4、提高服务水平帮助您建立业务和IT资源之间的关系，使IT和业务优先级对应。 将所有服务器作为统一资源池进行管理，并按需进行资源调配，快速响应业务部门提出的系统资源需求。 5、陈旧硬件和操作系统的投资保护虚拟化平台具有更广泛的操作系统（OS）兼容性，不再担心旧系统的无法使用，并且通过自动更新功能实现维护和升级等一系列问题。 6、云计算基础环境准备

能不能将已有的邮箱转移到百度网盘？

网盘，又称网络u盘、网络硬盘，是由互联网公司推出的在线存储服务，向用户提供文件的存储、访问、备份、共享等文件管理等功能。 用户可以把网盘看成一个放在网络上的硬盘或u盘，不管你是在家中、单位或其它任何地方，只要你连接到因特网，你就可以管理、编辑网盘里的文件。 不需要随身携带，更不怕丢失。 最新应用的云计算储存技术，为网盘行业带来了新的革命，传统的网盘将逐步被云存储取代。 云存储是构建在高速分布式存储网络上的数据中心，它将网络中大量不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，形成一个安全的数据存储和访问的系统，适用于各大中小型企业与个人用户的数据资料存储、备份、归档等一系列需求。 云存储最大优势在于将单一的存储产品转换为数据存储与服务，在这个技术下，网盘行业可能像金融行业银行一样，在单一的存储服务基础衍生出更多增值的服务，只有这种改变才能使云存储迎来蓬勃发展的春天。 网盘的原理其实就是网络公司将其服务器的硬盘或硬盘阵列中的一部分容量分给注册用户使用，因此网盘一般来说投资都比较大，所以免费网盘一般容量比较小，一般为300m到10g左右。 这里应该注意到，网盘技术是建立在服务器共享技术的基础上的，网络网盘里边的文件是放在网络网盘的服务器里，360网盘里的文件是放在360网盘的服务器里，除非网络公司和360公司共享服务器，否则网络网盘里边的文件不能直接转移到360网盘里。 只能通过离线下载等其他途径间接转移。 离线下载是通过服务器与服务器之间的网络连接渠道实现文件共享，如果基于云存储可能实现秒传，但是如果云存储中没有目标文件，可能同样需要花费时间在网络渠道中进行上传文件。