服务器虚拟化及云计算基础实验

软件环境：Windows 10 X64 16G及以上
虚拟机环境：VMware workstation 16 Pro以上版本 or Virtual Box 6.1以上版本
ps:这是课堂老师布置的作业，觉得挺有意思，课后也花了点时间去实现，觉得挺有意义的，便记录下来。如果有做的不对的地方欢迎各位指正！

实训要求

在部分极端环境下，尽可能保证服务的正常运行
实例：在极端环境下，尽可能保证Web服务的正常运行

环境配置

1.准备好所需要的镜像包。

2.创建虚拟机。
安装的步骤我这里就不详细写了，具体的可以去某度一下，都很详细。（安装proxmox时，切记要将处理器的虚拟化给勾选上！！！）

3.ip的配置
我这里选择的DCHP分配。在虚拟机的192段中。

具体操作

1.安装好之后可以在登录页面看见服务的ip地址，在浏览器登录打开就能实现web段操作。




2.在openmediavault上添加一下虚拟硬盘，容量视具体情况而定。接着在web端将该磁盘挂载。
3.新建一个共享用户和共享文件夹。我这里是通过cifs选项来添加共享文件夹。


4.在proxmox上选中数据中心——存储——添加——cifs 将刚才创建的共享文件夹添加上去。

ID可以随便打，服务器、用户名、密码都对的情况下，share会自动出现目标文件夹名称。内容我是选择全选。
5.在共享文件夹中上传系统镜像安装虚拟机。

如图所示 在右边单击ios images便可以将本地镜像上传。

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这篇文章到这里还没有结束！因为我目前只做到了这一步，等我这两天在操作一下，便会更新，也请看到这篇文章的师傅们指教一下！万分感谢！！！

服务器虚拟化技术

1.历史发展

萌芽期–上世纪60年代

1959年6月，Christopher Strachey在国际信息处理大会上发表了一篇名为《大型高速计算机的 时间共享》的学术报告，第一次提出了“虚拟化”的概念
1965年8月，IBM推出System/360 Model 67和TSS分时共享系统，允 许多个远程用户共享同一高性能计算设备的使用时间，这是最原始的虚拟机技术

发展期–上世纪70~90年代

1972年，IBM发布了用于创建灵活大型主机的虚拟机技术，IBM 360/40、IBM 360/67等大型机通过 VMM（Virtual Machine Monitor， 虚拟机监控器）的技术，在物理硬件之上生成很多可以运行操作系统的独立虚拟机

造价昂贵的大型机服务在虚拟化技术的帮助下，用户可以对硬件进行逻辑分区，实现“多任务处理”，以充分利用大型机的昂贵资源

爆发期–现在

在大型机和UNIX平台的虚拟化技术不断发展的同时，x86平台却由于 架构和性能上的缺陷，而与虚拟化绝缘
随着x86架构的普及，人们开始考虑把虚拟化技术引入应用更广泛的 x86平台Intel、AMD修改了x86处理器的指令集，再加上多核处理器 的出现，使得虚拟化技术在x86平台快速发展起来
1999年，VMware针对x86平X台推出了 第 一 款商业虚拟化软件 VMware Workstation，从此，虚拟化技术终于走下了大型机的神坛， 开启了虚拟化技术的x86时代

X86 架构最初不适合与虚拟化

x86架构存在17条敏感的非特权指令，这些指令在虚拟化环境中执行时可能会导致系统异常

1.什么叫敏感指令？

以x86架构为例，x86架构最开始一共有4个特级层次。从0～3，越小特权越大。操作系统运行在Ring0上，Ring1和Ring2支持驱动设备，应用程序运行在Ring3上。其中一些关键操作指令只能由Ring0完成。称为特权指令。在VMM模型中，客户机操作系统运行在非特权模式下，即非Ring0模式下。所以一部分原来需要由Ring0处理的指令需要由VMM捕获然后处理。这些指令称为敏感指令。即所有敏感指令都是特权指令。

2.为什么x86架构最开始不能支持系统虚拟化？

经过上面的铺垫，我们来说下关键问题。
x86架构有个缺陷。x86架构有一部分敏感指令并不是特权指令，变成了非特权指令。这就出现问题了。非特权指令在Ring1～Ring3上是可以执行。VMM不会处理这些指令。这就导致了问题。系统本想让VMM执行的指令却被非特权级别执行了。一个不受虚拟软件控制的指令执行在虚拟层。就好象一个学医学的和你坐在一起敲代码，你是什么感受呢？这就是问题所在了。

但是后来inter和AMD都加强了自己的很多技术，比如inter的VT（Virtualization Technology）和AMD的SVM(Secure Virtual Machine)技术，弥补了x86架构的不足。

