虚拟化与云计算_云架构
虚拟机与云计算架构
虚拟机与云计算架构随着科技的不断发展，云计算成为了当今IT行业的热门话题。
而虚拟机作为云计算的关键组成部分，也开始受到越来越多的关注。
本文将探讨虚拟机与云计算架构，并分析它们在现代科技发展中所起到的作用。
一、虚拟机的背景与定义在了解虚拟机与云计算架构之前，我们先来了解一下虚拟机的背景与定义。
虚拟机是一种将物理计算机划分为多个虚拟计算环境的技术。
通过虚拟机，可以在一台物理计算机上运行多个操作系统和应用程序，实现资源的共享和利用率的提高。
虚拟机的出现极大地改变了传统的计算模式。
传统上，一台物理计算机只能运行一个操作系统和一些相关的应用程序。
而虚拟机的出现，让一台物理计算机可以同时运行多个虚拟计算环境，大大提高了计算资源的利用效率。
二、虚拟机的种类与应用场景虚拟机可以分为三种类型：全虚拟化、半虚拟化和容器虚拟化。
全虚拟化是指虚拟机能够完全模拟一台物理计算机，每个虚拟机都具有独立的操作系统和资源。
半虚拟化是指虚拟机与物理计算机共享部分系统资源，但仍需要独立的操作系统。
容器虚拟化则是通过容器技术实现虚拟化，每个容器都运行在相同的操作系统上，共享操作系统和库文件。
虚拟机的应用场景非常广泛。
在企业服务器领域，虚拟机可以实现多个虚拟服务器运行在同一台物理服务器上，节省了硬件成本和能源消耗。
在软件开发领域，虚拟机可以提供一个统一的开发环境，方便团队协作和应用程序的部署。
在教育领域，虚拟机可以提供学习者一个安全的实验环境，同时节省硬件和维护成本。
三、云计算架构的概述云计算架构是虚拟机技术得以发展并实现应用的基础。
云计算架构由三个关键组成部分构成：前端设备、云计算中心和后端设备。
前端设备是用户接入云计算平台的终端设备，如手机、电脑等。
它们通过互联网等网络连接到云计算中心。
云计算中心是云计算架构的核心，包括大量的物理服务器、存储设备和网络设备。
它提供虚拟机和其他云计算服务，接收用户的请求并分配资源。
后端设备是云计算中心的支持设备，包括备份服务器、存储设备等。
云计算与虚拟化之间的关系
云计算与虚拟化之间的关系
云计算与虚拟化之间有着密切的关系，在很多技术领域都有着深远影响：
一、云计算与虚拟化是密不可分的
1、云计算使用虚拟化技术来实现它自身，因而他们之间可以说是密不可分的。
2、虚拟化技术为云计算提供了基础设施，他们之间的关系可以说是息息相关。
3、虚拟化技术为云计算提供了一个公共的、可共享的环境，起到了桥梁的作用。
二、云计算在虚拟化中的应用
1、虚拟化技术使得云计算的构建变得更加容易、高效和灵活，从而大大提高了云计算的应用效率。
2、虚拟化技术允许现有的计算资源以更高效的方式使用，使云计算更快更节省成本。
3、虚拟化技术使得用户可以通过云计算实现弹性资源配置，比如虚拟机的数量和大小等。
4、虚拟化技术带来了多种不同的虚拟化环境，比如虚拟机、容器和弹性伸缩等，从而可以最大程度实现应用部署的灵活性和可移植性。
三、未来的发展方向
1、未来可以期待云计算将和虚拟化技术开发出更加深度的结合，例如新一代的自动化云技术。
2、云计算将结合微服务云虚拟化，实现更加定制化的资源配置和高效的应用部署。
3、随着硬件平台的不断发展，虚拟化技术将发挥无穷的可能性，包括实现大规模的分布式计算、云混合网和Y类 SVM等，从而为云计算下一个阶段的发展奠定更加坚实的基础。
虚拟化与云计算技术
虚拟化与云计算技术一、虚拟化技术1.概念：虚拟化技术是一种将物理计算资源（如服务器、存储、网络等）抽象化为多个逻辑资源的技术，使得单个物理资源能够同时供多个用户或应用程序使用。
a.硬件虚拟化：通过虚拟化层将物理硬件资源虚拟化为多个虚拟硬件资源。
b.操作系统虚拟化：在操作系统层面实现虚拟化，将物理操作系统资源虚拟化为多个虚拟操作系统资源。
c.存储虚拟化：将物理存储资源抽象化为多个逻辑存储资源，提高存储利用率。
d.网络虚拟化：将物理网络资源抽象化为多个逻辑网络资源，实现网络资源的灵活分配和隔离。
