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  • 计算虚拟化简介

    2020-07-12 12:56:21
    计算虚拟化简介 了解传统的物理机的部署方案 (1.)服务器的选型(几个cpu,频率,多大内存,硬盘,关联存储) (2.)IDC数据中心采购服务器的放置的空间及上架 (3.)系统安装(windows linux unix freebsd) (4....

    计算虚拟化简介

    了解传统的物理机的部署方案

    (1.)服务器的选型(几个cpu,频率,多大内存,硬盘,关联存储)

    (2.)IDC数据中心采购服务器的放置的空间及上架

    (3.)系统安装(windows linux unix freebsd)

    (4.)应用的规划和部署,域名注册,dns映射,外网访问

    因为这个过程非常复杂传统的的数据中心带来很多的问题

    (1.)服务器利用率低下,cpu,内存又不能共享

    (2.)资源分配又不合理

    (3.)初始化成本比较高

    (4.)自动化能力差

    1.什么是虚拟化

    在没有虚拟化的场景下,一套硬件上同时只能运行一个os,有了虚拟化,一套硬件可以同时运行多个os。

    虚拟化就是把物理资源逻辑化

    在一套硬件上去安装一个特殊的os,也成为VMM(virtual machine moitor虚拟机监视器)或者叫hypervisor。用来监控运行在上面的os(vm)

    VMM就是用来提供虚拟化,跑虚拟机和监控虚拟机的运行。

    虚拟化的实现就是开发VMM

    2.虚拟化的产生

    在60年代就有了虚拟化的概念,不过叫做cpu的分时复用,90年代,IBM才有了逻辑分区的概念。IBM虚拟化在power cpu上实现。

    3.虚拟化的驱动

    (1.)cpu的速度越来越快,超过软件对硬件的要求

    (2.)企业成本压力

    (3.)环保压力

    (4.)业务压力

    在没有做虚拟化之前,IT资源独立,操作系统和硬件是紧耦合

    有了虚拟化后,资源抽象成共享资源池,操作系统和硬件解耦,从资源池去分配资源。

    4.虚拟化的本质:分区,隔离,封装,独立

    分区:在虚拟化层为多个虚拟机划分服务器资源的能力,每个虚拟机可以同时运行一套单独的os,使你能够在同一台服务器上运行多个应用程序,每个操作系统只能看到虚拟化层为其提供的虚拟硬件,VM认为自己就是运行在一台单独的服务器上。

    隔离:虚拟机之间是相互隔离的(os故障,蓝屏,APP崩溃,驱动程序故障)不会影响到同一台服务器其他的虚拟机的运行。

    封装:封装意味着可以将整个虚拟机(规格,bios配置,内存状态,磁盘状态,cpu)存储在单独的文件中,只需要复制文件就可以移动虚拟机。

    独立:相对于硬件独立

    完全适用于虚拟化,比如vlan

    5.虚拟化的厂商

    IBM是最早实现虚拟化(分时系统)

    VMware 开发出了虚拟化

    针对个人用户:VMware workstation VMware fusion

    针对企业用户:VMware vsphere

    Redhat: kvm

    Citrix: xen

    Microsoft:hyper-v

    虚拟化的实现就是开发vmm

    6.实现虚拟化的技术

    (1.)模拟仿真技术

    在虚拟化模式下,存在着2种cpu指令,特殊指令(敏感指令),普通指令。

    特权指令:系统中有一些操作和管理关键系统资源的指令,这些指令只能在最高特权级别上运行,如果在非最高特权上运行,特权指令会引发一些异常。

    敏感指令:在x86cpu上,有19条敏感指令不属于特权指令。

    经典的虚拟化就是使用的模拟仿真技术。
    在这里插入图片描述

    当guest os执行特权指令的时候,VMM会捕捉到异常,对guest os执行的特权指令进行特权降级,然后陷入模拟,通过模拟的方式实现guest os需要做的特权操作。

    但是由于x86的cpu架构指令,敏感指令并不完全是特权指令(19条),VMM捕获不到,所以无法进行特权降级然后陷入模拟,由于x86这种架构的问题,导致无法实现虚拟化的全部功能。

    VMware公司通过二进制翻译技术完成了对x86cpu架构的完全虚拟化 binary translation

    (2.)完全虚拟化与半虚拟化和cpu硬件辅助虚拟化

    完全虚拟化(BT):guest os不知道自己运行在VM上,认为自己运行在物理机上,运行在cpu的ring0环上

    由于都是通过纯软件的方式导致效率比较慢,速度慢,但是确实解决了x86cpu架构的问题。

    纯软件的半虚拟化:通过修改guest os的代码,让guest os能够知道自己运行在VM上,进而知道自己没有运行在ring0环上,所以特权指令和敏感指令都主动提交给VMM,由VMM处理完成后,返回VM。

