從第一次工業(yè)革命開(kāi)始至今已經(jīng)有兩百多年的時(shí)間，從蒸汽技術(shù)革命、電力技術(shù)革命到計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)革命，技術(shù)的變革讓世界發(fā)生了翻天覆地的變化。當(dāng)前最有可能引領(lǐng)第四次工業(yè)革命的是廣泛而深度應(yīng)用的數(shù)字化技術(shù)。數(shù)字經(jīng)濟(jì)是當(dāng)前世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重心，數(shù)字化轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為各個(gè)行業(yè)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力。華為公司2014年發(fā)布的《全球聯(lián)接指數(shù)》（Global Connectivity Index）指出，聯(lián)接指數(shù)每提升1點(diǎn)，人均GDP將增加1.4%~1.9%，發(fā)展中國(guó)家的提升會(huì)明顯大于發(fā)達(dá)國(guó)家。這些分析為試圖利用聯(lián)接實(shí)現(xiàn)社會(huì)轉(zhuǎn)型、縮小數(shù)字鴻溝、促進(jìn)創(chuàng)新和提升國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的市場(chǎng)提供了指導(dǎo)。
毫無(wú)疑問(wèn)，新型ICT（Information Communication Technology，信息通信技術(shù)）基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)已經(jīng)成為包括中國(guó)在內(nèi)的眾多國(guó)家的重要發(fā)展戰(zhàn)略。數(shù)據(jù)中心作為ICT基礎(chǔ)設(shè)施的代表，承載著組織的各類(lèi)核心應(yīng)用，匯聚了海量的聯(lián)接，在數(shù)字化時(shí)代的變革中，已然迎來(lái)新一輪的發(fā)展機(jī)遇。數(shù)字化轉(zhuǎn)型浪潮下，企業(yè)信息化過(guò)程中暴露出來(lái)的問(wèn)題日益凸顯。復(fù)雜的管理模式、高昂的運(yùn)營(yíng)成本、困難的擴(kuò)展升級(jí)使企業(yè)對(duì)新型數(shù)字化技術(shù)翹首以盼，這些痛點(diǎn)促使了云計(jì)算與虛擬化的興起。數(shù)據(jù)中心虛擬化和云化是當(dāng)前最熱門(mén)的數(shù)據(jù)中心建設(shè)模式。它不僅改變了我們對(duì)數(shù)據(jù)中心各類(lèi)資源的管理和使用方式，也為企業(yè)帶來(lái)了前所未有的靈活性和效率。本書(shū)將深入探討數(shù)據(jù)中心虛擬化的概念、架構(gòu)、技術(shù)及典型應(yīng)用案例。
虛擬化的歷史可以追溯到20世紀(jì)60年代，大型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)使得計(jì)算資源的共享成為可能。IBM在這一領(lǐng)域的開(kāi)創(chuàng)性工作允許多個(gè)用戶共享同一臺(tái)計(jì)算機(jī)的處理能力，這種思想為后來(lái)的虛擬化技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。更為重要的是，虛擬化技術(shù)在架構(gòu)層面上倡導(dǎo)的資源抽象和模擬的思想，已在多個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域產(chǎn)生效益。由于業(yè)務(wù)應(yīng)用多樣性和環(huán)境復(fù)雜性的不斷增長(zhǎng)，這對(duì)數(shù)據(jù)中心技術(shù)人員的知識(shí)廣度提出了挑戰(zhàn)，他們必須具備多個(gè)不同技術(shù)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，如服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、運(yùn)營(yíng)與運(yùn)維等。因此，本書(shū)從通用方案架構(gòu)的角度敘述了數(shù)據(jù)中心虛擬化的基本概念、重要挑戰(zhàn)和典型解決方法的原理及實(shí)現(xiàn)。在傳統(tǒng)分層架構(gòu)和硬件層虛擬化的基礎(chǔ)上，本書(shū)還對(duì)超融合基礎(chǔ)架構(gòu)數(shù)據(jù)中心和軟件層的虛擬化作了深入淺出的論述，最后給出華為數(shù)據(jù)中心虛擬化解決方案的幾個(gè)典型行業(yè)應(yīng)用案例。
進(jìn)入21世紀(jì)，虛擬化技術(shù)迎來(lái)了爆發(fā)式的增長(zhǎng)。隨著云計(jì)算的興起，企業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)中心的靈活性、可擴(kuò)展性和資源利用率的需求愈發(fā)迫切。虛擬化技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的關(guān)鍵手段，幫助企業(yè)在降低成本的同時(shí)，提高了業(yè)務(wù)連續(xù)性和災(zāi)難恢復(fù)能力。我們看到，許多企業(yè)開(kāi)始將傳統(tǒng)的物理服務(wù)器遷移到虛擬化環(huán)境中，從而實(shí)現(xiàn)資源的動(dòng)態(tài)分配和高效管理。
