云计算概述
云计算是一种基于互联网的计算方式, 通过这种方式, 共享的软硬件资源和信息可以按需求提供给计算机各种终端和其他设备
以前要完成信息处理, 是需要在一个客观存在的计算机上完成的, 它看得见摸得到。后来随着计算机硬件、网络技术、存储技术的飞速发展, 计算机硬件性能过剩, 因为足够高的性能在大部分时间是被浪费掉的, 并没有参与客观运算; 那如果将资源集中起来, 计算任务去共享、复用集中起来的资源, 将是对资源的极大节省和效率的极大提升; 这就是云计算产生的背景, 它就是将庞大的计算资源集中在某个地方或是某些地方, 而不再是放在身边的计算机了, 用户的每一次计算, 都发生在那个被称为“**☁️云**”的地方
云计算的服务模型
云计算的模型是以服务为导向的, 根据提供的服务层次不同, 可分为：IaaS(Infrastructure as a Service, 基础架构即服务)、PaaS(Platform as a Service, 平台即服务)、SaaS(Software as a Service, 软件即服务)。它们提供的服务越来越抽象, 用户实际控制的范围也越来越小,
SaaS: 云服务提供商提供给客户直接使用软件服务, 如Google Docs、Microsoft CRM、Salesforce.com等。用户不必自己维护软件本身, 只管使用软件提供的服务。用户为该软件提供的服务付费
PaaS: 云服务提供商提供给客户开发、运维应用程序的运行环境, 用户负责维护自己的应用程序, 但并不掌控操作系统、硬件以及运作的网络基础架构。如aliyun的RDS-MySQL、RDS-Redis等。平台是指应用程序运行环境(图中的Runtime)。通常, 这类用户在云环境中运维的应用程序会再提供软件服务给他的下级客户。用户为自己的程序的运行环境付费
IaaS: 用户有更大的自主权, 能控制自己的操作系统、网络连接(虚拟的)、硬件(虚拟的)环境等, 云服务提供商提供的是一个虚拟的主机环境。如aliyun的ECS、腾讯的CMS等。用户为一个主机环境付费
虚拟化技术
虚拟化在计算机领域, 虚拟化指创建某事物的虚拟版本, 包括虚拟的计算机硬件平台、存储设备以及计算机网络资源
虚拟化是一种资源管理技术, 它将计算机的各种实体资源予以抽象和转化, 并提供分割、重新组合, 以达到最大化利用物理资源的目的; 广义上来说, 我们一直以来对物理硬盘所做的逻辑分区、以及后来的LVM, 都可以纳入虚拟化的范畴; 在没有虚拟化之前, 一个物理主机上面只能运行一个操作系统及其之上的一系列运行环境和应用程序, 有了虚拟化技术, 一个物理主机可以被抽象、分割成多个虚拟的逻辑意义上的主机, 向上支撑多个操作系统及其之上的运行环境和应用程序, 则其资源就可以被最大化的利用
如上图所示的Virtual Machine Monitor(VMM, 虚拟机监控器, 也称为Hypervisor)层, 就是为了达到虚拟化而引入的一个软件层。它向下掌控实际的物理资源(相当于原本的操作系统); 向上呈现给虚拟机N份逻辑的资源。为了做到这一点, 就需要将虚拟机对物理资源的访问“偷梁换柱”——截取并重定向, 让虚拟机误以为自己是在独享物理资源。虚拟机监控器运行的实际物理环境, 称为宿主机; 其上虚拟出来的逻辑主机, 称为客户机(Guest Machine)
半虚拟化和全虚拟化
- 最理想的虚拟化的两个目标如下： - 客户机完全不知道自己运行在虚拟化环境中, 还以为自己运行在原生环境里。 - 完全不需要VMM介入客户机的运行过程。
纯软件的虚拟化可以做到第一个目标, 但性能不是很好, 而且软件设计的复杂度大大增加。
半虚拟化
那么如果放弃第一个目标呢？让客户机意识到自己是运行在虚拟化环境里, 并做相应修改以配合VMM, 这就是半虚拟化(Para-Virtualization)。一方面, 可以提升性能和简化VMM软件复杂度；另一方面, 也不需要太依赖硬件虚拟化的支持, 从而使得其软件设计(至少是VMM这一侧)可以跨平台且是优雅的。“本质上, 准虚拟化弱化了对虚拟机特殊指令的被动截获要求, 将其转化成客户机操作系统的主动通知。但是, 准虚拟化需要修改客户机操作系统的源代码来实现主动通知。”典型的半虚拟化技术就是virtio, 使用virtio需要在宿主机/VMM和客户机里都相应地装上驱动。
全虚拟化
与半虚拟化相反的, 全虚拟化(Full Virtualization)坚持第一个理想化目标：客户机的操作系统完全不需要改动。敏感指令在操作系统和硬件之间被VMM捕捉处理, 客户操作系统无须修改, 所有软件都能在虚拟机中运行。因此, 全虚拟化需要模拟出完整的、和物理平台一模一样的平台给客户机, 这在达到了第一个目标的同时也增加了虚拟化层(VMM)的复杂度。
性能上, 2005年硬件虚拟化兴起之前, 软件实现的全虚拟化完败于VMM和客户机操作系统协同运作的半虚拟化, 这种情况一直延续到2006年。之后以Intel VT-x、VT-d为代表的硬件虚拟化技术的兴起, 让由硬件虚拟化辅助的全虚拟化全面超过了半虚拟化。但是, 以virtio为代表的半虚拟化技术也一直在演进发展, 性能上只是略逊于全虚拟化, 加之其较少的平台依赖性, 依然受到广泛的欢