2.应用场景：a.服务器虚拟化：提高服务器资源利用率，降低硬件成本。
b.桌面虚拟化：实现集中管理，提高安全性，降低维护成本。
c.虚拟化数据中心：实现资源的统一管理和高效利用。
二、云计算技术1.概念：云计算技术是一种通过网络提供计算资源、存储资源和应用程序等服务的技术，用户可以根据需求灵活地获取和使用这些资源和服务。
a.IaaS（基础设施即服务）：提供虚拟化的计算资源、存储资源和网络资源等。
b.PaaS（平台即服务）：提供开发、运行和管理应用程序的平台环境。
c.SaaS（软件即服务）：提供软件应用服务，用户无需购买和安装软件，直接通过网络使用。
2.应用场景：a.云服务器：提供可扩展的计算和存储资源，适用于网站、应用服务等场景。
b.云存储：提供弹性、高可用的存储服务，适用于数据存储、备份等场景。
c.云计算平台：为企业和个人提供开发、部署和运行应用程序的环境。
d.云原生应用：利用云计算技术优势，开发具有弹性、可扩展、高可用等特点的应用程序。
e.弹性伸缩：根据需求动态调整资源，满足不同场景的需求。
f.高效利用：集中管理和调度资源，提高资源利用率。
g.降低成本：无需购买大量硬件和软件，降低IT投入。
h.灵活部署：可根据需求选择合适的云服务和部署方式。
i.安全问题：数据和应用在云端存储和运行，存在安全隐患。
j.数据迁移：将现有应用和数据迁移到云计算平台具有一定的复杂性。
云计算与虚拟化的关系
云计算与虚拟化的关系
云计算是一种基于互联网的计算方式，它利用虚拟化技术将物理硬件上的计算资源、
存储资源、网络资源等进行整合，构建成一个虚拟的计算环境，为用户提供高效、灵活的
计算服务。
而虚拟化是实现云计算的重要技术之一。
虚拟化技术将物理硬件资源进行抽象化，将
其转化为虚拟的资源，并利用虚拟化软件将虚拟资源整合起来，形成虚拟的计算环境。
1. 底层架构
云计算与虚拟化技术共同构成了云计算基础设施的底层架构。
云计算基础设施主要由
硬件资源、虚拟化软件、管理平台等组成，其中虚拟化技术作为实现云计算的关键技术之一，将硬件资源进行抽象化，提供虚拟的计算资源，为云计算提供了必要的底层支撑。
2. 资源整合
3. 管理和部署
虚拟化技术可以将一个物理服务器上的多个虚拟机部署到不同的地方，实现资源的灵
活分配和管理。
而云计算则可以通过自动化的方式实现资源管理和部署。
云计算平台可以
根据用户需求自动部署虚拟机，将虚拟机动态地调整到最适合的物理服务器上，实现资源
的最优利用。
4. 安全性
虚拟化技术可以将多个虚拟机隔离开来，提高虚拟机之间的安全性。
而云计算平台可
以通过自动化的安全策略，保证虚拟机的安全性和数据的隔离性。
综上所述，虚拟化技术是实现云计算的重要手段和技术基础。
通过虚拟化技术的应用，可以将物理硬件资源进行整合，提供灵活的计算资源管理方式，为云计算的高效运行提供
了可靠的技术支持。
虚拟化与云计算实验报告
虚拟化与云计算实验报告虚拟化与云计算实验报告引言在当前信息技术日新月异的时代背景下，虚拟化与云计算作为一种新的计算模型和解决方案，已经逐渐被广泛应用于各个领域。
本实验报告旨在对虚拟化与云计算进行实验研究，深入探讨其原理、优势和局限性，并结合实际案例进行分析和讨论，为读者提供一份全面详实的文档供参考。
1. 虚拟化技术综述1.1 虚拟化概念1.2 虚拟化分类1.3 虚拟化原理1.4 虚拟化技术应用场景2. 云计算综述2.1 云计算概念2.2 云计算分类2.3 云计算架构2.4 云计算服务模型3. 虚拟化与云计算实验设计3.1 实验目标3.2 实验环境3.3 实验步骤3.4 实验结果与分析4. 虚拟化与云计算实验案例分析4.1 虚拟化在企业数据中心的应用4.2 云计算在教育行业的实践4.3 虚拟化与云计算在医疗领域的应用5. 虚拟化与云计算的优势与局限性5.1 优势5.1.1 资源利用率提升5.1.2 灵活性和可扩展性增强5.1.3 成本降低5.2 局限性5.2.1 安全与隐私问题5.2.2 性能挑战5.2.3 依赖互联网6. 结论通过本次虚拟化与云计算实验研究，我们深入理解了其原理、优势和局限性，并通过实际案例分析展示了其在不同领域的应用。
