虚拟化 2.0 - 快速指南

虚拟化 2.0 - 概述

虚拟化是一种技术，它帮助我们在硬件上安装不同的操作系统。它们彼此完全分离且独立。在维基百科中，您可以找到如下定义：“在计算中，虚拟化是一个广泛的术语，指的是计算机资源的抽象化。

虚拟化向其用户、应用程序或最终用户隐藏计算资源的物理特性。这包括使单个物理资源（例如服务器、操作系统、应用程序或存储设备）看起来像多个虚拟资源一样工作。它还可以包括使多个物理资源（例如存储设备或服务器）看起来像单个虚拟资源一样工作……”

虚拟化通常是：

从一个物理资源创建多个虚拟资源。
从一个或多个物理资源创建一个虚拟资源。

虚拟化的类型

如今，虚拟化一词广泛应用于许多概念，其中一些在下面进行了描述：

服务器虚拟化
客户端和桌面虚拟化
服务和应用程序虚拟化
网络虚拟化
存储虚拟化

现在让我们详细讨论一下每个概念。

服务器虚拟化

它是虚拟化您的服务器基础设施，您无需再为不同目的使用任何物理服务器。

客户端和桌面虚拟化

这类似于服务器虚拟化，但这次是在用户站点，您可以在其中虚拟化他们的桌面。我们用瘦客户端替换他们的桌面，并利用数据中心资源。

服务和应用程序虚拟化

虚拟化技术将应用程序与底层操作系统和其他应用程序隔离，以提高兼容性和可管理性。例如，Docker 可以用于此目的。

网络虚拟化

它是虚拟化基础设施的一部分，尤其是在您要虚拟化服务器时使用。它可以帮助您创建多个交换机、VLAN、NAT 等。

下图显示了 VMware 架构：

存储虚拟化

这在数据中心中得到广泛使用，在数据中心中您拥有大型存储，它可以帮助您创建、删除和分配存储到不同的硬件。此分配是通过网络连接完成的。存储领域的领导者是 SAN。下图给出了一个示意图：

了解不同类型的虚拟机管理程序

虚拟机管理程序是一个拦截操作系统对硬件的调用的薄软件层。它也称为**虚拟机监视器**(VMM)。它在主机计算机上创建一个虚拟平台，在此平台上执行和监控多个客户操作系统。

虚拟机管理程序有两种类型：

原生或裸机虚拟机管理程序和
托管虚拟机管理程序

现在让我们详细讨论一下这两种类型。

原生或裸机虚拟机管理程序

原生虚拟机管理程序是直接在主机硬件上运行的软件系统，用于控制硬件并监控**客户操作系统**。客户操作系统在虚拟机管理程序之上的单独级别上运行。它们都具有虚拟机管理器。

这种虚拟机架构的示例包括**Oracle VM、Microsoft Hyper-V、VMWare ESX** 和 **Xen**。

托管虚拟机管理程序

托管虚拟机管理程序旨在在传统操作系统内运行。换句话说，托管虚拟机管理程序在主机操作系统之上添加了一个不同的软件层。而客户操作系统成为硬件之上的第三个软件层。

托管虚拟机管理程序的一个众所周知的例子是**Oracle VM VirtualBox**。其他包括**VMWare Server 和 Workstation、Microsoft Virtual PC、KVM、QEMU** 和 **Parallels**。

了解本地虚拟化和云

虚拟化是使云计算工作的基本技术之一。但是，虚拟化并非云计算。云计算是由不同的提供商根据某些成本向您提供的服务。

在企业网络中，虚拟化和云计算通常一起用于构建公共或私有云基础设施。在小型企业中，每种技术将分别部署以获得可衡量的效益。通过不同的方式，虚拟化和云计算可以帮助您最大限度地减少设备支出，并充分利用您现有的设备。

如前所述，虚拟化软件允许一台物理服务器运行多个独立的计算环境。在实践中，这就像为每台购买的物理服务器获得多台服务器一样。这项技术是云计算的基础。云提供商拥有大量装满服务器的数据中心来为其云服务提供支持，但他们无法将单个服务器分配给每个客户。因此，他们虚拟地对服务器上的数据进行分区，使每个客户端都能使用同一软件的单独“虚拟”实例（可以是私有网络、服务器场等）进行工作。

小型企业最有可能通过订阅基于云的服务来采用云计算。最大的云计算提供商是**拥有 Azure 的微软**和**亚马逊**。

微软提供了以下说明，您可以从中了解如何在无需额外支出的情况下利用额外的基础设施来帮助您的业务。您可以拥有内部部署的基本基础设施，而在云端，您可以拥有所有基于虚拟化技术的服务。

虚拟化 2.0 - 优缺点

在本章中，我们将讨论一些虚拟化最常见的优点和缺点。

虚拟化的优势

以下是虚拟化的一些最公认的优势，并进行了详细说明。

使用虚拟化实现高效的硬件利用率

虚拟化通过减少对物理硬件系统的需求来降低成本。虚拟机使用高效的硬件，从而降低硬件数量、相关的维护成本并减少电力以及冷却需求。您可以在短短几秒钟内分配内存、空间和 CPU，使您更独立于硬件供应商。

使用虚拟化提高可用性

虚拟化平台提供许多物理服务器上没有的高级功能，从而提高了正常运行时间和可用性。尽管供应商的功能名称可能不同，但它们通常提供诸如实时迁移、存储迁移、容错、高可用性和分布式资源调度等功能。这些技术使虚拟机持续运行或使它们能够从计划外的停机中恢复。

能够将虚拟机从一台服务器移动到另一台服务器可能是虚拟化最大的单一优势之一，它具有广泛的用途。随着技术的不断成熟，它能够进行远程迁移，例如能够将虚拟机从一个数据中心迁移到另一个数据中心，无论网络延迟如何。

