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  • 整合和虚拟化如图1-3[2]所示的各种云计算的构件的主要目的是取得具有如下特征的SOI系统。 按需自助服务:消费者可以按需自主开通计算资源,诸如,服务器设置和网络存储,不需要服务供应商进行人工交互。 统一的网络...

    1.3云计算的特征

    整合和虚拟化如图1-3[2]所示的各种云计算的构件的主要目的是取得具有如下特征的SOI系统。
    按需自助服务:消费者可以按需自主开通计算资源,诸如,服务器设置和网络存储,不需要服务供应商进行人工交互。
    统一的网络访问方式:诸如手机、便携式电脑、上网本、平板、掌上电脑(Personal Digital Assistant,PDA)等,无论是异构的瘦客户端还是胖客户端,均可以通过网络,按照标准方式获取服务。
    资源池:云计算以资源池形式向不同终端用户提供多租户模式资源服务,各种物理或虚拟资源可以根据终端用户需求灵活地加载或卸除。常见资源池类型包括存储资源池等、处理资源池、内存资源池、网络带宽资源池以及虚拟机资源池等。用户与资源池在物理上是相互自由和独立的,无论用户是内部员工还是外部机构,都可以分别通过企业内网或者是Internet访问相应资源,因此终端用户通常无需关心所使用资源的具体位置,实现了位置无关性。
    快速可伸缩性:可以迅速、弹性地提供服务(某些情况下可以实现自动服务),能快速扩展,也可以快速释放实现快速缩小。对终端用户来说,可以租用的资源看起来似乎是无限的(或无界)。
    在认识了云计算的基本特征后,接下来我们将深入研究千差万别的云计算部署和服务模型了。

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  • SDN跟网络虚拟化的完美结合

    千次阅读 2013-12-10 14:36:42
    SDN跟网络虚拟化的完美结合 ...因为出于自动化部署的需求,网络虚拟化的架构本身就是集中式控制,而且是软件应用控制整个虚拟网络,这跟SDN的特征非常吻合。网络虚拟化主要用在 提供云服务的网络中。  在云服务网

    SDN跟网络虚拟化的完美结合

        之前说过,所谓的“SDN最适合的领域是数据中心”的说法,笔者认为更准确的说法应该是SDN最适合的领域是数据中心中的网络虚拟化应用。为什么说SDN非常适合用在网络虚拟化中呢?因为出于自动化部署的需求,网络虚拟化的架构本身就是集中式控制,而且是软件应用控制整个虚拟网络,这跟SDN的特征非常吻合。网络虚拟化主要用在供云服务的网络中。

    在云服务网络的实际部署中,有使用虚拟交换机来做Tunnel Overlay网络终结的方案,也有出于性能考虑使用硬件交换机做Tunnel Overlay网络终结的方案。

        当然我们知道,云服务网络部署是一个系统工程,涉及很多方面,管理员直接接触到的既不是交换机,也不是网络虚拟化工具,而是一个云服务管理平台,或者叫云计算平台,比如OpenStack、CloudStack或者云服务提供商自己设计的私有的平台。这个云计算平台负责管理很多资源,包括计算、存储、网络等。

        云计算平台本身的基础架构中,所用到的网络功能相对简单,就是普通的桥接技术,但是一般都会有跟第三方应用服务程序的接口,比如OpenStack就可以通过插件(plug-in)的方式集成第三方的程序,第三方公司开发的专业的网络虚拟化平台一旦集成到云计算平台中,就可以大大增强云计算平台网络自动化部署的能力。通常这些网络虚拟化平台都会集成一个Controller,比如Nicira的NVP,就有自己的Controller集群。云计算平台要部署网络服务的时候,就会通过插件向这些网络虚拟化平台内置的Controller发消息,比如要在两个Hypervisor之间创建Tunnel,并将一些VM绑定到这个Tunnel上去,以及配置一些网络安全策略或者QoS策略等。

        Controller自己自然不会去做这些事情,它就通过Controller跟交换机(虚拟交换机或者硬件交换机)之间的南向接口,比如OpenFlow或者OF-Config、NetConf或者别的公有或私有的接口,向交换机发消息去配置交换机。云计算平台要求集中化控制,网络虚拟化要求集中化控制,SDN要求集中化控制,三者想不结合在一起都很难,而且这种结合是水到渠成,轻而易举的,只需要一些接口和插件就可以做到。所有的这一切都是为了自动化部署。

