雲端虛擬化 Cloud Virtualization

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1 雲端虛擬化 Cloud Virtualization
2019/4/10 雲端虛擬化 Cloud Virtualization 楊朝棟 東海大學 資訊工程學系 特聘教授 東海大學 電子計算機中心 主任

2 3-1 虛擬化觀念與演進 目標：最少成本  最佳效果
方法：獲得更高的ROI(Return On Investment，投資報酬率)  進行IT虛擬化 優點：將所有的IT資源視使用者及應用程式的需求來進行彈性的整合與調度，以達到資源最佳化的效果，進而降低總體擁有成本(TCO) 分類：計算(Computing)、網路(Networking)、及儲存(Storage)

3 什麼是虛擬化？ 虛擬化指的是從實際提供服務的實體資源，如硬體、軟體、網路、儲存等軟硬體設備，將這些資源做邏輯上的分割，轉變為邏輯上可以管理的資源，並提供給需求者的技術，讓使用者更合理、更充分的控制與管理這些資源。 虛擬化提供了一個邏輯上的抽象層，將應用程式、系統服務，甚至作業系統，提供它們與一個特定的硬體區塊進行綁定。

4 基礎架構虛擬化的好處 網路虛擬化： 儲存虛擬化： 虛擬機器在任何地方都可以存取。 虛擬機器可以移動至任何區域機房(使用公有雲)。
儲存資源集中化，整合異質儲存設備。 提升現有儲存設備的可用度與使用率。

5 基礎架構虛擬化的好處 作業系統虛擬化/虛擬機器： 用虛擬化硬體支援舊有的作業系統。 集中化管理。 備份備援。 快速佈建。 避免敏感資料外洩

6 導入虛擬化前 每台機器上單一作業系統 軟體硬體緊密結合 在同一台機器上運行多個應用程式時常產生衝突 未充分利用的資源 不靈活和昂貴的基礎設施
2019/4/10 導入虛擬化前 x86 Architecture Operating System Application CPU Memory NIC DISK 每台機器上單一作業系統 軟體硬體緊密結合 在同一台機器上運行多個應用程式時常產生衝突 未充分利用的資源 不靈活和昂貴的基礎設施 N

7 VMware Virtualization Layer
導入虛擬化後 x86 Architecture VMware Virtualization Layer Operating System Application CPU Memory NIC DISK 作業系統和應用程式的硬體獨立性 虛擬機可以調配到任何系統 可透過將他們封裝成虛擬機，作為一個單一單元管理作業系統和應用程式

8 虛擬化的技術演進 虛擬化在1960年為了描述虛擬機(實驗性的IBM M44/44X系統)這個概念被第一次提出，對虛擬機的架設和管理被稱為平台虛擬化，現在則被稱為伺服器虛擬化。 IBM在1960年代晚期開發System/360TMModel67大型主機時，就使用VMM(Virtual Machine Monitor)對所有的硬體介面都進行了虛擬化。 支持虛擬化技術的晶片輔助(Chip-Assisted)技術出現以後，改變了x86平台對虛擬化支持效能，因此x86平台已經成為了虛擬化技術發揮作用的重要平台之一。

9 虛擬機器監視器的分類 虛擬機器監視器(Hypervisor)是一個虛擬化平台，可以讓多個虛擬機器同時存在於同一台實體機器上，提供了一個可供各個虛擬機器獨立且不受干擾的操作環境，其主要的功能便是管理與協調虛擬機器存取硬體資源。 虛擬機器監視器又分為兩種： Hosted Hypervisor Microsoft Virtual Server、VMware Workstation、KVM等等。 Bare Metal Hypervisor Microsoft Hyper-V、Citrix Xen Server、VMware ESX Server等。

10 Hosted Hypervisor 與 Bare-Metal Hypervisor 之架構差異
虛擬機器監視器的分類 Hosted Hypervisor 與 Bare-Metal Hypervisor 之架構差異

11 VMM的分類 VMM (Virtual Machine Monitor，虛擬機器監視器) 為虛擬化技術的核心元件，其架構可分為下列三種類型：
OS-hosted (寄宿模型) Hypervisor (虛擬機管理程序模型) Hybrid (混和模型)

12 VMM的分類 OS-hosted (寄宿模型)
優點：因為不需要負責實體資源的管理，故不須自己處理設備的驅動程式，可輕鬆進行I/O設備的虛擬化。 缺點：因為資源受到host OS的控制，VMM在進行虛擬化的時候須先經過host OS，所以效能方面會受到影響。

13 VMM的分類 Hypervisor (虛擬機管理程序模型) 優點：因為同時具有管理和虛擬化的功能，所以虛擬化的效率較高。
缺點：因為VMM需要對實體資源進行管理，包括硬體的驅動程式等，對VMM來說是個很大的負擔。

14 VMM的分類 Hybrid (混和模型) 上述兩種模式的混和型，VMM依然擁有所有實體資源，但會將大部分I/O設備的控制權交由一個運行於VM (又稱為Administrative VM) 內的管理程式來控制。VMM只負責CPU和memory的虛擬化，I/O設備則由VMM和管理OS共同負責。

15 2019/4/10 感謝聆聽