灾难恢复

当您的服务器虚拟化后，灾难恢复非常容易。借助虚拟机的最新快照，您可以快速恢复并运行。组织可以更轻松地创建一个经济高效的复制站点。如果数据中心或服务器机房本身发生灾难，您始终可以将这些虚拟机移动到其他地方，例如云提供商。拥有这种灵活性意味着您的灾难恢复计划将更容易实施，并且成功率将达到 99%。

节约能源

将物理服务器迁移到虚拟机并将它们整合到更少的物理服务器上，意味着降低数据中心的每月电力和冷却成本。它减少了碳足迹，有助于净化我们呼吸的空气。消费者希望看到公司减少污染排放并承担责任。

快速部署服务器

您可以快速克隆映像、主模板或现有虚拟机，以便在几分钟内启动并运行服务器。您无需填写采购订单、等待发货和收货，然后安装、堆叠和连接物理机器，然后再花费额外的时间等待操作系统和应用程序完成安装。借助 Veeam 等虚拟备份工具，重新部署映像的速度非常快，以至于您的最终用户几乎不会注意到存在问题。

节省服务器机房或数据中心的空间

想象一个简单的例子：您有两个机架，其中有 30 台物理服务器和 4 个交换机。通过虚拟化您的服务器，它将帮助您减少物理服务器使用的一半空间。结果可以在一个机架中使用两台物理服务器和一个交换机，其中每台物理服务器容纳 15 台虚拟化服务器。

测试和设置实验室环境

当您在服务器上测试或安装某些内容并且它崩溃时，不要惊慌，因为不会丢失数据。只需恢复到以前的快照，您就可以继续前进，就好像错误从未发生过一样。您还可以将这些测试环境与最终用户隔离，同时保持其在线状态。完成工作后，将其部署到生产环境中。

将所有本地基础设施迁移到云端只需一天

如果您决定将整个虚拟化基础设施迁移到云提供商，您可以在一天内完成。所有虚拟机管理程序都为您提供导出虚拟服务器的工具。

能够划分服务

如果您有一台服务器承载不同的应用程序，这可能会增加服务彼此崩溃的可能性，并提高服务器的故障率。如果您虚拟化此服务器，您可以将应用程序放在彼此隔离的环境中，就像我们之前讨论的那样。

虚拟化的缺点

尽管您无法找到虚拟化的许多缺点，但我们将讨论以下一些突出的缺点：

额外成本

您可能需要投资虚拟化软件，并且可能需要额外的硬件才能使虚拟化成为可能。这取决于您现有的网络。许多企业拥有足够的能力来适应虚拟化，而无需花费太多现金。如果您的基础设施超过五年，则需要考虑初始更新预算。

软件许可

随着越来越多的软件供应商适应虚拟化的日益普及，这个问题正变得越来越不重要。但是，务必与您的供应商核实，以了解他们如何看待在虚拟化环境中使用软件。

实施和管理虚拟化环境将需要具有虚拟化专业知识的 IT 员工。在用户方面，典型的虚拟环境的操作方式与非虚拟环境类似。有些应用程序不适合虚拟化环境。

学习新的基础设施

虚拟化 2.0 - 常用场景

虚拟化有多种用途，但最常用的两种是**服务器虚拟化**和**客户端桌面虚拟化**。我们在前一章已经讨论了它们的优势以及为什么它们被广泛使用。

虚拟化桌面计算机

客户端虚拟化也称为VDI，它在集中式服务器中运行整个桌面环境。所有处理都在服务器中完成。客户端设备通常是瘦客户端，充当连接I/O外设（例如键盘、鼠标、显示器、音频连接器甚至USB端口）到局域网的端节点。

如前所述，瘦客户端硬件是一种计算机终端，提供键盘、鼠标、显示器、声音外设插孔和USB设备开放端口的I/O。

例如 - 打印机、闪存驱动器、网络摄像头、读卡器、智能手机等。一些瘦客户端包括传统串行和/或并行端口，以支持旧设备，例如收据打印机、秤、计时钟等。瘦客户端软件通常包括GUI（图形用户界面）、云访问代理（例如RDP、ICA、PCoIP）、本地Web浏览器、终端仿真（在某些情况下）和一组基本本地实用程序。

瘦客户端最大的生产商是惠普、戴尔和IBM。

运行特定程序解决方案

桌面虚拟化最著名的软件之一是XenApp & XenDesktop。向任何设备和任何地点的员工交付Windows、Linux、Web和SaaS应用程序或完整的虚拟桌面。

更多信息可以在https://www.citrix.com/products/xenapp-xendesktop/找到

另一个主要供应商是VMware，其平台称为**VMware Horizon 7**。要购买并了解其所有功能和规格，请点击以下链接https://www.vmware.com/products/horizon.html

微软是另一个提供商，它结合了远程桌面服务和**Hyper-V**。有关此方面的任何其他信息，请点击以下链接https://technet.microsoft.com/en-us/windowsserver/ee236407.aspx

设置测试和开发环境

虚拟化环境最强大的功能之一是能够在几分钟内为不同的方法创建实验室，尤其是在软件开发中，然后将相同的基础架构导入生产环境。

关于测试环境，它将跨平台功能引入您的开发测试环境，并使用您首选的编码语言进行原生构建。它在您今天使用的设备和平台上测试您的应用程序：从Linux、Windows到iOS和Android。

上面提到的所有功能都可以通过私有云或公有云完成。这取决于我们根据需求想要使用什么。您应该考虑您必须管理此云的人力资源以及您想要花费的预算。

虚拟化 2.0 - 硬件

在本章中，我们将讨论硬件的各个组件，例如CPU、内存、存储和网络。

了解虚拟CPU

当我们安装管理程序时，每个物理CPU都会被抽象成虚拟CPU。这会将每个内核的可用CPU周期进行划分，并允许多个VM“共享时间”给定的物理处理器内核。一般来说，管理程序通常为每个vCPU（每个内核）分配一个工作负载。如果服务器上的工作负载需要更多CPU周期，最好在特定虚拟CPU上部署更少的VM。

