云计算初识

前言是因为之前留了个坑,现在把虚拟机提到云计算方向了一起说.(run

把基本的脉络梳理一下,简单入门,也是抛砖引玉了.

1.云服务器

简单说云计算就是集中供暖供水一样,然后大家需要的去分,而不是每家每户挖口井自己取水,或者太阳能自己供电. 即时可用,可以按需分配.

那么云服务器其实就是普通服务器用了虚拟化技术之后的, 可以理解为云虚拟机大部分云服务器.有如下属性:

1. 实例(Instance)

   • 多指具体的某一个虚拟机,或者服务器
   • 配置常见属性CPU核数,内存,网络,存储等
   • 由元数据(meta-data)标识属性

2. 镜像(Image)

   就是创建云服务器的模板. 用过KVM管理的工具VCenter就知道,里面常用的就是新虚拟机创建用模板去生成. 还有类似快照这种备份的名词.

==特性==:

1. 弹性

   • 按需申请

   • 动态调整(比如下图,平常需求是比较固定的,特殊时间先设置一个弹性集群,应对突发事件)

     

     ​

   2. 高效
      • 快速复用
      • 平滑(无感)扩缩容
      • 付费方式灵活(时间/流量)
      • 混合部署
   3. 自动化
      • 提供RESTful API (保证统一可用,一般数据传输Json)
      • 集成自动化运维体系
      • 实现DevOps
   4. 专业(集中)
      • 冷热迁移
      • 高可用 (HA)
      • 多种容灾方案
      • 网络连接保障
      • 安全保障

2.虚拟化

虚拟化是整个云计算的核心之一. 这里主要说一下1, 虚拟化是什么 2.KVM跟XEN 3.弹性计算

a.虚拟化

1. 概念(见图)

• 产生上世纪60年代

• 指的是计算元件 在 虚拟的环境基础上运行

• 将物理抽象为逻辑 (比如说现在很火的VR,就是把物理抽象为逻辑. 虚拟现实嘛哈哈)

  

  ​ (红框里 : 虚拟机监控器)

  从最底层的硬件 –> VT –>OS –>app_server–>VM.最开始就是因为计算机很少,都是大型计算机,怎么把资源进行分割呢? 提出了最早的X86虚拟化技术,虚拟机中打交道的不是真实的硬件,而是VT层之后的环境.

2. 分类

   • 按虚拟对象分
     • 操作系统虚拟化 : 将OS及OS调用抽象为资源,通过软件进行资源隔离
     • 平台虚拟化 : 讲硬件组件抽象为逻辑资源
   • 按方案分
     • 软件虚拟化 : 用纯软件去模拟硬件平台,缺点是性能受到限制
     • 硬件虚拟化 : 硬件本身提供隔离跟重定向, 缺点是耦合紧密
   • 按方式分(KVM 与 XEN)
     • 全虚拟化
     • 准虚拟化

3. 虚拟机监控器

   • 常见英文名Hypervisior 或 VMM (Virtual Machine Monitor)

   • 作用

     1. 管理虚拟机的生命周期
     2. 为虚拟机抽象出硬件环境

   • 常见两种类型

     

     1. 虚拟机直接运行在硬件上面. 比如VMvare esx, Hyper-V, XEN 都是这种类型 (公有云使用较多)
     2. 运行在OS上的系统监控器VMVare 或是 workstation ,或者virtual box

4. 虚拟机的本质

   • 存在物理机上的,像如图所示

     

   • 在KVM虚拟化中

     • 表现为物理机的一个进程
     • 保存为文件
       1. 配置文件
       2. 虚拟磁盘文件(磁盘镜像)

b. KVM

1. KVM(Kernel-based Virtual Machine) 从linux2.6开始打包在内核里面发行.\

   a.特性

   • 需要运行在硬件虚拟化支持的机器上(intel- VT/AMD-V)

   • 二型虚拟机监控器(形式上) : KVM 负责跟硬件通信, QEMU负责与vm通信,工作在user space

   • 利用QEMU进行设备模拟 (如图,什么是QEMU见下)

     1.QEMU是一个完整的可以单独运行的软件，它可以用来模拟机器，非常灵活和可移植。它主要通过一个特殊的'重编译器'将为特定处理器编写二进制代码转换为另一种。（也就是，在PPCmac上面运行MIPS代码，或者在X86 PC上运行ARM代码）
     2.当一起工作的时候，KVM管理CPU和MEM的访问，QEMU仿真硬件资源（硬盘，声卡，USB，等等）当QEMU单独运行时，QEMU同时模拟CPU和硬件。

