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1、H3C CAS 全融合虚拟化平台 杭州华三通信技术有限公司 内 容 1 虚拟化技术总览 2 行业增值特性 新IT：由互联网思维催生的数据中心深层次变革 企业运营之辅助性工具 提升传统商业逻辑效率 与企业业务深度融合，引领和主导企业业务发展 颠覆传统商业逻辑 大机小机PC桌面互联网移动互联网物联网+云计算+大数据 传统IT新IT 变革，触及所有行业 MOOC 电子书包 沉浸式教学 实时评估反馈 教 育 个人健康管理(慢病管理) 移动医疗(就诊与医疗服务) 远程诊断 临床医疗方案标准化 DNA测试(重症筛查诊治) 大数据分析 医 疗 车联网 (人-车-路三位一体) 出租车应用 无人驾驶汽车 汽车共
2、享 交 通 移动校园网 全渠道 O2O 增强虚拟现实 用户行为数据分析 精准营销 零售服务业 零 售 第三方网络支付 金融产品/服务销售渠道 P2P借贷 供应链金融 众筹 电子货币 金 融 G2B、G2C业务加强 管理型政府转服务型政府 公共信息交互平台加强 智慧城市建设加强 网络强国 信息安全自主可控 政府 浙江政 务云 新IT给数据中心运维带来的核心价值 业务交付 服务化 运维管理 集约化 基础设施 平台化 硬件资源虚拟化管理 虚拟资源池化管理 软件定义数据中心 虚拟化整合实现效益最大化 资源自动弹性技术提升业务效率 大规模集群HA技术降低运营成本 流程式的敏捷业务交付 业务部门以内部结算
3、方式消费IT IT部门由成本中心向利润中心转变 硬件基础设施 服务器（机架 & 刀片）网络（ToR & 机箱）存储（IP & FC） 虚拟化，开启新IT之旅 云计算管理平台 教育云政务云卫生云媒体云公有云电力云 虚拟化内核系统（Hypervisor） 软件定义计算软件定义网络软件定义存储 虚拟化管理平台 虚拟化，承上启下，是构建新IT基础架构的核心支撑技术！ API 物理实体资源 虚拟化的定义 对物理实体资源进行抽象与隔离的管理技术，以达到最大程度利用资源的目的 虚拟化架构分布式架构 资源分裂资源聚合 1：NN：1 在低成本商用硬件上进行PB级大数据的挖掘与分 析。 主要应用于互联网行业（在线
4、旅游、用户搜索行为 分析、互联网广告分析、.）和科研院所（地震、 气象、军工、.） 提高硬件利用率 降低运维成本 提升业务交付效率 虚拟化技术流派 网络虚拟化 应用虚拟化 硬件辅助虚拟化 虚拟化 Virtualization 桌面虚拟化 服务器虚拟化 服务器虚拟化应用演进史 萌芽期萌芽期（上世纪（上世纪6060年代）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
5、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。 发展期发展期（上世纪（上世纪60609090年代）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。 虚拟化技术的发展完全源于为造价昂 贵的大型机服务。在虚拟化的帮助下 ，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。 爆发期爆发期（NOWNOW！）！） 在大型机和UNIX平台的虚拟化技术 不
6、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。 服务器虚拟化技术演进史 为什么最初的x86架构不适合于虚拟化？ Ring 1（Guest OS） Ring 3（App） Ring 2 Ring 0（V
7、MM） x86硬件架构 非特权指令 特权指令 ？ Ring 0（OS） Ring 3（App） Ring 2 Ring 1 x86硬件架构 非特权指令 特权指令 特权等级降级特权等级降级 Ring Ring DeprivilegingDeprivileging 当Guest OS执行敏感的特权指令时，会产生系统异常，怎么办？ 服务器虚拟化技术演进史 解决方法1：BT（Binary Translation，二进制翻译）全虚拟化方式 Ring 0（Hypervisor） Ring 3（App） Ring 2 Ring 1（Guest OS） x86硬件架构 非特权指令 特权指令 陷入 模拟 通过翻
8、译核心指令来代替那些不能虚拟化的指令，使用 翻译后的指令访问硬件。 非特权指令直接执行。 特权指令首先被陷入到VMM，并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。 工作原理 Guest OS无需修改，Guest OS感知不到是否发生了虚 拟化。 优点 当负载较大、敏感指令频繁被执行时性能低下。 缺点 服务器虚拟化技术演进史（续） 解决方法2：半虚拟化（Para-Virtualization） Ring 0（Hypervisor） Ring 3（App） Ring 2 Ring 1（Modified Guest OS）