让我们考虑以下示例来了解虚拟CPU的逻辑。

我有一台物理服务器，它有两个处理器（CPU 1和CPU 2），每个处理器有四个物理内核。总共有2 * 4 = 8个物理内核。

根据一些计算，我们的管理程序为每个物理内核提供了5-10个vCPU。

总共有[8个物理内核 *（5到10个vCPU）] 40-80个vCPU，这意味着我们可以最多为虚拟机分配80个vCPU。

了解虚拟内存

简单来说，虚拟内存就是机器的RAM。虚拟机的内存资源设置决定了主机有多少内存分配给虚拟机。虚拟硬件内存大小决定了虚拟机中运行的应用程序可用的内存量。

虚拟机的内存资源不能超过其配置的虚拟硬件内存大小。**ESXi主机**将内存资源使用限制在对虚拟机最有用的最大量，以便您可以接受无限内存资源的默认值。

您可以添加、更改和配置虚拟机内存资源或选项以增强虚拟机性能。您可以在创建虚拟机时设置大多数内存参数，也可以在安装**客户操作系统**后进行设置。大多数管理程序都需要在更改设置之前关闭虚拟机。

在下图中，您可以看到总物理内存在两个虚拟机之间分配。

了解虚拟存储

存储虚拟化是将来自多个网络存储设备的物理存储（数据集群）合并到看起来像单个存储设备中，并且可以通过中央控制台进行管理。我们无法为虚拟机分配超过数据集群物理提供的存储。

您将在文件的末尾看到这些扩展名。在用作虚拟机一部分的所有文件中，不同的管理程序喜欢使用不同的文件类型。一些比较常见的是**VDI、VHDX、VMDK**和**HDD**。

在以下示例中，我们有一个总共12 TB的数据集群和四个虚拟机，我们为每个虚拟机分配了存储。总共分配给它们的存储最大为12 TB。

了解虚拟网络

我们将通过一个简单的示例来讨论虚拟网络是如何完成的。

我们在同一主机上运行了虚拟机1、2、3和4。他们希望来回发送网络流量。这是通过虚拟网卡（如下图所示，vNIC）完成的，该网卡虚拟连接到由管理程序创建的虚拟交换机（vSwitch）。

此虚拟交换机与服务器的物理卡（pNIC）通信，该物理卡连接到物理交换机（pSwitch），然后与网络的其余设备通信。

请查看以下示意图。

虚拟化2.0 - Microsoft Hyper-V

在本章中，我们将讨论Microsoft Hyper-V及其各个模块。

在Windows Server 2012中安装Hyper-V

Microsoft Hyper-V，称为Windows Server虚拟化，是一个本机（裸机）管理程序。它可以在运行Windows操作系统的x86-64系统上创建虚拟机，从Windows 8开始。Hyper-V取代了**Windows Virtual PC**，成为Windows NT客户端版本的硬件虚拟化组件。运行Hyper-V的服务器计算机可以配置为将单个虚拟机公开到一个或多个网络。

Hyper-V最初与Windows Server 2008和Windows 7一起发布，并且从那时起，所有Windows Server版本和一些客户端操作系统都免费提供。

让我们看看如何通过以下步骤在Windows Server 2012中安装Hyper-V角色。

**步骤1** - 要安装Hyper-V角色，请转到“服务器管理器”→“管理”→“添加角色和功能”。

**步骤2** - 点击“下一步”。

**步骤3** - 选择“基于角色或基于功能的安装”选项→点击“下一步”。

**步骤4** - 我们将在本地安装Hyper-V角色，如“从服务器池中选择服务器”→点击“下一步”。

**步骤5** - 从角色列表中，选中“Hyper-V”服务器角色→点击弹出窗口上的“添加功能”→点击“下一步”。

**步骤6** - 点击“下一步”。

**步骤7** - 选择将参与虚拟化并负责网络交换的服务器的物理网络适配器→点击“下一步”。

**步骤8** - 在“迁移”下，保留默认设置→点击“下一步”。

**步骤9** - 选择要保存文件的路径→点击“下一步”。

**步骤10** - 点击“安装”并等待安装进度条完成。

在Windows 10工作站中安装Hyper-V

要在Windows 7、8、10版本中安装它，您必须检查您的计算机是否支持虚拟化。以下是基本要求 -

Windows 10专业版或企业版64位操作系统。
具有二级地址转换 (SLAT) 的64位处理器。
至少4GB系统RAM。
BIOS级硬件虚拟化支持。

在我的情况下，我们有一台笔记本电脑**HP Probook 450 G3**，它支持它。

在继续安装之前，请按照以下步骤操作。

**步骤1** - 确保在BIOS设置中打开了硬件虚拟化支持，如下所示 -

**步骤2** - 在搜索栏中键入“打开或关闭Windows功能”，然后点击该功能，如下所示。

**步骤3** - 选择并启用Hyper-V。

使用Hyper-V创建虚拟机

在本节中，我们将学习如何创建虚拟机。首先，我们必须打开Hyper-V管理器，然后按照以下步骤操作。

**步骤1** - 转到“服务器管理器”→点击“Hyper-V管理器”。

**步骤2** - 点击左侧面板上的“新建”或“操作”按钮。

**步骤3** - 双击“虚拟机…”

**步骤4** - 将打开一个新表格→键入新机器的名称→点击“下一步”。

**步骤5** - 将打开一个新表格，您必须在其中分配内存。请记住，您不能选择超过物理内存的内存。

**步骤6** - 在“连接”下拉框中，选择您的物理网络适配器→点击“下一步”。

**步骤7** - 现在是创建虚拟硬盘的时候了，如果您已经有一个，请选择第二个选项。

步骤 8 − 选择要安装的 ISO 镜像 → 点击“完成”。

步骤 9 − 点击完成之后，您将收到如下所示的提示信息。

步骤 10 − 要连接到虚拟机，右键单击创建的虚拟机 → 点击“连接…”。

步骤 11 − 之后，您的 ISO 镜像将继续安装。

使用 Hyper-V 设置网络

Hyper-V vSwitch 是一种软件，2 层以太网网络流量交换机。它允许管理员将虚拟机连接到物理或虚拟网络。它在 Hyper-V 管理器安装中默认可用，并包含用于安全和资源跟踪的扩展功能。