虚拟化与云计算作为一种新的计算模型和解决方案，有着巨大的潜力和前景。
附件本文档涉及的附件包括实验数据、实验报告附表等相关材料。
法律名词及注释1. 虚拟化：虚拟化是一种将物理资源抽象为逻辑实体的技术，通过使用虚拟化软件，可以将一台物理服务器分割成多个虚拟服务器，从而提高资源利用率和灵活性。
2. 云计算：云计算是一种通过互联网提供计算服务的模式，用户可以根据需求获取所需的计算资源，如服务器、存储和应用程序等，而无需购买和维护实际的物理硬件设备。
3. 资源利用率：资源利用率是指系统或服务在给定时间段内利用的资源数量与可用资源总数之间的比例。
高资源利用率表示系统或服务能够充分利用可用的资源。
理解虚拟化技术与云计算架构
理解虚拟化技术与云计算架构随着信息技术的发展，虚拟化技术与云计算架构越来越受到人们的关注。
理解虚拟化技术与云计算架构对于企业和个人使用计算资源来说具有重要意义。
本文将介绍虚拟化技术与云计算架构的概念、原理以及其在实际应用中的优势。
一、虚拟化技术的概念与原理虚拟化技术是指通过软件或硬件技术，将一台计算机划分为多个独立的虚拟环境，每个虚拟环境可以运行不同的操作系统和应用程序，并且彼此之间相互隔离。
虚拟化技术的核心是虚拟机监控器（Hypervisor），它可以创建、启动和管理多个虚拟机。
在虚拟化技术中，有两种常见的虚拟化方式：全虚拟化和半虚拟化。
全虚拟化是指虚拟机完全模拟物理硬件，虚拟机中的操作系统无需做任何修改即可在虚拟化环境中运行。
半虚拟化则需要对操作系统进行修改，在虚拟化环境中运行。
虚拟化技术的原理是将计算资源进行抽象化，通过虚拟化层的管理和调度，实现对计算资源的合理分配和利用。
通过虚拟机的迁移、快照等功能，虚拟化技术可以提高计算资源的利用率，并且可以实现高可用性和灵活性。
二、云计算架构的概念与特点云计算架构是建立在虚拟化技术的基础上的一种计算模型，它提供按需、弹性、可靠的计算资源服务。
云计算架构通常由三个层次组成：基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）。
IaaS层为用户提供基本的计算资源，包括虚拟机、存储和网络等。
PaaS层则在IaaS层的基础上提供了开发、测试和部署应用程序的平台。
SaaS层为用户提供了各种应用软件，用户无需关心底层的基础设施和平台。
云计算架构具有以下特点：弹性扩展，即用户可以根据需要随时调整计算资源的规模；按需自助，用户可以根据需求自行申请和管理计算资源；可靠性高，云计算架构通过冗余和备份等机制保证计算资源的可靠性。
三、虚拟化技术与云计算架构的优势虚拟化技术与云计算架构带来了许多优势，对于企业和个人来说具有重要的意义。
首先，虚拟化技术可以提高计算资源的利用率。
云计算与虚拟化知识讲解
云计算与虚拟化知识讲解在当今数字化的时代，云计算和虚拟化已经成为了信息技术领域中至关重要的概念。
它们不仅改变了企业运营和个人使用计算资源的方式，还为创新和发展提供了强大的支持。
接下来，让我们一起深入了解一下云计算与虚拟化的相关知识。
首先，我们来谈谈什么是虚拟化。
简单来说，虚拟化就是创建虚拟版本的某些东西，比如操作系统、服务器、存储设备或者网络资源等。
想象一下，你有一台物理计算机，但通过虚拟化技术，你可以在这台计算机上同时运行多个独立的操作系统，就好像把这一台电脑变成了好几台，每个操作系统都在自己的“虚拟世界”里运行，互不干扰。
这有什么好处呢？对于企业来说，它可以大大提高硬件资源的利用率，降低成本。
原本可能需要购买多台服务器才能满足不同业务的需求，现在通过虚拟化，一台服务器就能搞定，节省了空间、电力和维护成本。
虚拟化技术的实现方式有很多种。
其中，服务器虚拟化是最为常见的一种。
它将一台物理服务器分割成多个虚拟服务器，每个虚拟服务器都可以独立运行操作系统和应用程序。