     

     • 仅支持全虚拟化一种模式,完整模拟所有的环境 (缺点是纯粹软件服务的模拟会很慢)
     • 支持准虚拟化驱动提升I/O性能 (准虚拟化详见Xen)
     • 充分利用Linux kernel
       • 虚拟机为标准Linux 进程
       • 利用Linux调度功能
       • 内存管理模块
       • 电源管理功能

     b. 如何实现虚拟化

     1. CPU虚拟 : 主要用CPU硬件特性,intel-VT/AMD-V 辅助

     2. 内存虚拟(二级内存映射,如图)

        • 影子Page(最早)

          先从虚拟机的虚拟内存(虚拟机硬盘虚拟?) 映射到 物理内存,然后物理内存映射到执行进程内存(什么意思?)

        • Intel EPT/AMD NPT辅助 (从CPU角度提供帮助.性能提升一些)

          

          ​

     3. IO虚拟(三种)

        • 完全依靠QEMU去模拟,优点是兼容性最好,缺点是性能最低.
        • 半虚拟化设备驱动. 可以提高IO性能
        • 分配专用设备同时保证兼容性与性能

     c. KVM的功能

     1. 可以支持超大规模的主机服务器
        • 主机 : 1024CPU,8TB内存
        • 虚拟机: 160CPU,2TB内存.
     2. 支持快照(备份某个虚拟机的当前环境)
     3. 支持迁移,包括热迁移(不用关闭当前虚拟机)
        • 逐步将内存内容复制到新地址
        • 在最后一部分内容复制完毕前关闭源虚拟机
        • 复制完毕后开启目标虚拟机

c. Xen(读音:zen)

• 采用定制微内核 (源于剑桥大学的开源项目,直接运行在裸机上. KVM是运行在Linux上么)
• 把每个虚拟机称为Domain域.特殊的虚拟机Domain 0 作为管理平台,只有它有直接访问硬件的权限(如图)
• 属于一型虚拟机监控器,其他虚拟机都需要通过虚拟I/O 通过Domain0来访问

---

• 支持多种虚拟化方式: 全虚拟化 ,准虚拟化等 (准虚拟化是指不用软件来模拟完整的硬件环境,而是利用一套适合软件平台的环境来简化硬件访问. )[什么叫适合软件平台的环境,见下面详细描述.]

  

• 运行准虚拟化虚拟机时需要做下面工作(适合软件平台的环境)

  • 需要更改客户机系统
  • 替换掉复杂的硬件指令
  • 客户机配合虚拟化工作(纯软件模拟效率低下)
  • 不模拟客户机环境

d. KVM与Xen比较

相同点:

• 开源并应用广泛 (实际KVM要广得多)

不同点:

• KVM得到了Linux社区大力支持(这也是为什么KVM发展推广比Xen快很多)
• KVM更容易维护和使用
• Xen的产品历史更悠久
• Xen提供对准虚拟化的支持(也是准虚拟化的创造者)

e. 弹性计算

1. 概念

   弹性: 自动化的调整计算资源的供应量. 并尽量贴近当前需求.

   意义: 资源利用率最大化,是云计算的重要基础

2. 实现基础 (三部分)

   • 虚拟化技术 (软件技术来虚拟计算资源)
   • 自动化资源管理与监控
   • 高可用与容灾

3. 弹性资源(主要3块)

   • 计算资源 : 伸缩的云服务器
   • 网络资源 : 弹性IP
   • 存储资源 : 弹性云硬盘

4. 应用的弹性伸缩的例子

   利用公有云的IaaS服务创建弹性伸缩组.

   • 在云服务器负载都大于50%时扩容
   • 在云服务器负载都小于20%时锁容

3.实际的云计算平台

1. 基本概述

   

   • 采用KVM虚拟化方案,如图可知,从API调用到实际的资源获取,一般都采取缓存+队列+日志的三个中间层

   • 有比较美观的web端访问,自动化运维系统.实现用户简单调度

   • 大幅采用中间层技术,提高各种模块的复用(附:Docker尤为明显,UFS)

     

     大型业务应用实例 : (饿了么)

     

后续

待更新~