    在2003年xen,使用半虚拟化的方案来解决x86的敏感指令问题,主要是通过hypercall,需要去更改guest os的代码,从而使guest os会将和特权指令相关的操作都转换为发给VMM的hypercall(超级调用),由VMM继续进行处理。

    Windows不允许修改os的代码。

    Cpu硬件辅助全虚拟化:有cpu厂商在cpu指令里面加入虚拟化指令。

    Intel vt-x

    Amd amd-v

    核心思想就是通过引用新的指令和运行模式,使得guest os和VMM分别运行在不同的模式下。

    在这里插入图片描述

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  • 计算机网路第三章部分答案

    千次阅读 2009-10-25 10:38:00
    答:传统的时分复用TDM是静态时隙分配,均匀高负荷时信道利用高,低负荷或符合不均匀时资源浪费较大,CSMA/CD课动态使用空闲新到资源,低负荷时信道利用高,但控制复杂,高负荷时信道冲突大。3-20 假定1km长的...

    3-19    以太网使用的CSMA/CD协议是以争用方式接入到共享信道。这与传统的时分复用TDM相比优缺点如何?

    答:传统的时分复用TDM是静态时隙分配,均匀高负荷时信道利用率高,低负荷或符合不均匀时资源浪费较大,CSMA/CD课动态使用空闲新到资源,低负荷时信道利用率高,但控制复杂,高负荷时信道冲突大。


    3-20    假定1km长的CSMA/CD网络的数据率为1Gb/s。设信号在网络上的传播速率为200000km/s。求能够使用此协议的最短帧长。

    答:对于1km电缆,单程传播时间为1/200000=5为微秒,来回路程传播时间为10微秒,为了能够按照CSMA/CD工作,最小帧的发射时间不能小于10微秒,以Gb/s速率工作,10微秒可以发送的比特数等于10*10^-6/1*10^-9=10000,因此,最短帧是10000位或1250字节长


    3-21    什么叫做比特时间?使用这种时间单位有什么好处?100比特时间是多少微秒?

    答:比特时间是发送一比特多需的时间,它是传信率的倒数,便于建立信息长度与发送延迟的关系

             “比特时间”换算成“微秒”必须先知道数据率是多少,如数据率是10Mb/s,则100比特时间等于10微秒。


    3-22    假定在使用CSMA/CD协议的10Mb/s以太网中某个站在发送数据时检测到碰撞,执行退避算法时选择了随机数r=100。试问这个站需要等待多长时间后才能再次发送数据?如果是100Mb/s的以太网呢?

    答:对于10mb/s的以太网,以太网把争用期定为51.2微秒,要退后100个争用期,等待时间是51.2(微秒)*100=5.12ms

    对于100mb/s的以太网,以太网把争用期定为5.12微秒,要退后100个争用期,等待时间是5.12(微秒)*100=512微秒


    3-23    公式(3-3)表示,以太网的极限信道利用率与连接在以太网上的站点数无关。能否由此推论出:以太网的利用率也与连接在以太网的站点数无关?请说明你的理由。

    答:实际的以太网各给发送数据的时刻是随即的,而以太网的极限信道利用率的得出是假定以太网使用了特殊的调度方法(已经不再是CSMA/CD了),使各结点的发送不发生碰撞。


    3-24    假定站点A和B在同一个10Mb/s以太网网段上。这两个站点之间的传播时延为225比特时间。现假定A开始发送一帧,并且在A发送结束之前B也发送一帧。如果A发送的是以太网所容许的最短的帧,那么A在检测到和B发生碰撞之前能否把自己的数据发送完毕?换言之,如果A在发送完毕之前并没有检测到碰撞,那么能否肯定A所发送的帧不会和B发送的帧发生碰撞?(提示:在计算时应当考虑到每一个以太网帧在发送到信道上时,在MAC帧前面还要增加若干字节的前同步码和帧定界符)

    答:设在t=0时A开始发送,在t=(64+8)*8=576比特时间,A应当发送完毕。t=225比特时间,B就检测出A的信号。只要B在t=224比特时间之前发送数据,A在发送完毕之前就一定检测到碰撞,就能够肯定以后也不会再发送碰撞了

             如果A在发送完毕之前并没有检测到碰撞,那么就能够肯定A所发送的帧不会和B发送的帧发生碰撞(当然也不会和其他站点发生碰撞)。


    3-25    在上题中的站点A和B在t=0时同时发送了数据帧。当t=255比特时间,A和B同时检测到发生了碰撞,并且在t=255+48=273比特时间完成了干扰信号的传输。A和B在CSMA/CD算法中选择不同的r值退避。假定A和B选择的随机数分别是rA=0和rB=1。试问A和B各在什么时间开始重传其数据帧?A重传的数据帧在什么时间到达B?A重传的数据会不会和B重传的数据再次发生碰撞?B会不会在预定的重传时间停止发送数据?