        盛科网络跟国内的云服务提供商九州云联合开发了OpenStack+硬件网络虚拟化+SDN的方案。之前九州云的数据中心里面用的是OpenStack+OVS的纯软件方案,后来遭受了严重的性能问题,因为一台服务器里面虚拟机一多,随着网络流量的增大,网络交换部分带给CPU的压力就很大了。在盛科和九州云的联合方案中,通过最小的改动,用盛科的SDN交换机V350代替了OVS,将Tunnel加解封装,安全过滤,基于VM的QoS策略等网络功能放到了硬件交换机中,性能得到大幅度提升。而且这个方案充分考虑了之前云网络管理员的管理习惯,并没有将服务器跟网络分隔开来,对云网络的管理员来说,他并没感知到现在用的是虚拟交换机还是硬件交换机。

    图7-3该方案的架构图,其中用了开源的Ryu Controller,Tunnel是NvGRE,总共可以支持32KB VM以及12KB的Tunnel。转发面全部是基于纯粹的OpenFlow。


    文节选自《深度解析SDN——利益、战略、技术、实践》

    张卫峰 编著

    电子工业出版社出版


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  • 从行业数据互相关联的角度来说,云计算是极度依赖虚拟化的。事实上,我们可以说虚拟化就是云计算的关键。 以下是4个关键性特征,让虚拟化支撑着云计算: 1.弹性能力 许多云计算用户都希望能够快速的部署新服务器和...

    尽管事实上云计算和虚拟化是两种非常不同的技术,但他们仍然常常被等同起来。从行业数据互相关联的角度来说,云计算是极度依赖虚拟化的。事实上,我们可以说虚拟化就是云计算的关键。

    以下是4个关键性特征,让虚拟化支撑着云计算:

    1.弹性能力

    许多云计算用户都希望能够快速的部署新服务器和高可扩展性环境,虚拟机让这成为可能,镜像部署变得轻松可行。

    2.以低成本最大限度利用资源

    相比在专用服务器上隔离单个的应用程序,云供应商可以将多个应用程序甚至是多个平台部署在一个物理机上,使得硬件资源能够最大限度的被利用。结果就是他们需要的服务器数量就更少了,在能源和资源上也就能节省很多的成本。

    3.迁移和备份更容易

    在传统的托管模式下,哪怕是很少的任务,完成服务器迁移或者是备份恢复都是一件很复杂费时的事情,而云则完全不同。虚拟化能够让这一过程变得更容易,而且能大幅减少宕机恢复时间。

    4.更易控制的环境

    有了虚拟机后,服务供应商能够更容易的部署经过优化的更加安全的相同的镜像,提供更好的持续性和可靠性。这让供应商在为客户提供SLA(服务级别协议)时在可靠性上更有保证。

    虚拟化之于云计算就像风之于云,云用户依靠虚拟化所提供的可扩展性、成本效益、可靠性和冗余,没有虚拟化,云技术就是不完整的。
       人工智能、大数据、云计算和物联网的未来发展值得重视,均为前沿产业,多智时代专注于人工智能和大数据的入门和科谱,在此为你推荐几篇优质好文:
       如何应对云计算和虚拟化的安全挑战
    http://www.duozhishidai.com/article-10719-1.html
    什么是虚拟化技术,虚拟化主要分几种?
    http://www.duozhishidai.com/article-1776-1.html
    云计算与虚拟化有哪些异同之处,虚拟化就是云计算吗?
    http://www.duozhishidai.com/article-1674-1.html


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  • 存储虚拟化是存储模块的主要焦点(参见图2-2),它抽象了服务器应用访问数据时的逻辑表现与数据的物理位置,实现了位置无关性(云计算的基本特征之一)。虚拟系统负责管理卷到实际物理位置的映射过程,使逻辑实体以...