9、x86硬件架构 非特权指令 特权指令 Hypercall 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。 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。 工作原理 性能非常接近物理机。 优点 不支持未修改的操作系统，兼容性和可移植性差。 缺点 服务器虚拟化技术演进史（续） 解决方法3：硬件辅助虚拟化 终极解决方案 VT-x CPUn H/W VM Control Structure (VMCS) VMX root ope
10、ration VMX non-root operation VM0 Apps Guest OS VMn Apps Guest OS Hypervisor VT-x CPU0 Ring 3 Ring 0 VMLAUNCH VMRESUME VMCALL VM entryVM exit VMCLEAR VMREAD VMWRITE VMCS Configuration 支持VT-x的处理器 主流服务器虚拟化技术架构分类 寄居架构（Hosted Architecture） 首先安装宿主操作系统，然后在宿主操作系统上再安装 VMM，利用VMM创建和管理虚拟机。 主要应用于开发、测试、演示等个人和小型应
11、用领域。 例如：VMware Workstation、Oracle/Sun VirtualBox等。 裸金属架构（Bare Metal Architecture） 将VMM直接安装在物理服务器之上而无须先安装操作系 统的预装模式，在安装了VMM之后，再在VMM上安装其 他操作系统(如Windows、Linux等)。 主要应用于数据中心生产环境。 例如：VMware ESXi、Citrix XenServer、Microsoft Hyper-V、H3C CAS等。 Hypervisor 虚拟机 操作系统 应用程序 x86硬件 虚拟机 操作系统 应用程序 宿主机OS 应用程序 x86硬件 虚拟机
12、操作系统 应用程序 服务器虚拟化应用的核心功能点 P2V & V2V 可定制化的API接口 与已有IT系统无缝集成 告警与日志 性能监控报表 业务自动部署与交付 虚拟化环境的自动化部署 物理/虚拟资源集中管理 自助流程申请与审批 资源弹性伸缩数据备份与快照 虚拟机生命周期管理 资源动态调度虚拟机防病毒 物理机/虚拟机HA安全策略管理 分布式虚拟交换机计算/存储热迁移 服务器虚拟化 稳定可靠的虚拟化内核 Stable Virtualization Kernel 服务器虚拟化技术发展趋势 硬件厂商推动 VT-x VT-i AMD-V VT-d VT-c EPT NPT SR-IOV IOMMU 行
13、业标准推动行业增值特性 DMTFOVF IETFVxLAN ONFSDN 虚拟化基本功能已逐渐标准化，技术重点向特定行业增值特性迁移 兼容异构虚拟化软件 基础架构融合管理 开放API接口 PCI-SIGSR-IOV 可管理的大集群规模 业务高可靠性级别 硬件透传和虚拟化 特定应用性能调优 以服务为导向的业务流程 当前数据中心IT服务面临的困境 停下你手头上所有的活 ，马上修复网络故障。 周五我们就需要一台 Web服务器并上线！ 今晚你必须把我的业务 系统内存进行升级！ 你曾经许诺今天就给我 添加一台服务器！ 硬件到货还需要3个星 期？！ 造成当前数据中心IT服务困境的原因 业务部署缓慢 硬件选
14、型、采购、操作 系统和应用程序安装、 网络配置、业务调试， 业务上线周期长。 运维成本上升 服务器、存储、网络数 量急剧膨胀，占地空 间、电力供应、散热制 冷、日常巡检维护管理 成本上升。 业务扩容困难 资源利用率过低（ 25%），机房占地空 间、供电与制冷能力有 限，设备、业务扩容困 难。 竖井式的IT架构 一台服务器、一个操作 系统、一种业务应用， 竖井式的IT架构催生出 一个个信息“烟囱”和孤 岛。 管理策略分散 设备型号不统一，无法 对数据中心内的基础设 施进行集中化的统一监 控和管理。 解决之道尽在 服务器虚拟化技术 运维成本节约 服务器虚拟化技术的管理与经济效益 业务管理简化 硬件
15、成本节约 服务器虚拟化技术最直观的体现。 软件成本节约 降低软件授权费用，如Windows Server数据中心版按物理CPU授 权。 电力成本节约 虚拟化整合及智能电源管理特性最多 能节约90%的电力成本。 管理成本节约 更少的维护设备、集中的维护平台、更 少的维护人力。 高可靠性保障 虚拟化的HA能力和DRS能力保障业务 连续性运行。 高效性利用 资源复用与自动调度保障 资源的高效利用。 灵活性调度 灵活的弹性调度策略，自适应 业务突发访问流量。 可扩展性 打破传统的竖井架构，易于资源的 横向和纵向扩展。 H3C虚拟化产品研发之路 成型期完善&创新期成熟期 2009 开始虚拟化技术预研 C
16、AS 1.0 HA和动态资源调度（DRS） CPU/网卡/磁盘资源热添加 标准虚拟交换机 支持IEEE 802.1Qbg标准协议 2011 2012 2013 2014 2015 分布式融合存储组件 硬件兼容性增强 计算/网络/存储资源QoS 内核性能调优 开放标准的REST API接口 CAS 2.0 大规模集群（128台）规模可管理 VxLAN网络虚拟化 GPU直通 轻代理防病毒解决方案 适配标准的OpenStack云平台 CAS 3.0 多站点容灾备份 虚拟机可信计算 硬件SR-IOV 内存热添加 虚拟机容灾（FT） 容器式虚拟化 兼容VMware虚拟化平台 资源弹性自动化伸缩（DRX） 用户自助服务平台 云业务申请与审批流程 云彩虹解决方案 H3C CAS