如果您尝试在设置过程完成后立即创建虚拟机，则无法将其连接到网络。

要设置网络环境，您需要在 Hyper-V 管理器的右侧面板中选择虚拟交换机管理器，如下面的屏幕截图所示。

虚拟交换机管理器有助于配置 vSwitch 和全局网络设置，只需在您有需要时更改默认的“MAC 地址范围”。

创建虚拟交换机很容易，并且有三种可用的 vSwitch 类型，如下所述：

外部 vSwitch 将 Hyper-V 主机的物理网卡与虚拟网卡链接，然后允许您的虚拟机访问主机外部。这意味着您的物理网络和互联网（如果您的物理网络连接到互联网）。
内部 vSwitch 应用于构建独立的虚拟网络，当您需要将虚拟机彼此连接以及连接到管理程序时。
专用 vSwitch 将创建一个虚拟网络，其中所有连接的虚拟机都可以相互看到，但不能看到 Hyper-V 主机。这将完全隔离该沙箱中的虚拟机。

在这里，我们选择了“外部”，然后选择“创建虚拟交换机”。将打开一个包含 vSwitch 设置的表格，我们将在其中填写如下所示的字段。

名称 − 是我们将用于识别 vSwitch 的名称。
备注 − 是供我们描述的，通常，我们会添加易于理解的描述。
连接类型 − 如前所述为外部，并在我的服务器上选择物理网络适配器。

输入完所有内容后，单击“确定”。

使用 Hyper-V 为虚拟机分配处理器和内存

在本节中，我们将了解如何为在服务器上运行的虚拟机分配 CPU、内存和磁盘资源。在 Hyper-V 中分配 CPU 或任何其他类型的资源的关键是要记住一切都是相对的。

例如，Microsoft 发布了一些有关虚拟化 Exchange Server 的指南。其中一项列出的内容是，无论 Exchange 运行在虚拟机上还是专用服务器上，Exchange 的总体系统要求都是相同的。

要分配上述功能之一，我们需要点击右侧面板中的“设置…”选项卡。

要为选定的虚拟机分配更多内存，请单击屏幕左侧的“内存”选项卡。您还将拥有“启动 RAM”，您可以在其中为虚拟机分配与物理内存一样多的 RAM → 点击“确定”。

要分配更多处理器，请单击面板左侧的“处理器”选项卡。然后，您可以输入虚拟机的虚拟处理器数量。

如果需要扩展或压缩虚拟硬盘的容量，请单击左侧面板上的“IDE 控制器 0” → 点击“编辑”。

完成以上所有更改后，单击“下一步”。

根据您的需要选择其中一个选项（所有选项都有各自的描述），然后单击“下一步”。

单击“完成”并等待该过程完成。

在 Hyper-V 中使用检查点

Hyper-V 中的检查点称为快照，它们可以帮助我们将机器恢复到过去所需的某个状态。

要创建检查点，我们应按照以下步骤操作。

步骤 1 − 通过单击选择虚拟机。在左侧面板上，单击“检查点”。

步骤 2 − 以下检查点将在 Hyper-V 管理器控制台的主界面中创建，并带有相应的日期和时间。

VMware Workstation Player

在本章中，我们将了解如何安装 VMware Workstation Player 及其用法。

安装 VMware Workstation Player

VMware Workstation Player 是一个“托管式 hypervisor”，因此您必须先安装操作系统才能继续安装它。

VMware Workstation Player 是免费版本，可用于非商业、个人和家庭用途。他们还鼓励学生和非营利组织受益于此产品。要下载 VMware Workstation Player，您可以点击以下链接 https://www.vmware.com/products/player/playerpro-evaluation.html。要安装 VMware Workstation Player，请按照以下步骤操作。

步骤 1 − 单击如下屏幕截图所示的“立即下载”。

步骤 2 − 您将看到一个文件已下载 → 双击它。

步骤 3 − 将弹出一个表格，初始化 VMware 的安装 → 点击“下一步”。

步骤 4 − 选中“我接受许可协议中的条款”复选框 → 点击“下一步”。

步骤 5 − 再次点击“下一步”按钮。

步骤 6 − 保留默认值并点击“下一步”。

步骤 7 − 再次点击“下一步”。

步骤 8 − 点击“安装”。

步骤 9 − 桌面将创建一个图标。点击它，将弹出一个表格，您有两个选择：如果您想将其用作非商业版本，只需输入您的电子邮件地址。如果您想将其用作商业版本，请选中第二个选项并输入您的序列号。

使用 VMware Workstation 创建虚拟机

要创建虚拟机，我们必须按照以下步骤操作。

步骤 1 − 点击“播放器”→ 文件 → 新建虚拟机。

步骤 2 − 将弹出一个表格，要求您找到“启动磁盘”、“启动映像”或稍后安装操作系统。

我们将选择第二个选项并点击“浏览”。然后，我们必须点击要安装的 ISO 镜像。完成所有操作后，点击“下一步”。

步骤 3 − 由于我正在安装 Windows Server 2012，因此将弹出一个表格，要求输入序列号 → 如果要激活 Windows 的非商业版本，请直接点击“下一步”。