3.解决办法

办法一

解决方法1：BT（Binary Translation，二进制翻译）

BT和直接执行技术的结合实现了全虚拟化，此时客户操作系统可以通过虚拟化层从物理硬件上完全抽取出来，客户操作系统感知不到是否发生了虚拟化，完全不需要进行修改。

全虚拟化是迄今为止唯一不需要硬件或操作系统协助来进行敏感和特权指令虚拟化的技术，
Hypervisor（管理程序）可以翻译所有的操作系统特权指令，并保存在缓存里备用，而用户级的指令完全可以全速直接执行。
全虚拟化提供了最好的虚拟机隔离和安全性，简化了客户操作系统迁移和移植能力。
VMware ESX Server就是通过全虚拟化技术来实现的最好案例。

工作原理

1.Guest OS指令段在执行前进行整段翻译，将其中的敏感非特权指令替换为Ring0中
2.执行对应特权指令
3.非特权指令直接执行
4.特权指令首先被陷入到VMM，VMM通过一系列的模拟操作来实现此特权指令，然后返回给Guest OS，Guest OS从上次被中断的地方继续执行

优缺点

优点：
Guest OS无需修改，Guest OS感知不到是否发生了虚拟化优点
缺点：
当负载较大、敏感指令频繁被执行时性能低下 

办法二

解决方法2：半虚拟化（Para—Virtualization）

如图所示，半虚拟化需要修改操作系统内核，替换掉不
能虚拟化的指令，通过超级调用（hypercall）直接和底层的虚拟化层hypervisor来通讯，hypervisor同时也提供了超级调用接口来满足其他关键内核操作，比如内存管理、中断和时间保持。

工作原理

1.在Hypervisor上运行的Guest OS已经集成了与半虚拟化有关的代码，使得Guest OS能够非常好地配合Hypervisor来实现虚拟化
2.Hypervisor提供Hypercall接口来满足Guest OS的关键内核操作，如内存管理、中断和时间同步等

优缺点

优点：
性能非常接近物理机
缺点：
不支持未修改的操作系统，兼容性和可移植性差

详细介绍

半虚拟化和全虚拟化不同，全虚拟化不需要修改上面的操作系统，敏感的操作系统指令直接通过BT进行处理。半虚拟化的价值在于降低了虚拟化的损耗，但是半虚拟化的性能优势很大程度上依赖于运行的负载。
由于半虚拟化不支持未修改的操作系统(例如： Windows
2000/XP)，它的兼容性和可移植性差。在实际的生产环境中，半虚拟化也会导致操作系统支持和维护的艰难，因为半虚拟化往往要深入修改操作系统内核。
开源的Xen项目是半虚拟化的代表，它可以通过修改Linux的内核来实现CPU和内存的虚拟化，通过定制的操作系统驱动来实现I/O的虚拟化。
为了实现全虚拟化，需要构建复杂的BT技术，这往往比直接修改客户操作系统来启用半虚拟化更艰难。VMware实际上已经在产品中使用了半虚拟化的一些技术，来构建VMware Tools和优化虚拟设备驱动。
VMware tools服务为VMM Hypervisor提供了 一个后门服务，用来同步时间、记录日志和客户操作系统关机等。Vmxnet是半虚拟化的I/O设备驱动程序，它可以和hypervisor共享数据结构。这些半虚拟化技术的应用改善了设备的兼容能力，提高了数据吞吐速率，降低了CPU利用率。
需要重点澄清的是：VMware tools 服务和vmxnet设备驱动并不是CPU半虚拟化解决方案，它们紧紧对客户操作系统进行了微小的、非关键的修改，并不需要修改客户操作系统内核。

办法三

硬件辅助虚拟化解决非特权敏感指令无法陷入问题的解决思路：引入VMX模式(Virtual Machine eXtension)

VMX模式

如图所示，特权和敏感指令自动在hypervisor上执行，从而无需BT或半虚拟化技术。客户操作系统的状态保存在VT-x（Virtual Machine Control Structure，虚拟机控制结构）中或AMD-v(Virtual Machine Control Block，虚拟机控制块)。支持Intel VT和AMD-V的CPU从2006年开始推向市场，因此只有新的系统包含了这些硬件辅助的虚拟化功能。

图为硬件辅助的x86架构虚拟化

由于hypervisor到客户操作系统转换的损耗和严格的编程模式要求，第一代的硬件辅助虚拟化性能并不理想，VMware的BT技术很多时候性能更好。
第一代硬件辅助虚拟化为编程留了很小的空间，降低了软件的灵活性，增加了hypervisor到客户操作系统转换的损耗，正式基于此，VMware仅仅在很少的情况下利用了第一代的硬件辅助虚拟化，比如，在Intel平台上支持64位操作系统的时候，VMware使用了Intel的VT-x。