    答:t=0时,A和B开始发送数据

    T1=225比特时间,A和B都检测到碰撞(tau)

    T2=273比特时间,A和B结束干扰信号的传输(T1+48)

    T3=594比特时间,A 开始发送(T2+Tau+rA*Tau+96)

    T4=785比特时间,B再次检测信道。(T4+T2+Tau+Rb*Tau)如空闲,则B在T5=881比特时间发送数据、否则再退避。(T5=T4+96)

    A重传的数据在819比特时间到达B,B先检测到信道忙,因此B在预定的881比特时间停止发送


    3-26    以太网上只有两个站,它们同时发送数据,产生了碰撞。于是按截断二进制指数退避算法进行重传。重传次数记为i,i=1,2,3,…..。试计算第1次重传失败的概率、第2次重传的概率、第3次重传失败的概率,以及一个站成功发送数据之前的平均重传次数I。

    答:将第i次重传成功的概率记为pi。显然

    第一次重传失败的概率为0.5,第二次重传失败的概率为0.25,第三次重传失败的概率为0.125.平均重传次数I=1.637


    3-27    假定一个以太网上的通信量中的80%是在本局域网上进行的,而其余的20%的通信量是在本局域网和因特网之间进行的。另一个以太网的情况则反过来。这两个以太网一个使用以太网集线器,而另一个使用以太网交换机。你认为以太网交换机应当用在哪一个网络?

    答:集线器为物理层设备,模拟了总线这一共享媒介共争用,成为局域网通信容量的瓶颈。

            交换机则为链路层设备,可实现透明交换

            局域网通过路由器与因特网相连

            当本局域网和因特网之间的通信量占主要成份时,形成集中面向路由器的数据流,使用集线器冲突较大,采用交换机能得到改善。

            当本局域网内通信量占主要成份时,采用交换机改善对外流量不明显
    3-28    有10个站连接到以太网上。试计算一下三种情况下每一个站所能得到的带宽。

    (1)10个站都连接到一个10Mb/s以太网集线器;

    (2)10个站都连接到一个100Mb/s以太网集线器;

    (3)10个站都连接到一个10Mb/s以太网交换机。

    答:(1)10个站都连接到一个10Mb/s以太网集线器:10mbs

          (2)10个站都连接到一个100mb/s以太网集线器:100mbs

          (3)10个站都连接到一个10mb/s以太网交换机:10mbs


    3-29 10Mb/s以太网升级到100Mb/s、1Gb/S和10Gb/s时,都需要解决哪些技术问题?为什么以太网能够在发展的过程中淘汰掉自己的竞争对手,并使自己的应用范围从局域网一直扩展到城域网和广域网?

    答:技术问题:使参数a保持为较小的数值,可通过减小最大电缆长度或增大帧的最小长度

            在100mb/s的以太网中采用的方法是保持最短帧长不变,但将一个网段的最大电缆的度减小到100m,帧间时间间隔从原来9.6微秒改为现在的0.96微秒

            吉比特以太网仍保持一个网段的最大长度为100m,但采用了“载波延伸”的方法,使最短帧长仍为64字节(这样可以保持兼容性)、同时将争用时间增大为512字节。并使用“分组突发”减小开销

    10吉比特以太网的帧格式与10mb/s,100mb/s和1Gb/s以太网的帧格式完全相同

    吉比特以太网还保留标准规定的以太网最小和最大帧长,这就使用户在将其已有的以太网进行升级时,仍能和较低速率的以太网很方便地通信。

    由于数据率很高,吉比特以太网不再使用铜线而只使用光纤作为传输媒体,它使用长距离(超过km)的光收发器与单模光纤接口,以便能够工作在广


    3-30 以太网交换机有何特点?用它怎样组成虚拟局域网?