步骤 4 − 完成上述步骤后，将打开一个对话框。点击“是”。

步骤 5 − 点击“下一步”。

步骤 6 − 在“最大磁盘大小”框中，输入虚拟硬盘的值，在本例中为 60GB。然后点击“下一步”。

步骤 7 − 点击“完成”。

使用 VMware Workstation 设置网络

要设置 VMware Workstation 中虚拟机的网络模式，我们必须点击“编辑虚拟机设置”。

将打开一个包含网络设置的表格，并在该表格的左侧面板上点击“网络适配器”。

在此表格的左侧，您可以看到如下屏幕截图所示的网络模式。

如果要限制虚拟机的带宽使用，请点击“高级”并设置入站和出站带宽。

使用 VMware Workstation 为虚拟机分配处理器和内存

要为 VMware Workstation 中的虚拟机分配内存，我们必须点击“编辑虚拟机设置”。将打开一个表格，我们必须点击“内存”。

在左侧面板上，我们必须手动输入内存量或通过上下移动箭头来输入，如下面的屏幕截图所示。

如果点击“处理器”。在左侧面板上，我们必须输入 vCPU 的数量，如下面的屏幕截图所示。

注意 − 如果您设置的 vCPU 超过主机支持的数量，则虚拟机将无法启动。

使用 VMware Workstation 复制虚拟机

要创建虚拟机的副本，我们必须使用 VMware Workstation 商业版。

让我们看看如何在实践中通过以下步骤操作。

步骤 1 − 打开 VMware 管理控制台，右键单击要复制的虚拟机。点击“管理”。

步骤 2 − 点击“克隆…”，将打开一个向导。

步骤 3 − 点击“下一步”。

步骤 4 − 点击“创建完整克隆”并点击“下一步”。

步骤 5 − 为将要创建的克隆命名，然后点击“完成”。

以下屏幕截图描述了克隆过程。

克隆过程完成后，将打开以下窗口。

虚拟化 2.0 - VirtualBox

在本章中，我们将了解什么是 VirtualBox 以及详细讨论其各种组件。

安装 VirtualBox

首先，我们将下载 VirtualBox 并安装它。我们应该按照以下步骤进行安装。

步骤 1 − 要下载 VirtualBox，请点击以下链接 https://www.virtualbox.org/wiki/Downloads 现在，根据您的操作系统选择要安装的版本。在本例中，将是第一个（Windows 主机）。

步骤 2 − 选择选项后，点击“下一步”。

步骤 3 − 您将看到一个询问应用程序安装位置的选项。我们可以保留默认设置并点击“下一步”。

步骤 4 − 选择以下屏幕截图所示的选项后，点击下一步。

步骤 5 − 将弹出一个对话框，询问是否继续安装。点击“是”。

步骤 6 − 在下一步中，点击“安装”。

步骤 7 − 勾选启动 VirtualBox 复选框，然后点击“完成”。

步骤 8 − VirtualBox 应用程序现在将打开，如下面的屏幕截图所示。现在，我们已准备好安装虚拟机。

使用 VirtualBox 创建虚拟机

要使用 Oracle VirtualBox 创建虚拟机，我们应该按照以下步骤操作。

步骤 1 − 首先，点击桌面上的“Oracle VM VirtualBox”图标，如下面的屏幕截图所示。

步骤 2 − 下一步是点击“新建”按钮，该按钮位于屏幕的左上角。

步骤 3 − 将弹出一个表格，要求您输入虚拟机的参数。这些参数将是：

名称 − 我们必须为此虚拟机指定一个友好的名称。
类型 − 输入将要安装在其上的操作系统。
版本 − 输入之前选择的该操作系统的特定版本。

填写完以上所有参数后，点击“下一步”。

步骤 4 − 选择在此虚拟机中需要分配的内存量 → 点击“下一步”。

步骤 5 − 选择三个硬盘选项中的一个，然后点击“创建”。

步骤 6 − 为虚拟硬盘选择文件扩展名（建议使用大多数虚拟机使用的通用文件扩展名，例如 VHD）→ 点击“下一步”。

步骤 7 − 选择是将虚拟硬盘设置为动态还是固定。这取决于您的需求 → 点击“下一步”。

步骤 8 − 为虚拟硬盘文件命名，并选择虚拟机的磁盘大小 → 点击“创建”。

通过选择“专家模式”，可以一步完成以上所有步骤。

创建的虚拟机将如下面的屏幕截图所示。

使用 VirtualBox 设置网络

VirtualBox 中有两种网络模式，分别是 −

NAT 网络和
仅主机网络。

下面将详细解释这两种网络模式。

NAT 网络

要设置 NAT 网络，应按照以下步骤操作。

步骤 1 − 转到 Oracle VM VirtualBox 管理器 → 点击“首选项…”。

步骤 2 − 点击“网络”，然后在左侧面板中点击“NAT 网络”选项卡。

步骤 3 − 点击“+”按钮，如下面的屏幕截图中突出显示的那样。

步骤 4 − 在这里，我们需要输入“网络名称”以及将进行 NAT 的此网络的 IP 范围，以便能够访问互联网和其他网络。

仅主机网络

要设置仅主机网络，应按照以下步骤操作。

步骤 1 − 如果点击“仅主机网络”选项卡，则可以创建与其他网络隔离的网络。但是，虚拟机主机之间以及与管理程序机器通信。点击“+”号。

步骤 2 − 将继续创建主机接口，如下面的屏幕截图所示。

步骤 3 − 如果点击 VirtualBox Host 按钮，则可以编辑设置。

步骤 4 − 如果希望主机获取“DHCP IP”，请点击“DHCP 服务器”选项卡，并选中“启用服务器”复选框 → 点击“确定”。

步骤 5 − 在“适配器”选项卡中，输入管理程序的 IP。

完成网络模式的所有准备工作后，现在可以为虚拟机分配网络了。

为此，请点击面板左侧的虚拟机，然后右键点击“网络”选项，将打开一个表格。

每台机器最多可以有四个以太网适配器。下图突出显示了四个部分，下面将对它们进行解释。

选中“启用网络适配器”复选框以启用虚拟机上的 vNIC 并将其连接到一个网络。
您可以创建许多网络，因此我们必须在“名称”下拉框中选择其中一个。
在适配器类型下拉框中，我们必须选择管理程序具有的物理网卡。
混杂模式：在这里，如果我们不希望虚拟机彼此通信，可以选择“拒绝”。