主流的Hypervisor产品

云计算内涵

1. 英文名称：Cloud Computing

2. 发展过程

   • Sun Microsystems —> 网络是计算机
   • Amazon —> 弹性计算云(Elastic Compute Cloud，EC2)
   • Google —> 云计算

3. 云计算是

   • 分布式计算
   • 并行计算
   • 效用计算
   • 网络存储
   • 虚拟化
   • 负载均衡
   • 热备份冗余

   等传统计算机和网络技术发展融合的产物

4. 云计算是一种能够通过网络以便利的、按需付费的方式获取计算资源（包括网络、服务器、存储、应用和服务等）并提高其可用性的模式。

   这些资源来自一个共享的、可配置的资源池，并能够以最省力和无人干预的方式获取和释放

   这种模式具有5个关键功能、3种服务模式和4种部署方式

5. 云计算参考架构

   

   云计算的组成通常可以分为6个部分，它们由上至下分别是

   • 云客户端

   • 云服务

   • 云应用

   • 云平台

   • 云存储

   • 云基础设施

6. 云是一些可以自我维护和管理的虚拟计算资源，通常为一些大型服务器集群，包括计算服务器、存储服务器、宽带资源

   端指的是用户终端，可以是个人计算机、智能终端、手机等任何可以连入互联网的设备

7. 云计算特点

   多样性编程可用于服务也可用于经济

   1. 可靠性较强
   2. 服务型
   3. 可用性高
   4. 经济性
   5. 多样性服务
   6. 编程便利性

8. 云计算演化的4个重要阶段

   电厂效用网格云

   1. 电厂模式阶段

   2. 效用计算阶段

   3. 网格计算阶段

   4. 云计算阶段

9. 云计算分类

   

   • 按照服务方式划分

     公有云被一个销售云计算服务的组织所拥有，公有云的核心属性是共享服务资源

     私有云被一个单一的组织拥有或租用，私有云的核心属性是专有资源

     混合云基础设施由私有云和公有云组成

     

   • 按照服务类型划分

     • SaaS：软件服务，Software-as-a-service

       服务提供商将应用软件提供给用户

       • 对企业而言优点

         1. **技术方面：**只需简单部署，不需购买硬件，不需配备IT方面专业技术人员
         2. **投资方面：**不需一次性投资，缓解资金压力，且能即使获得最新硬件平台和解决方案
         3. **维护和管理方面：**不需要专门的维护和管理人员

       • 面临的问题

         1. **安全性：**数据需要由第三方负责缺乏安全性
         2. **标准化：**SaaS解决方案缺乏标准化

       • 实现方式

         1. 通过PaaS平台开发SaaS
         2. 采用多租户架构和元数据开发模式

       • 应用实例

         1. 云OA(office automation-办公自动化)

         2. 云CRM(Customer Relationship Management-客户关系管理)

         3. 云ERP(Enterprise Resource Planning-企业资源计划)

         4. 阿里钉钉 属于SaaS，用友的云OA属于SaaS

     • PaaS：平台服务，Platform-as-a-service

       在IaaS基础上，服务提供商将软件开发环境和运行环境等以开发平台的形式提供给用户

       PaaS提供的是一种环境，用户程序不但可以运行在这个环境中，而且其生命周期也能够被该环境所控制

       从PaaS以服务形式提供给用户的角度来说，PaaS也是SaaS模式的一种应用

       • 特点

         1. 平台即服务
         2. 平台及服务
         3. 平台级服务

       • 一些PaaS平台

         • 国外平台

           1. GAE

           2. Microsoft Azure

           3. Amazon Elastic Beanstalk

           4. CumuLogic

           5. Force

           6. Engine Yard

           7. Heroku

         • 国内平台

           1. BAE

           2. SAE

           3. Qcloud

           4. ACE

           5. 腾讯提供的微信小程序接口

     • IaaS：基础设施服务，Infrastructure-as-a-service

       服务提供商把计算基础（服务器、网络技术、存储和数据中心空间）作为一项服务提供给用户，IaaS服务是虚拟化技术发展的产物

       • IaaS厂商分类

         

       • IaaS管理平台分类

         

