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环球新动态：计算，存储，网络虚拟化区别

2023-03-16 23:10:02 来源：博客园

计算虚拟化

1.什么是虚拟化

什么是虚拟化：虚拟化是一种技术，将物理设备进行逻辑化，转化成文件夹或文件，实现软硬件解耦

(资料图片)
好处：

1.提高资源利用率

2.软硬件解耦（具备其他高级特性：HA，DRS,DPM)

3.虚拟机可移植性强

2.虚拟化

2.1、虚拟化中的概念

2.2、虚拟化类型

一.裸金属型虚拟化（I型）：Hypervisor直接调用底层硬件，不需要通过底层操作系统

1.1Hypervisor负责管理所有的资源和虚拟环境：VMM承担管理资源，同时向上提供vm用于运行guest os

2.优点：不依赖操作系统，支持多种操作系统，多种应用；

3.缺点：虚拟层内核开发难度大

二.宿主型虚拟化（II型）：物理资源由主机操作系统管理，实际的虚拟化资源由VMM提供

1.优点：简单，易于实现

2.缺点：安装运行应用程序依赖于主机操作系统对设备的支持，管理开销大，性能消耗较大

2.3、特点

1.分区：虚拟化层为多个虚拟机划分服务器资源，每个虚拟机可以单独运行一个操作系统

2.隔离：通过分区建立的虚拟机之间采用逻辑隔离措施，防止相互影响

3.封装：每个虚拟机的配置都独立存储于物理硬件的一小组文件中

4.相对硬件独立：封装成文件后，迁移只需迁移配置文件和设备文件复制到另一台主机即可，不需要关心底层硬件是否兼容；

2.4、虚拟机的底层形式文件（磁盘文件、配置文件）

磁盘文件虚拟机啊的磁盘在底层的存放形式，不同的虚拟化的格式

配置文件虚拟机的配置信息(网卡信息、cpu信息、系统的信息)

3.计算虚拟化

3.1、cpu虚拟化（二进制翻译）

一.CPU虚拟化需要解决两个问题

1.如何模拟CPU指令 (所有敏感指令)

①敏感指令：可以读写系统关键资源的指令叫做敏感指令。

②特权指令：决大多数的敏感指令是特权指令，特权指令只能在处理器的最高特权级 (内核态)执行。

2.如何让多个VM共享CPU

①利用与Native操作系统类似的机制—通过定时器中断，在中断触发时陷入VMM，从而根据调度机制进行调度。

·CPU虚拟化：硬件–>VMM(虚拟机监视程序)–>Guest os(虚拟机操作系统)–>app

·当Guest OS执行到特殊指令的时候，系统会切换到VMM，让VMM来处理特殊指令

·经典虚拟化:基于Power pc cpu架构 Power pc cpu架构和传统的X86架构不同的是指令集的不同，有部分指令无法被虚拟化层拦截（X86架构的16条指令），没有通过虚拟化层的转译，硬件无法识别指令从而会引发一些错误，因此CPU虚拟化分为:全虚、半虚、硬虚

·全虚：将所有指令都收集到虚拟化层进行处理

·优势：不需要修改Guest os

·劣势：虚拟化层开销大，从而导致CPU虚拟化的效率不高

·半虚:设计理念是将16条指令，由VMM(虚拟化层)移向Guest OS(虚拟机操作系统)自身通过主动的方式由Guest OS去处理这些指令，而不是被移交给VMM做处理。在这种设计理念下，就需要修改Guest OS内核。使其在虚拟化进程中捕捉到特殊指令，并直接通过Guest os内核对CPU进行操作，因为中间少了VMM的虚拟化封装解码等等操作，所以对CPU性能的损耗会非常低从而使虚拟机效率高

·优点：虚拟化层的开销小

·优点:需要修改虚拟机操作系统因为一般Guet os虚拟机操作系统，是不会直接交给虚拟化层，需要修改Guest os内核(目前支持x86、mips、arm这些内核版本)

·硬虚(硬件辅助虚拟化)：Guest OS执行到特殊指令可以直接下达到计算机系统硬件去处理，而不需要通过VMM去处理

优点:虚拟化效率最高

·缺点:需要CPU支持硬件辅助虚拟化如：Intel基于x86架构的硬件辅助虚拟化技术Intel VT(Intel Virtualization Technology)和Amd的and-v。

3.3、I/o虚拟化

I/O设备是可对数据进行输入输出的如:磁盘、网卡 I/o虚拟化分为全虚、半虚、I/o透传

·全虚：VMM为虚拟机直接模拟出一个与真实设备相似的io设备

·半虚：建议一个特权级别的虚拟机，Dom0：安装原生驱动和后端驱动；普通虚拟机（DomU）:安装前端驱动

·io透传：直接将原生驱动安装给VM使用

网络虚拟化

网络流量：

1.南北流量：流量经过路由

2.东西流量：流量不经过路由

网络的基本概念：

1.IP和MAC:

1.ip互联网协议地址，为计算机网络中主机通信设计的

2.mac,物理地址，硬件地址，用来确定网络设备在网络中的位置

2.广播

3.单播

4.路由

5.默认网关:

6.vlan:虚拟局域网，在逻辑上将一个物理的局域网划分为多个逻辑设备的广播域的技术

1.作用：限制广播域、增加安全性，提高网络的健壮性，灵活

2.vlan：端口

1.Access:仅允许一个vlan id通过本接口，该vlan id与本接口的id相同

2.Trunk:允许多个id通过

3.vlan最多可以支持4096个vlan网络，vlan不能跨网段同行

物理网络

服务器接入网络的两种方式：

1.TOR:柜顶接入

2.EoR:列头接入

链路聚合：将多个物理接口逻辑成

虚拟网络：

1.桥接：是工作于二层的虚拟网络设备，功能类似于物理的交换机

2.NAT:

3.虚拟交换机：Open vSwitch(OVS)

1.基于软件实现的开源虚拟以太网交换机

2.作用：传递虚拟机之间的流量，以及实现vm与外界网络的通信

3.为什么要用ovs:

1.状态可移植

2.适应动态网络

3.支持逻辑标签的维护

4.支持硬件支撑

4.OVS能够支持多种标准的管理接口和协议，还可以支持跨多个物理服务器的分布式环境。

5.OVS提供了对OpenFlow协议的支持，并且能够与众多开源的虚拟化平台相整合。

分布式虚拟交换机：

1.分布式交换机在所有关联主机之间作为单个虚拟交换机使用。此功能可使虚拟机在跨主机进行迁移时确保其网络配置保持一致。

分布式虚拟交换机在功能上类似于普通的二层交换机。其中一端与VM的虚拟端口相连，中间是一条虚拟的链路。另外一端则通过上行链路与主机上的物理网络适配器相连，再与物理交换机相连。从而连接到各个主机和虚拟机，实现网络互通。

Trunk口：

1.Trunk类型的端口可以允许多个VLAN通过，可以接收和发送多个VLAN的报文，一般用于交换机之间连接的端口；

2.trunk端口收报文：收到一个报文，判断是否有VLAN信息，如果没有则打上端口的PVID，并进行交换转发；如果有判断该trunk端口是否允许该 VLAN的数据进入：如果允许则报文携带原有VLAN标记进行转发，否则丢弃该报文。

3.trunk端口发报文：比较端口的PVID和将要发送报文的VLAN信息，如果两者相等则剥离VLAN信息，再发送，否则报文将携带原有的VLAN标记进行转发。

存储虚拟化

常见的物理磁盘类型：

机械硬盘HDD:

固态硬盘SSD:

各类硬盘对比：

集中式存储和分布式存储：

1.RAID机制（冗余磁盘阵列）

1.RAID技术：（冗余磁盘阵列）

1.高效（多块磁盘并行读写）

2.安全（奇偶校验和热备技术）

2.常用的RAID类型

1.RAID0(条带化）:多块硬盘逻辑成一块硬盘用（不具备冗余功能）

1.容量不变

2.读写速度提升（所有RAID中读写速度最快的）

3.安全性和一块硬盘一样

2.RAID1(镜像):多块硬盘逻辑成一块硬盘用

1.容量减半

2.读写速度不变

3.安全性提升（所有RAID中的安全性最高的）、

3.RAID5（独立的数据磁盘与分布式校验块）:最少需要三块硬盘

1.每块磁盘只能存储2/3

2.读写速度提升

3.安全性提升

RAID6:最少需要4块硬盘

总结

集中式存储类型

1.块存储：块存储指的是块设备，一切以磁盘形式存在的存储都是块设备，即块存储。块存储强调的是裸磁盘（所有以磁盘形式提供给主机的访问的存储就是块存储）。

2.文件存储：通俗的理解“块存储+文件系统”打包后，对外提供存储服务。

3.对象存储：对象存储通俗的说就是基于对象的存储，对象在一个层结构中不会再有层级结构。而文件存储依旧保持传统的文件目录结构层级，当文件层级太深，就会降低速率集中式存储按照技术架构分为SAN、NAS

IP-SAN和FC-SAN其它方面的对比如下表：

分布式存储

概念：分布式存储的资源来自于各个主机（服务器），然后将资源整合和分布式存储池，再为各个主机所用。

副本机制：

1.数据写入：在数据写入时，首先数据先到分布式存储池，然后在下放到物理磁盘的过程中，复制成三份（三副本机制。两份就为两副本机制），每份数据保存在不同的硬盘上。三副本机制下三个物理硬盘才能提供一个物理硬盘的空间。这样就造成了空间浪费的问题。

2.数据读取：不是读三分数据。只会读一份数据，然后把数据返回给客户端。如何优先读的数据坏掉了。才会读剩下的两份数据。

问题： 分布式存储为什么不用RAID机制

1.为了保证数据的高可用性和安全性，集中式存储使用的是RAID技术，RAID可以通过硬件和软件的方式来实现，无论是软RAID或者硬RAID，所有的硬盘都需要在一个服务器内（硬RAID需要统一RAID卡，软RAID需要统一操作系统）。

2.由于分布式存储的硬盘分布在不同的服务器上，所以无法再使用RAID机制。因此，分布式存储是通过副本机制来实现数据的高可靠性的。副本机制是指将数据复制成多份一模一样的内容，并分别保存在不同的服务器上，当某台服务器出现故障后，数据并不会丢失。

关键词：