完成以上所有参数后，点击“确定”。

为虚拟机分配处理器和内存

要使用 VirtualBox 为虚拟机分配处理器和内存，应按照以下步骤操作。

步骤 1 − 要分配处理器和内存，必须在选择虚拟机后点击“设置”。

步骤 2 − 点击左侧选项卡上的“系统”，然后点击“主板”选项卡。左右移动箭头以分配内存，如下面的屏幕截图所示。

步骤 3 − 要分配处理器，请点击“处理器”选项卡。左右移动箭头以分配处理器数量，如下面的屏幕截图所示。

步骤 4 − 完成所有更改后 → 点击“确定”。

使用 VirtualBox 复制虚拟机

要使用 VirtualBox 复制虚拟机，应按照以下步骤操作。

步骤 1 − 要复制之前创建的虚拟机，请右键点击虚拟机并选择“克隆”。将打开一个向导。

步骤 2 − 输入克隆机器的名称，然后点击“下一步”。

步骤 3 − 选择一个选项，然后点击“克隆”。

步骤 4 − 新创建的虚拟机将如下面的屏幕截图所示。

在 VirtualBox 上删除虚拟机

要删除 VirtualBox 上的虚拟机，应按照以下步骤操作。

步骤 1 − 首先，我们必须右键点击要删除的虚拟机，然后点击“删除”。

步骤 2 − 要完全删除虚拟机，请选择“删除所有文件”。

虚拟化 2.0 - OpenStack

在本章中，我们将讨论 Openstack 及其在虚拟化中的作用。

了解 Openstack

OpenStack 是一种用于构建和管理公共和私有云的云计算平台的软件。Openstack 拥有最大的社区之一。它由OpenStack 基金会管理，这是一个负责监督开发和社区建设的非营利组织。其官方网页为 – https://www.openstack.org/。

OpenStack 用于部署虚拟机和其他处理管理云环境的不同任务的实例。OpenStack 被视为 – 基础设施即服务 (IaaS)。基于 Openstack，请参见以下示意图，该图描述了它是如何管理的。

来源 − https://www.openstack.org/

Openstack 平台由 Web UI 仪表板管理。它包含九个核心关键组件。

这些关键概念的详细描述如下 −

Nova 是一个计算引擎。它用于部署和管理大量虚拟机。
Swift 是一个用于对象和文件的存储系统。
Cinder 是一个块存储组件。它访问磁盘驱动器上的特定位置。
Neutron 提供网络功能。
Horizon 是 Openstack 的仪表板。它是唯一的图形界面（Web UI）。
Keystone 提供身份服务。它本质上是所有用户的中央列表。
Glance 为 OpenStack 提供镜像服务。在这种情况下，“镜像”指的是硬盘的镜像（或虚拟副本）。
Ceilometer 提供遥测服务，使云能够为云的各个用户提供计费服务。
Heat 允许开发人员将云应用程序的要求存储在一个文件中，该文件定义了该应用程序所需的资源。

Openstack 的发行版本在以下插图中说明。

安装 Openstack

由于 Openstack 是一个开源平台，因此可以通过不同的软件发行版以多种方式安装和部署它。每个发行版都为云操作系统增加了自己的价值。

对于希望试用 Openstack 的新系统管理员，可以获得预安装的 Openstack 平台 ISO 镜像。它们可以从以下链接下载https://docs.openstack.org/image-guide/obtain-images.html

要手动安装它们，主要发行版为 −

Ubuntu − https://www.ubuntu.com/cloud/openstack
Red Hat − https://www.rdoproject.org/
Suse − https://www.suse.com/products/suse-openstack-cloud/

我们必须了解 Openstack 是用于企业环境的，要安装它，我们应该具备以下硬件要求。

安装要求

Openstack 的安装要求如下 −

至少 5 台具有以下角色的机器 −
- 1 台用于 MAAS 服务器的机器。
- 1 台用于 Autopilot 的机器。
- 3 台或更多用于云的机器 −
  - 至少一台必须具有 2 个网卡。
  - 至少 3 台必须具有 2 个磁盘。
一个专用交换机来创建私有云 LAN。
通过该 LAN 上的路由器访问互联网。

对于此实验室，我们有一台虚拟机，我们将安装Devstack。它设计用于在单个笔记本电脑、PC 或虚拟机上安装。它包含用于开发评估的原始上游代码。它支持 −

Ubuntu 14.04/16.04
Fedora 23/24
CentOS/RHEL 7
Debian 和
OpenSUSE

此版本的链接为 – https://docs.openstack.org/devstack/latest/#install-linux

在 Ubuntu 14.04 上安装 Openstack

要在 Ubuntu 14.04 上安装 Openstack，应按照以下步骤操作。

步骤 1 − 从以下链接下载安装脚本 - https://git.openstack.org/cgit/openstack-dev/devstack

使用此命令 – git clone https://git.openstack.org/openstack-dev/devstack

步骤 2 − 通过键入以下命令浏览 Devstack 文件夹 – $ cddevstack。

步骤 3 − 使用以下命令执行文件stack.sh ./stack.sh，安装过程将继续，如下所示 −

步骤 4 − 输入您的密码。

步骤 5 − 现在将花费大约 15-20 分钟才能完成安装过程，在此期间，它将下载并安装所有库。

步骤 6 − 在安装结束时，我们将看到主机的 IP、用于管理它的 URL 以及用于管理它的用户名和密码。

步骤 7 − 要登录，必须在浏览器中输入：主机 IP、在安装期间输入的用户名和密码。

步骤 8 − 在主仪表板中，您将看到“实例”概述。

步骤 9 − 要创建新实例，或者简单地说要创建虚拟机，请点击“实例”。

步骤 10 − 点击“启动实例”。

步骤 11 − 填写以下所示的所有字段。

步骤 12 − 我们将看到创建的实例，如下面的屏幕截图所示。

准备基础设施

虚拟化，至少在服务器级别，已经使用了一段时间。从那时起，这个概念已经扩展到用户、应用程序、网络、安全、存储，当然也扩展到桌面虚拟化（VDI）。因此，为了在所有这些概念中推广，我们必须事先准备一个基础架构，该架构被分成一些关键组件。