    2.4存储虚拟化

    存储虚拟化是存储模块的主要焦点(参见图2-2),它抽象了服务器应用访问数据时的逻辑表现与数据的物理位置,实现了位置无关性(云计算的基本特征之一)。虚拟系统负责管理卷到实际物理位置的映射过程,使逻辑实体以卷的形式展现给用户。虚拟化软件或虚拟化设备负责维护映射表,它也是元数据的一部分。映射粒度小至物理磁盘的一部分,大至整个物理磁盘,在这样的环境中,单个信息块由其LUN,也即物理磁盘,以及LUN内的偏移地址一起确定,这一偏移地址也称为逻辑块地址(Logical Block Address,LBA)[16]。逻辑实体通常指虚拟磁盘,物理磁盘之间的地址空间映射由它们各自的LUN确定。
    说明:物理磁盘也可以仅为存储的一部分,例如从底层磁盘子系统中的RAID阵列切出来的一块。
    从另一个角度来看,传统存储管理通常采用到主机系统的DAS方式,主机拥有对DAS的唯一控制。SAN出现后,DAS被存储网络而替代,不过依然主要在RAID系统级别创建并维护存储,虚拟化是传统存储管理模型的下一逻辑步骤,虚拟化实现了集中的磁盘创建及维护的集中控制中心。
    未进行虚拟化时,不同的主机系统拥有各自的烟囱式数据库或存储(参见图2-3),造成了资源的浪费,存储虚拟化实现了按需供应—资源池(而非特定的烟囱式数据库),使得无论应用来自哪个附加系统,需要多大量的资源,都能够获得满足。池式存储由各厂商的不同后端存储混合而成,能够实现对各类遗留及异构存储资源的整合和充分利用。
    虚拟化也有助于调节可得资源的数量,而不再需要通过启用周期存储设备实现容量的增加或减少。主机系统也不用再负责卷的管理以及关注存储的变化,包括数据迁移或存储升级等。数据保护技术,诸如快照和复制,也被简化了,为不同应用分配不同类别的存储也变得简单了。此外,SAN存储虚拟化是对服务器虚拟化的补充,SAN存储虚拟化简化了VM在不同物理平台间迁移数据链路的关联。最后但也同样重要的是:存储虚拟化也简化了存储管理,降低了管理异构存储资源的成本,这也是现代DC的常见问题。

    2.4.1块汇聚

    到目前为止,在这一章我们已经讨论了块级别的虚拟技术,通过对不同物理磁盘整合使得它们看起来就像一个逻辑设备一样。这样的技术通常也称为块汇聚,它与全球网络存储工业协会(Storage Networking Industry Association,SNIA)提出的L2共享存储模型有关。为什么在块一级进行虚拟化?最主要的原因是希望无须增加额外的智能应用,就能够克服个体设备的物理局限性,在应用看来是拥有了更大的磁盘,而实际上是通过增加一个虚拟磁盘来实现LBA容量扩展。
    块汇聚是在主机(服务器)内部的存储设备(智能设备控制器)或在存储网络(基于网络的设备或FC交换机)上实现的,以下是三种常见的块一级虚拟化解决方案,它们各有利弊:
    基于主机的虚拟化。
    利:软件解决方案与存储平台或开发商无关,也与底层SAN技术、FC、iSCSI等无关。
    弊:基于主机的虚拟化通常需要为每个主机购买一个许可,因而整体成本比较高,虚拟化软件也有可能十分复杂,而且需要在访问到存储目标之前,必须对每一个帧都进行拦截及重定向处理。由于每个主机都需要独立控制,因此需要为每个主机都安装一个软件驱动程序。因为实际主机是基于VM的(更多细节请参考本章“虚拟数据存储概念”的相关内容),所以使用VMware VMFS能够解决其中一部分问题。
    基于设备的虚拟化。
    利:存储设备或子系统与主机平台及OS都无关,虚拟化是由与物理磁盘驱动器非常接近的设备控制器完成的,该解决方案能够提供更好的响应能力。
    弊:通常设备来自不同厂商,因而对异构存储资源的SAN环境进行管理十分困难,数据存储设备厂商通过将大量不同的物理存储技术,包括NFS、CIFS、iSCSI、FC以及FCoE,放在一起组成统一的存储体系架构来克服此问题。NetApp数据ONTAP 7G以及8.0,以及EMC公司的Celerra/CLARiiON,都是基于统一存储体系架构。
    基于网络的虚拟化。
    利:通过虚拟化设备或在FC交换机内可以实现基于网络的虚拟化,该解决方案完全独立于存储平台、主机平台以及OS。当连接到SAN后,基于网络的虚拟化可以访问所有相连的主机以及存储设备,并具备高性能及可扩展性。
    弊:基于网络的虚拟化技术通常与厂商相关,如果将虚拟设备以界内方式部署在数据路径上,它们往往会变成瓶颈,同样,基于网络的虚拟化技术也面临着可扩展性难题,需要采用聚集处理,以防止单点失效。通过基于交换机的虚拟化技术,可以访问到高性能的基架,从而增强了系统的可扩展性。这样的强化效果受制于用户所选择的特定类型的交换机及硬件,也有可能在未来系统升级时不得不全盘更新。因此,我们需要采用独立供应商的标准,例如使用光纤架构应用接口标准(Fabric Application Interface Standard,FAIS)来克服基于专有性交换机虚拟化的缺点。
    说明:FAIS基于INCITS T11标准,其目标是为光纤应用创建一个与底层硬件平台无关的通用API,来帮助开发人员将存储和数据管理问题与应用、主机以及存储设备分离并集中到一个基于光纤的智能存储平台上。