    答:以太网交换机则为链路层设备,可实现透明交换

    虚拟局域网 VLAN 是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。

    这些网段具有某些共同的需求。

    虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个 4 字节的标识符,称为 VLAN 标记(tag),用来指明发送该帧的工作站属于哪一个虚拟局域网。


    3-31 网桥的工作原理和特点是什么?网桥与转发器以及以太网交换机有何异同?

    答:网桥工作在数据链路层,它根据 MAC 帧的目的地址对收到的帧进行转发。

    网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时,并不是向所有的接口转发此帧,而是先检查此帧的目的 MAC 地址,然后再确定将该帧转发到哪一个接口

    转发器工作在物理层,它仅简单地转发信号,没有过滤能力

    以太网交换机则为链路层设备,可视为多端口网桥


    3-32    图3-35表示有五个站点分别连接在三个局域网上,并且用网桥B1和B2连接起来。每一个网桥都有两个接口(1和2)。在一开始,两个网桥中的转发表都是空的。以后有以下各站向其他的站发送了数据帧:A发送给E,C发送给B,D发送给C,B发送给A。试把有关数据填写在表3-2中。

         

        

     

    3-33    网桥中的转发表是用自学习算法建立的。如果有的站点总是不发送数据而仅仅接受数据,那么在转发表中是否就没有与这样的站点相对应的项目?如果要向这个站点发送数据帧,那么网桥能够把数据帧正确转发到目的地址吗?

    答:没有与这样的站点相对应的项目;

         网桥能够利用广播把数据帧正确转发到目的地址

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  • 3.1.1内存管理的概念

    2016-07-23 23:14:49
    内存管理是操作系统设计中最重要和最复杂的内容之一,虽然 计算机硬件一直在飞速发展,内存 容量也在 不断增长,但是仍然不可能将用户进程所需要的全部程序和数据放入主存中,所以操作系统必须将内存空间进行合理地...

    内存管理是操作系统设计中最重要和最复杂的内容之一,虽然 计算机硬件一直在飞速发展,内存 容量也在 不断增长,但是仍然不可能将用户进程所需要的全部程序和数据放入主存中,所以操作系统必须将内存空间进行合理地划分和有效地动态分配。操作系统对内存的划分和动态分配就是内存管理的概念。
    有效的内存管理在多道程序设计中非常重要,不仅方便用户使用存储器,提高内存利用率,还可以通过虚拟技术从逻辑上扩充存储器。
    内存管理的功能有:
    - 内存空间的分配与回收。由操作系统完成主存储器空间的分配和管理,使程序员摆脱存储分配的麻烦,提高编程效率。
    - 地址转换,在多道程序环境下,程序中的逻辑地址与内存中的物理不可能一致,因此存储管理必须提供地址变换功能,把逻辑地址转换成相应的物理地址。
    - 内存空间的扩充:利用虚拟存储技术或自动覆盖技术,从逻辑上扩充内存。
    - 存储保护:保证各道作业在各自的存储空间内运行,互不干扰。

    程序运行的基本原理和要求

    1.程序装入和链接

    创建程序首先要将程序和数据装入内存,将用户源程序变为可在内存中执行的程序,通常需要以下几个步骤:
    编译:由编译程序将用户源代码编译成若干个目标模块 。
    链接:由链接程序将编译后形成的一组目标模块,以及所需要的库函数链接在一起,形成一个完整的装入模块。
    装入:由装入程序将装入模块装入内存运行。
    程序的链接有以下三种方式
    静态链接:在程序运行之前,先将各目标模块及他们所需的库函数链接成一个完整的可执行程序,以后不再拆开。
    装入时动态链接:将用户源程序编译后所得到的一组目标模块, 在装入内存时面采用边装入边链接的链接方式。
    运行时动态链接:对某些目标模块的链接,是在程序执行中需要该目标模块时,才对它进行的链接。其优点是便于修改和更新,便于实现对目标模块的共享。
    内存的装入模块在装入内存时,同样有以下 三种方式:
    1)绝对装入。在编译时,如果知道程序将驻留在内存的某个位置,编译程序将产生绝对地址的目标代码。绝对装入程序按照装入模块中的地址,将程序和数据装入内存。由于程序中的逻辑地址和实际内存地址完全相同,故不需对程序和数据的地址进行修改。
    绝对装入只适用于单道程序环境。另外,程序中所使用的绝对地址,可在编译或汇编时给出,也可由程序员直接赋予。而通常情况下在程序中采用的是符号地址,编译或汇编时再转换成绝对地址。
    2)可重定位装入。在多道程序环境下,多个目标模块的起始地址通常都是从0开始,程序中的其他地址都是相对于起始地址的,此时采用可重定位装入方式,根据内存的当前情况,将装入模块装入到内存的适当位置装入时对目标程序中指令和数据的修改过程称为重定位,地址转换通常是在装入时一次完成的,所以又称为静态重定位
    静态重定位的特点是在一个程序装入内存时,必须分配其要求的全部内存空间,如果没有足够的内存,就不能装入该作业。此外,作业一旦进入内存后,在整个运行期间不能在内存中移动,也不能再申请内存空间。
    3)动态运行时装入,也称为动态重定位,程序在内存中如果发生移动,就需要采用动态的装入方式。装入程序在把装入模块装入内存后,并不立即把装入模块中的相对地址转换为绝对地址,而是把这种地址变换推迟到程序真正要执行时才进行。因此,装入内存后的所有地址均为相对地址。这种方式需要一个重定位寄存器的支持。
    动态重定位的特点是可以将程序分配到不连续的存储区中;在程序运行之前可以只装入它的部分代码即可投入运行,然后在程序运行期间,根据需要动态申请分配内存;便于程序段的共享,可以向用户提供一个比存储空间大得多的地址空间。