第一个是**管理程序**，我们已经在前面的章节中讨论过它。这项工作需要的一些重要规范包括——处理器、内存和网络模式等。

网络 - 局域网和广域网优化

VDI 可能会非常消耗资源——这包括网络上的流量。拥有良好的**核心交换基础设施**将有助于缓解此问题，因为它允许管理员创建围绕流量流动的某些规则和策略。

为 VDI 特定流量设置**QoS 指标**可以帮助消除拥塞并确保正确的流量具有适当的优先级。至于离开数据中心的流量，了解用户所在的位置并根据某些条件优化他们的体验变得非常重要。

另一个重要的方面是存储。大型组织将拥有众多存储控制器。同时，一些较小的组织将只使用一个。无论可用的存储控制器数量多少，都需要针对 VDI 对其进行适当的调整。

为了防止启动和处理风暴，组织必须查看其映像的 IOPS 需求。为了缓解处理方面的难题，管理员可以考虑使用**闪存技术**（**NetApp、Fusion-IO、XtremIO**）或**SSD 技术**（**Violin、Nimbus**）来帮助卸载这类工作负载。此外，像 Atlantis ILIO 这样的中间平台运行在虚拟机之上，该虚拟机利用大量 RAM 作为关键存储库。

理解不同的文件系统

文件系统根据其功能而有所不同。下面列出了一些最常见的文件系统：

虚拟机文件系统 - VMFS
网络文件系统 - NFS
新技术文件系统 - NTFS
原始设备映射 - RDM

让我们详细讨论一下每个文件系统。

虚拟机文件系统

**VMFS** 是 VMware 专有的文件系统。它是一个集群文件系统，可以同时挂载到多个服务器上。这有助于每个主机同时连接到任何文件系统，这是 VMware 首选的专有系统所期望的。大多数 VMware 管理程序都可以与其他文件系统一起使用，但默认选择和首选选择是 VMFS。

网络文件系统

NFS 是最初由 Sun 开发的系统，但现在是一个开放标准系统。在 UNIX 和 Linux 世界中普遍使用。它是一个分布式文件系统。它可以挂载到一台服务器上，网络将用于共享信息到多台机器。

新技术文件系统

NTFS 是 Windows NT 操作系统的标准文件结构。它用于检索和存储硬盘上的文件。

原始设备映射

RDM 帮助虚拟机文件系统中的任何文件充当任何原始设备的代理。它允许虚拟机访问并使用存储设备。

在不同类型的存储之间进行选择

所有存储设备都分为三类，分别是：

直连存储
网络附加存储
存储区域网络

让我们详细了解一下每个存储类型。

直连存储

DAS 是您的本地硬盘驱动器。我们可以在每台机器中拥有一个或多个本地硬盘驱动器。它主要用于小型虚拟化系统。此解决方案适用于少量虚拟机。它是最便宜、最简单的存储方法。您也可以使用此方法连接外部硬盘驱动器，将任何虚拟机加载到该外部硬盘驱动器上，这是一种快速简便的启动方法。

例如 - 一台在其上具有本地硬盘的服务器。这种类型的管理程序最多只能容纳 10-20 台虚拟机。示例设备可以是具有八个本地硬盘的 HP 服务器，如下所示。

网络附加存储

NAS 是“任何与网络上的其他用户共享其自身存储并充当最简单形式的文件服务器的服务器”。网络附加存储通过网络共享文件。一些最常用的协议是**SMB、NFS、CIFS** 和**TCP/IP**。当您访问 Windows 系统上文件服务器上的文件时，它就是 NAS。

NAS 将使用以太网连接通过网络共享文件。NAS 设备将具有 IP 地址，然后可以通过该 IP 地址通过网络访问。NAS 最大的供应商是**QNAP** 和**联想**。

下图显示了 NAS 的工作原理。

存储区域网络

SAN 允许多台服务器共享存储池；使其对服务器看起来好像它是本地或直连存储。已经开发了一种专用的网络标准**光纤通道**，以允许以高速在服务器和存储之间移动块。它使用专用的交换机和基于光纤的布线系统，这使其与穿越繁忙企业网络的日常流量分开。而成熟的 SCSI 协议则支持服务器主机总线适配器与磁盘系统之间的通信。