还有存储虚拟化，它把多个分散的存储设备整合起来，形成一个统一的存储池，方便管理和分配存储空间。
网络虚拟化则是将网络资源进行抽象和池化，使得网络的配置和管理更加灵活高效。
接下来，我们再看看云计算。
云计算可以理解为一种基于互联网的计算方式，它提供了各种计算服务，包括服务器、存储、数据库、网络、软件等等。
用户不需要自己购买和维护硬件设备，只需要通过网络连接到云服务提供商的数据中心，就能够按需使用这些计算资源。
云计算主要有三种服务模式：IaaS（基础设施即服务）、PaaS（平台即服务）和 SaaS（软件即服务）。
IaaS 就像是提供给你一块空地和建筑材料，你可以自己在上面建造房子。
在云计算中，IaaS 提供了服务器、存储和网络等基础设施，用户可以自己部署和管理操作系统、应用程序等。
PaaS 则更像是给你提供了一个已经建好的房子框架，你只需要在里面进行装修和布置。
云计算和虚拟化的联系与区别
云计算和虚拟化的联系与区别云计算和虚拟化的联系与区别云计算和虚拟化是当今IT领域的热门话题，它们在技术和应用层面上都有着密切的联系和区别。
本文将详细介绍云计算和虚拟化的定义、特点、应用场景、优缺点以及二者之间的联系和区别。
一、云计算的定义云计算是一种基于互联网的计算方式，通过将计算资源、存储资源和应用程序提供给用户，以满足不同需求的计算任务，用户可以根据需要随时随地访问这些资源。
1-1 云计算的特点●弹性伸缩：根据用户需求动态分配和调整资源，实现按需分配和使用。
●高可用性：通过冗余和备份机制确保服务的持续性和可靠性。
●自助服务：用户可以根据需要自主管理和配置云计算资源。
●实时监控：监控和记录云计算资源的使用情况和性能指标，以便进行优化和调整。
1-2 云计算的应用场景●公有云：云服务提供商将计算资源、存储资源和应用程序提供给公众用户使用。
●私有云：组织内部搭建基于云计算技术的计算平台，供内部员工使用。
●混合云：结合公有云和私有云，根据实际需求灵活调配资源。
1-3 云计算的优缺点●优点：节省成本、灵活性高、易于扩展和维护。
●缺点：数据安全性可能存在风险、对网络带宽要求较高。
二、虚拟化的定义虚拟化是一种将物理资源抽象为虚拟资源的技术，通过将计算、存储和网络资源从物理硬件中解耦，实现资源的灵活管理和利用。
2-1 虚拟化的特点●资源隔离：通过虚拟化技术实现物理资源的隔离，提高资源的安全性和稳定性。
●高效利用：通过虚拟化技术将多个虚拟机运行在一台物理服务器上，提高资源利用率。
●灵活性：根据需求动态分配和管理虚拟资源，实现优化和调整。
●兼容性：支持不同的操作系统和应用程序运行在虚拟环境中，提高兼容性。
2-2 虚拟化的应用场景●服务器虚拟化：将多个虚拟服务器运行在一台物理服务器上，提高服务器利用率和管理效率。
●存储虚拟化：将多个存储设备组合成一个虚拟存储池，实现统一管理和利用。
●网络虚拟化：通过虚拟网络技术将一个物理网络划分为多个独立的虚拟网络，提高网络资源利用率和安全性。
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• 概述 • 基础设施层 • 平台层 • 应用层 • 分布式计算软件构架MapReduce介绍 • 分布式计算开源框架Hadoop介绍 • 小结
MapReduce在线测试平台
• 使用mapreduce框架编程解决问题 • 在线检测系统允许测试自己的程序 • /index.jsp
result += ParseInt(v); Emit(AsString(result));
MapReduce: 执行情况
分布式文件系统
输入文件
Map阶段
中间文件
reduce阶段
输出文件
MapReduce: 例子
并行MapReduce : 例子
MapReduce: 容错性
通过重新执行任务解决出错问题 任务执行由master控制
• Sept 2008 – Hive 成为Hadoop 子项目
谁在使用Hadoop?