    2.逻辑地址空间与物理地址空间

    编译后,每个目标模块都是从0号单元开始编址,称为 该目标模块的相对地址(或逻辑地址)。当 链接程序 将各个模块链接成一个完整的可执行目标程序时,链接程序顺序依次按各个模块的相对地址构成统一的从0号单元开始编址的逻辑地址空间 。用户程序和程序员只需要知道逻辑地址,而内存管理的具体机制则是完全透明的,它们只有系统编程人员才会涉及。不同进程可以有相同的逻辑地址,因为相同的逻辑地址可以映射到主存的不同位置
    物理地址空间是指内存中物理单元的集合,它是地址转换的最终地址,进程在运行时执行指令和访问数据最终都要通过物理地址从主存中存取。当装入程序将可执行代码装入内存时,必须通过地址装换将逻辑地址转换成物理地址,这个过程称为地址重定位

    3.内存保护

    内存分配前,需要保护操作系统不受用户进程的影响,同时保护用户进程不受其他用户进程的影响。内存保护可采取两种方法:
    (1)在CPU中设置一对上、下限寄存器,存放用户作业在主存中的下限和上限地址,每当CPU要访问一个地址时,分别和两个寄存器的值相比,判断有无越界。
    (2)通过采用重定位寄存器(或基址寄存器)和界地址寄存器(又称限长寄存器)来实现这种保护。重定位寄存器含有最小的物理地址值,界地址寄存器含逻辑地址的最大值。每个逻辑地址值必须小于界地址寄存器;内存管理机构动态地将逻辑地址与界地址寄存器进行比较,如果未发生地址越界,则加上重定位寄存器的值后映射成物理地址,再交给内存单元。
    当CPU调度程序选择进程执行时,派遣程序会初始化重定位寄存器和界地址寄存器。每一个逻辑地址都需要与这两个寄存器进行核对,以保证操作系统和其他用户程序及数据不被该进程的运行所影响。

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  • 针对存在多个复杂约束的复合事件栅栏覆盖优化问题,提出了一种基于有效策略集的乘子法(ASMP,active set multiplier policy),该算法可以有效计算覆盖,降低网络的计算负载,提高网络的运行效率并在复合事件栅栏...
  • 并发简史

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    资源利用公平性,分配时间片段让每个程序都有机会运行便利性,编写多个程序计算多个任务,每个程序间相互通信,这比编写一个程序来计算所有的任务更加容易实现 线程的优势 线程可以有效的降低程序的开发和维护成本...

    计算机加入操作系统来实现多个程序的执行,主要的原因如下:

    1. 资源利用率
    2. 公平性,分配时间片段让每个程序都有机会运行
    3. 便利性,编写多个程序计算多个任务,每个程序间相互通信,这比编写一个程序来计算所有的任务更加容易实现
    线程的优势
    线程可以有效的降低程序的开发和维护成本,同时提升复杂程序的性能。
    1. 发挥计算机多处理器的强大能力
    2. 建模的简单性,可以将复杂并且异步的工作流进一步分解为一组简单并且同步的工作流,每个工作流在一个单独的线程运行,并且在特定的同步位置进行交互。
    3. 异步事件的简化处理
    4. 响应更灵敏的用户界面
    线程的风险
    1. 安全性
    2. 活跃性问题,活跃性关注“某件正确的事情最终会发生”,如果出现了死锁,那么就出现了活跃性问题
    3. 性能问题

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空空如也

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复杂分配率计算