下图显示了 SAN 交换机的工作原理。

虚拟化 2.0 - 故障排除

在本章中，我们将讨论网络通信和性能缓慢的故障排除。

网络通信故障排除

在虚拟环境中，要排除网络连接故障，我们应该按照一些步骤来找到解决方案。

网络通信指示

我们遇到的一些症状如下：

您无法连接到互联网。
单台虚拟机无法与网络连接。
虚拟机无法连接到网络。
无法获取 IP。
单台虚拟机之间的 TCP/IP 连接失败。

网络通信错误

您也可能会遇到以下错误：

目标主机不可达
网络错误
连接被拒绝
网络电缆已拔出
Ping 请求找不到主机
请检查名称，然后重试
无法解析目标系统名称等。

网络通信解决方案

上述症状和错误的解决方案如下：

确保**端口组名称**与虚拟机的网络适配器相关联，该适配器存在于交换机或虚拟分布式交换机中。此外，还要确保拼写正确。
确保您的虚拟机中有足够的**存储容量**，有时它会影响连接。
验证**虚拟网络适配器**是否存在并已连接。
验证虚拟机**来宾操作系统**内的网络是否正确。
验证**TCP/IP** 堆栈是否正常工作。
如果此虚拟机是从物理系统转换而来的，请验证是否存在任何**隐藏的网络适配器**。因为它可能具有隐藏的静态路由。
验证**vSwitch** 是否有足够的端口供虚拟机使用。
验证虚拟机是否配置了两个**vNIC** 以消除 NIC 或物理配置问题。
确认您的虚拟机的**防火墙**没有阻止 Internet 访问。
确认您的虚拟机的**防病毒程序**没有阻止 Internet 访问。
确保已启用**网络适配器**。
关闭虚拟机，然后重新启动您的**主机**。
删除和重新添加**虚拟网络卡适配器**。

性能缓慢的故障排除

检查您的 CPU 负载是否过高。您可以点击“CPU”。这将向您显示虚拟机正在消耗的 CPU 量。如果它非常高，您可以考虑添加更多 vCPU。在确保物理主机拥有比您将在虚拟机内部配置的更多内核可用后，应执行此操作。我们还应该考虑虚拟机内部的应用程序是否能够利用多个 vCPU。

检查内存

内存也可能是虚拟机性能的一个严重限制。如果您未配置足够的内存，虚拟机通常会通过开始将其内存页面交换到磁盘来响应。如果您的虚拟机使用了超过 2/3 的内存，那么我们应该分配更多内存。

查看磁盘对齐

对于任何 Windows 7 之前、Windows 2008 Server 之前或更旧的基于 Linux 的系统，您的磁盘可能未对齐。未对齐可能会导致相当大的性能下降，尤其是在您下面的存储没有很多 IOPS 可供使用时。

根据应用程序需求，将虚拟磁盘格式化为特定格式或块大小非常重要。例如 - Microsoft SQL 2005 服务器的数据库通常放在块大小为 64KB 的 NTFS 上。

如果虚拟机在某个时间点存在性能问题，则需要检查病毒扫描程序。不仅要检查受影响的虚拟机，还要检查其他虚拟机。

如果您执行 P2V - 虚拟机（意味着您将物理机转换为虚拟机），并且您之后没有“清理”，则可能存在许多未使用的驱动程序甚至应用程序。

备份、还原和迁移虚拟机

在本章中，我们将讨论如何备份、还原和迁移虚拟机。

复制虚拟机

复制或克隆机器意味着创建其精确副本。大多数管理程序都支持此功能。通过复制机器，我们复制了每个细节，包括机器名称和附加到机器的不同网络地址。

复制机器并将其投入使用并不总是最佳选择，因为网络中的重复名称或 IP 可能会成为问题。我们通常出于备份目的进行复制。

大多数管理程序可以在机器关闭时进行克隆。如果管理程序接受在机器打开时进行克隆，建议将其关闭，因为此过程可能会使机器崩溃。实际上，我们已经讨论了“如何在 VMware Workstation 中进行克隆”，请参阅前面的章节。

备份和恢复虚拟机

有三种方法可以备份虚拟机。

方法 1

最常见的方法是在来宾虚拟机上安装传统的备份软件。如果在我们的虚拟机上使用 Windows 操作系统，我们可以使用“备份和还原”来备份机器，该功能位于“控制面板”中。

对于 Linux 操作系统，我们可以根据我们的需要使用许多开源工具，例如“Bacula”、“rsync”等。

方法 2

另一种策略或方法是复制定义虚拟机的所有文件。因此，我们将必须找出并找到定义我们的虚拟机的所有单个文件，并将它们复制到备用位置。其中一些文件将很大。

示例：这里，我们使用 VirtualBox 创建了几个虚拟机，如下所示。它们的名字是 - “AC2”、“Kali2016.1”、“test”、“Windows 2012”。

要找到我们必须复制或备份的文件，我们必须右键单击虚拟机。转到“存储”，然后将鼠标移动到虚拟硬盘上，它将显示找到 VDI 文件的完整路径。

我们将把所有这些文件保存到另一个位置。

方法 3

备份和还原虚拟机（VM）的第三种方法是使用第三方软件。其中最好的软件之一是**Veeam**，您可以在以下网址找到它 - https://www.veeam.com/

将物理服务器转换为虚拟服务器

在本节中，我们将了解如何将物理机转换为虚拟机。在许多文献中，这通常被称为**P2V**。

VMware 推出了一款名为**vCenter Converter**的产品，它可以将物理机转换为 VMware 虚拟机。您可以从以下链接下载该软件 - https://www.vmware.com/products/converter.html

微软有一款名为**Disk2vhd**的产品，它可以将物理硬盘转换为 VHD 格式的虚拟硬盘。您可以从以下链接下载它 – https://technet.microsoft.com/en-us/sysinternals/ee656415.aspx

我们只需要在物理服务器上安装该软件，然后单击“创建”，如下面的屏幕截图所示。将创建一个 VHDX 文件，该文件可以导入到虚拟化平台中。

这两种产品都可以在服务器运行时进行机器转换，并且都是免费的。所有虚拟化平台供应商都提供一些 P2V 工具，并且通常都是免费的。从供应商的角度来看，他们非常希望您将物理机转换为针对其虚拟化平台优化的虚拟机。

将虚拟服务器转换为物理服务器

将虚拟服务器转换为物理服务器，也称为 V2P，当然比 P2V 转换不太常见。但是，有时在基于开发的环境中需要这样做。例如，产品需要在虚拟服务器中进行测试，然后迁移到物理服务器，或者克隆生产机器并将其迁移到测试环境。

虚拟化平台供应商不提供此类工具。但是，您可以向硬件供应商请求，看看他们是否可以提供此类工具。

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