• Amazon/A9 • Facebook • Google • IBM • Joost • Last.fm • New York Times • PowerSet • Veoh • Yahoo!
商业硬件
典型的2层构架 – 节点是普通的商业PC机 – 30-40 节点/rack – 顶层到rack 带宽 3-4 gigabit – Rack到节点带宽1 gigabit
Hadoop 历史
• Dec 2004 – Google GFS 论文发表 • July 2005 – Nutch 使用 MapReduce • Feb 2006 – 成为 Lucene 子项目 • Apr 2007 – Yahoo! 建立 1000个节点的集群 • Jan 2008 – 成为 Apache顶级项目 • Jul 2008 – 建立 4000 节点的测试集群
map后输出(URL, (PRinit, list-of-urls))
– PRinit是URL初始的PageRank值 – list-of-urls包含URL所指向的所有网页
• Reduce任务只是验证函数
阶段 2: PageRank分配
• Reduce 任务输入(URL, url_list) 和许多(URL, val) 值
– 开发平台
• 应用模型、API代码库、开发测试环境
• 运行时环境
– 验证、配置、部署、激活
• 运营环境
– 升级、监控、淘汰、计费
平台层服务示例
Google App Engine
• 在Google的基础架构上运行自己的网络应用 程序
• 提供网址抓取、邮件、memcache、图像操 作、计划任务等服务
云构架
主要内容
• 概述 • 基础设施层 • 平台层 • 应用层 • 分布式计算软件构架MapReduce介绍 • 分布式计算开源框架Hadoop介绍 • 小结
• 概述
– 云计算的服务层次
• 基础设施层 • 平台层 • 应用层 • 分布式计算软件构架MapReduce介绍 • 分布式计算开源框架Hadoop介绍 • 小结
–计算vals 并且计算d 来获得新的PR值
–输出(URL, (new_rank, url_list))
• 非并行地检查是否收敛
MapReduce: 更多的例子
• 分布式Grep.