    2.4.2同步及异步存储虚拟化

    同步虚拟化属于基于网络的带内虚拟化部署方式,此时,数据及控制消息使用相同的路径,由一个集中的虚拟存储管理器负责所有的I/O及元数据路由。虚拟引擎通常为一个单独的网络设备,不过也可以将该设备作为特殊的模块嵌入到FC交换机中,或直接运行在服务器上。所有I/O都需要经过虚拟设备,这样会对能够利用的SAN拓扑有所限制,有可能产生瓶颈。利用缓存最大化虚拟引擎性能可以解决这一瓶颈问题。IBM SAN卷控制器(SAN Volume Controller,SVC)是基于网络的带内设备的样例。
    图2-10给出了一个同步虚拟化的样例。在这个样例中,所有服务器端口都划分到虚拟设备的虚拟目标端口T区域,所有的存储端口均划分到虚拟设备的虚拟发起端口I1。所有来自主机(发起者I)的数据及控制帧都将送往虚拟目标T,并在虚拟目标终止。SCSI CDB[17](命令描述块)以及LUN都将被重新映射,发起者(例如I1)作为虚拟设备代理将发给物理目标T1一个新帧。

    screenshot

    异步虚拟化方法属于基于网络的带外虚拟化部署,可以将I/O操作分成如下3个阶段:
    1)服务器拦截下I/O请求块。
    2)服务器要求元数据管理器确定数据的物理位置。
    3)服务器存储或重新检索那些直接经过SAN的数据。
    FC SAN上的元数据以带内方式进行传输,以太网链路上的元数据以带外方式传输。在SAN中,每个使用虚拟存储的服务器都必须使用特定接口或安装的代理与元数据管理器进行通信,完成从逻辑的数据访问到物理访问的转换,因此推荐使用带外以太网链路,因为它能够避免SAN中由于IP元数据传输产生的拥塞。
    图2-11向我们揭示了异步虚拟化的原理,此时每一个服务器上都运行了一个虚拟化主机代理,负责拦截I/O请求块,并将元数据(CDB以及LUN)发送给带外LAN上的虚拟(元)管理器。虚拟管理器将对CDB以及LUN进行重映射,并将它们返回给服务器。服务器将修改后的帧发送到存储目标端口,所有之后的数据及响应帧都可以在发起者(I)以及目标端口(T)之间直接移动。

    screenshot

    两种部署方式拥有各自的优缺点:
    同步虚拟化。

    优点:带内部署复杂性较低,因为它使用单点管理模式,整体结构更简单,也不需要主机代理。
    缺点:同步虚拟化增加了每一帧的时延,因为所有的帧都先被终止,然后再被设备重映射,最后才被转发到目标地点。所有的网络传输都经过设备,将增加潜在的单点故障以及性能瓶颈,借助集群解决方案以及大容量缓存解决这些问题,只是执行虚拟操作的集群虚拟化设备又会因元数据库同步产生新的一致性问题。

    异步虚拟化。

    优点:异步虚拟化的主要优势在于低时延。
    缺点:异步虚拟化属于带外操作,要求主机能够拦截控制帧,此外,虚拟(元数据)管理器有可能形成单点故障。

    对基于网络的虚拟化而言,到底应选用哪一种部署方案:是带内部署还是带外部署?是否存在一种体系结构能够结合二者的优势,却又可以避免同步虚拟的瓶颈,也不需要异步虚拟中的主机代理呢?基于智能交换机的分离路径架构有可能是一种最佳方案。换句话说,也就是使用基于交换机的混合(分离路径)方法,控制路径采用效率更高的带外部署,而数据路径采用带内部署,这种方案从本质上避免性能瓶颈,也不需要使用主机代理。
    在分离路径体系架构中,元数据管理器通常为一个控制路径处理器(Control Path Processor,CCP),嵌入在智能交换机中的特定刀片上,或者位于某个外部带外控制器(设备)上。CPP支持FAIS,负责设备恢复、卷配置(例如,管理LBA元数据、将主机映射到存储LUN上)以及I/O错误或意外处理。这些操作不要求CCP处在界内,也不要求CPP位于数据路径上。当卷信息(主机到存储的映射)确定后,将被委托给数据路径控制器(Data Path Controller,DPC)。DPC包含了高性能的I/O处理ASIC[18],也驻留在特定刀片上,负责复制等带内操作。当接收到来自CPP的卷信息后,DPC将独立开始工作,完成从虚拟到物理的I/O转换,并且将数据转发到正确的目的地。例如,MDS 9000系列上的Cisco存储设备服务模块(Storage Services Module,SSM[19])能够支持分离路径架构。SSM支持FAIS,允许集成第三方虚拟引擎(例如EMC Invista[20])将虚拟化控制数据转移给MDS交换机。

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