       • IaaS实例

         • 专有云

           1. VMware的vCloud

           2. Microsoft的System Center

           3. 华为的Galax8800

         • 开源云

           1. OpenStack

           2. CloudStack

           3. Eucalyptus

     • SaaS，PaaS，IaaS之间的关系
       IaaS提供基础架构部件

       PaaS是一套平台工具，主要面向应用程序研发人员，可以构建于IaaS之上，也可以直接构建在物理资源之上

       SaaS提供各种应用程序，可基于PaaS平台提供，也可直接基于IaaS提供

       对于标黄的两句话的理解：3种服务都是虚拟化的结果，上层可以使用下层虚拟化后的资源实现，当然也可以直接使用未虚拟化的物理资源实现

云体系，标准，应用

1. 烟囱式(专机专用)的传统IT部署架构存在问题

   1. 硬件高配低用
   2. 整合困难

2. 云基础架构的融合部署分为3个层次的融合

   • 硬件层的融合

     实现虚拟机与虚拟网络之间的关联

   • 业务层的融合

     典型的云安全解决方案就是通过虚拟防火墙与虚拟机之间的融合

     虚拟机与LB(Load Balancing)负载均衡之间的联动

   • 管理层的融合

     云基础架构通过虚拟化技术与管理层的融合

3. SOA(Service-Oriented Architecture) -------- 面向服务的体系结构，是一个组件模型

   初步不是很准确的理解SOA

4. SOA特征

   • 可重用
   • 松耦合
   • 明确定义的接口
   • 无状态的服务设计
   • 基于开放标准

5. 分布式计算

   共享稀有资源和平衡负载是计算机分布式计算的核心思想之一

6. 云计算与SOA是两个不同的概念

   • 云计算是一种部署体系结构，而 SOA则是企业IT的体系结构
   • SOA与云整合既带来应用和业务流程灵活的虚拟化和节省的费用(云)，又带来原有应用的集成应用及业务流程的敏捷重构(SOA)
   • 上层基于SOA 进行应用服务的开发，底层基于云计算进行资源整合，包括存储、网络、数据库和服务器等

   云计算与SOA2个概念之间是有关联的

   • 产生背景和原因角度

     • SOA产生的原因是为解决企业存在的信息孤岛和遗留系统这两大问题

     • 云计算产生的原因是企业的信息系统数据量的高速增长与数据处理能力的相对不足，还有计算资源的利用率处于不平衡的状态

   • 服务角度

     • SOA实现了可以从多个服务提供商得到多个服务（一个服务便是一个功能模块），并通过不同的组合机制形成自己所需的一个服务
     • 云计算实现了所有的资源都是服务，可以从云计算提供商购买硬件服务、平台服务、软件服务等，把购买的资源作为云计算提供商提供的一种服务

   • 关键技术

     • SOA需要实现业务组件的可重用性、敏捷性、适应改变、松耦合、基于标准
     • 云计算则需要虚拟化技术、按需动态扩展、资源即服务的支撑

   • 应用场景

     • 当企业的业务需求经常改变的时候可以考虑使用SOA
     • 当企业对IT设施的需求经常改变或者无法提前预知的时候可以考虑使用云计算，当有大量的批处理计算的时候也可以考虑使用云计算

   • 应用的侧重点

     • SOA侧重于采用服务的架构进行系统的设计，关注如何处理服务
     • 云计算侧重于服务的提供和使用，关注如何提供服务

   • 商业模式

     • SOA可能会降低软件的开发及维护的成本，商业模式是间接的，需要落地
     • 云计算根据使用的时间（硬件）或流量（带宽）进行收费，具有明确的商业模式

7. 云计算和分布式计算区别和联系

   1. 分布式计算是云计算涉及的一项重要技术

      分布式计算更多解决的是多个计算节点共同提供更强计算能力的问题

      云计算的核心还是终端计算和存储能力朝云端的迁移和集中化，并能够弹性扩展

   2. 分布式计算往往更加强调是单个Request请求的拆分，主要通过应用设计，将任务进行分解来进行

      云计算的PaaS层往往并不会拆分单个Request，而是将用户访问的多Request并发通过调度规则进行Retouer分发

   3. 分布式计算是由多个用户合作完成的

      云计算是没有用户参与的，是交给网络另一端的服务器完成的

8. 云计算标准化组织分类

   

9. 《云计算综合标准化体系建设指南》涉及的内容

   • 云计算生态系统：硬件、软件、服务、网络和安全5个方面
   • 云计算综合标准化体系框架：云基础标准、云资源标准、云服务标准和云安全标准
     • 云基础标准主要包括云计算术语、参考架构、指南等方面的标准
     • 云资源标准主要包括关键技术、资源管理和资源运维等方面的标准
     • 云服务标准主要包括服务采购、服务质量、服务计量和计费、服务能力评价等方面的标准
     • 云安全标准：网络安全、系统安全、服务安全和信息安全，主要包括云计算环境下的安全管理、服务安全、安全技术和产品、安全基础等方面的标准
   • 云计算的标准研制方向: 29个

云服务

1. 云计算服务概念：是指将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户提供按需服务，用户通过网络以按需、易扩展的方式获得所需资源和服务

2. 云计算服务特征：

   • 随需自助服务
   • 随时随地用任何网络设备访问
   • 多人共享资源池
   • 快速重新部署的灵活度
   • 可被监控与量测的服务

   一般认为还有的特征

   • 基于虚拟化技术快速部署资源或获得服务
   • 减少用户终端的处理负担
   • 降低用户对于IT专业知识的依赖