MapReduce Programs In Google Source Tree
• URL点击频率计算
• 聚类(K-means)
• 概述 • 基础设施层 • 平台层 • 应用层 • 分布式计算软件构架MapReduce介绍 • 分布式计算开源框架Hadoop介绍 • 小结
Hadoop相关书籍
• 我们关于云计算和Hadoop的新书
– 《分布式系统和云计算概论》 – 《Hadoop实战》
• 可以通过以下网址下载部分章节：
– /course/cloudcomputing 2010/index.html
Map 操作
• Map操作主要由用户实现，输入为键/值对，输出 为一些列键/值对的集合
– 如 (doc—id, doc-content)
• map类似于SQL聚集请求中的group-by子句
Reduce 操作
• map阶段完成后，中间结果的键/值对则根 据键的大小结合成列表传递给reducer
• 可以看作聚集函数（如求平均），这需要 在所有的具有相同group-by属性的记录上进 行计算
分布式文件系统
• 整个集群使用一个命名空间 • 数据一致性
– 一次写入多次读取 – 用户在已有文件中只能追加内容 • 文件拆分到数据块中 – 默认数据块大小为128MB – 每个数据块复制后放入不同的DataNodes • 智能客户端 – 客户端可以获得数据块的位置 –客户端可以直接从DataNode获取数据
• 目前支持Java和Python
• 概述 • 基础设施层 • 平台层 • 应用层
– 特征、分类、案例
• 分布式计算软件构架MapReduce介绍 • 分布式计算开源框架Hadoop介绍 • 小结
应用层的特征
• 可以通过浏览器访问，具有开放的API • 在使用的过程中根据实际使用情况付费 • 较强的云应用之间的整合能力
值
PageRank 使用 MapReduce
Map: 将PageRank 值分配给链接目标
Reduce: 从多个源聚集PageRank值计算得到新的PageRank值
Source of Image: Lin 2008
不断迭代 直至收敛
阶段 1: HTML处理 • Map任务输入(URL, page-content) 对进行
PageRank : 关键理解
• 每次迭代的影响是有限的，第i+1次迭代仅 仅依赖于第i次迭代
• 第i次迭代，每个节点的PageRank可以独立 地计算
PageRank 使用 MapReduce
• M表示为系数矩阵
• M的每行是分配给链接网页的PageRank值 • 这些值通过reduce聚集得到网页的PageRank
HDFS目标
• 超长规模分布式文件系统 – 10K 个节点, 1亿个文件, 10 PB大小
• 使用普通商业硬件 – 对文件进行复制应对硬件坏掉的情况 – 检测硬件错误并进行恢复
• 分组处理优化 – 计算任务可以移植到数据所在的节点上 – 提供非常高的聚集带宽
• 用户空间，运行在不同的操作系统上
构架
reduce(String output_key, Iterator intermediate_values): // output_key: a word // output_values: a list of counts
int result = 0; for each v in intermediate_values:
应用层的分类
• 标准应用
– 如文档处理、电子邮件、日程管理等 – 提供商往往是实力雄厚的IT业巨头
• 客户应用
– 如客户管理系统CRM、企业资源计划系统ERP – 提供商是规模较小的专业公司
• 多元应用
– 如地铁时刻表服务Mutiny、期权交易方案提供The Option Lab
– 提供商多是规模较小的开发团队
• 按照用户使用资源的数量和时间计费 • 网址/ec2/
• 概述 • 基础设施层 • 平台层
– 基本功能、实例、案例
• 应用层 • 分布式计算软件构架MapReduce介绍 • 分布式计算开源框架Hadoop介绍 • 小结
平台层的基本功能
• 开发测试环境
• 数据块报告 – 周期性地向NameNode发送所以数据块的状态报告
长尾理论
• 核心思想
– 在微小的需求如果能够得到满足就可以创造价 值
• 多元应用 • 初创型公司和创新团队利用云计算快速将构
想化为现实
Google Docs & Docs for Facebook
•在线文档编辑 •多人协作编辑
பைடு நூலகம்
Web QQ
• 一站式网络服务
• 客户应用的典型代表 • 采用了多租户的架构，使得所有用户和用户和应用程序
– 提供虚拟化的计算资源、存储资源、网络资源 – Amazon EC2
• 平台即服务
– 使软件开发人员充分利用开放的资源来开发定制化 的应用
– Google AppEngine
• 软件即服务
– 软件或应用通过租用的形式提供给用户使用 – – Google Gmail、Docs
• 概述 • 基础设施层
– 基本功能、示例、案例
• 平台层 • 应用层 • 分布式计算软件构架MapReduce介绍 • 分布式计算开源框架Hadoop介绍 • 小结
基础设施层的基本功能
资源抽象
计费管理
资源监控
安全管理
复杂管理
资源部署 数据管理
基础设施层示例
Amazon EC2
• 底层采用Xen虚拟化技术，以Xen虚拟机的 形式向用户动态提供计算资源
• 图像算法.
• 索引系统
MapReduce: 扩展和相似应用平台
• PIG (Yahoo) • Hadoop (Apache) • DryadLinq (Microsoft)
使用MapReduce的大规模系统构架
User App
MapReduce Distributed File Systems (GFS)
云构架层次
共有云
（通过Internet提 供公共服务）
混合云
（通过Internet和 Intranet提供公共
和私有服务）
私有云
（通过Intranet提 供私有服务）