為了更好地幫助高校學(xué)生和虛擬化相關(guān)從業(yè)人員了解數(shù)據(jù)中心虛擬化的相關(guān)技術(shù)，我們撰寫(xiě)了本書(shū)。本書(shū)共11章，內(nèi)容涵蓋數(shù)據(jù)中心虛擬化的概述及總體架構(gòu)、計(jì)算虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、超融合技術(shù)、容器與云原生、AI算力池化技術(shù)、數(shù)據(jù)中心的安全和可靠性、數(shù)據(jù)中心管理以及數(shù)據(jù)中心虛擬化應(yīng)用案例等。通過(guò)閱讀本書(shū)，讀者可以系統(tǒng)地了解數(shù)據(jù)中心虛擬化的發(fā)展歷程、核心基礎(chǔ)設(shè)施、虛擬化技術(shù)原理以及在工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用案例，從而更好地在日后的學(xué)習(xí)或工作中開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)中心虛擬化的各種產(chǎn)品。
本書(shū)主要由華為公司陳默博士和上海交通大學(xué)戚正偉教授編寫(xiě)。同時(shí)感謝華為公司數(shù)據(jù)存儲(chǔ)產(chǎn)品線的技術(shù)專(zhuān)家和上海交通大學(xué)參與書(shū)稿審閱的師生在本書(shū)寫(xiě)作過(guò)程中提供的幫助，也感謝清華大學(xué)出版社盛東亮老師和崔彤老師的大力支持，他們細(xì)致認(rèn)真的工作為本書(shū)的高質(zhì)量出版提供了保障。
參與本書(shū)編寫(xiě)的人員雖然有多年的ICT從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，但因時(shí)間倉(cāng)促和作者水平有限，書(shū)中難免有疏漏和不足之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正，在此表示衷心的感謝！
編者
2025年3月
第1章數(shù)據(jù)中心虛擬化概述00
1.1虛擬化的前世今生00
1.2從虛擬化到數(shù)據(jù)中心虛擬化 00
1.3關(guān)于數(shù)據(jù)中心虛擬化的幾個(gè)認(rèn)識(shí)誤區(qū)00
1.4小結(jié)0
第2章數(shù)據(jù)中心虛擬化的總體架構(gòu)0
2.1數(shù)據(jù)中心虛擬化基本概念0
2.2數(shù)據(jù)中心虛擬化通用架構(gòu)0
2.3典型數(shù)據(jù)中心虛擬化系統(tǒng)0
2.3.1VMware虛擬化平臺(tái)0
2.3.2華為DCS數(shù)據(jù)中心虛擬化解決方案0
2.4小結(jié)0
第3章計(jì)算虛擬化0
3.1計(jì)算虛擬化概述0
3.2CPU虛擬化0
3.2.1CPU虛擬化基本原理0
3.2.2指令模擬0
3.2.3中斷虛擬化0
3.3內(nèi)存虛擬化0
3.3.1內(nèi)存虛擬化基本原理0
3.3.2硬件輔助的內(nèi)存虛擬化0
3.4I/O虛擬化0
3.4.1I/O虛擬化基本原理0
3.4.2基于軟件的I/O全虛擬化0
3.4.3I/O半虛擬化0
3.4.4硬件輔助的I/O虛擬化0
3.5GPU虛擬化0
3.5.1GPU虛擬化基本原理0
3.5.2基于軟件的GPU虛擬化0
3.5.3基于硬件的GPU虛擬化0
3.5.4方案對(duì)比及總結(jié)0
3.6計(jì)算虛擬化實(shí)踐0
3.6.1CPU服務(wù)質(zhì)量保證0
3.6.2智能內(nèi)存復(fù)用0
3.6.3虛擬機(jī)熱遷移0
3.6.4昇騰NPU虛擬化0
3.7小結(jié)0
第4章存儲(chǔ)虛擬化0
4.1存儲(chǔ)虛擬化概念0
4.1.1存儲(chǔ)虛擬化簡(jiǎn)介0
4.1.2存儲(chǔ)虛擬化基礎(chǔ)知識(shí)0
4.2存儲(chǔ)虛擬化原理0
4.2.1存儲(chǔ)虛擬化基本原理0
4.2.2存儲(chǔ)虛擬化關(guān)鍵技術(shù)0
4.3存儲(chǔ)虛擬化實(shí)踐0
4.3.1基于文件的虛擬化實(shí)踐0
4.3.2基于塊的虛擬化實(shí)踐0
4.4小結(jié)
第5章網(wǎng)絡(luò)虛擬化
5.1網(wǎng)絡(luò)虛擬化概述
5.1.1網(wǎng)絡(luò)虛擬化的驅(qū)動(dòng)力
5.1.2網(wǎng)絡(luò)虛擬化的基本概念
5.1.3網(wǎng)絡(luò)虛擬化在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用
5.2虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備
5.2.1虛擬網(wǎng)卡
5.2.2虛擬交換機(jī)
5.2.3虛擬路由器
5.3虛擬網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)
5.3.1基于交換機(jī)的虛擬網(wǎng)絡(luò)
5.3.2基于主機(jī)的虛擬網(wǎng)絡(luò)
5.3.3混合式虛擬網(wǎng)絡(luò)
5.4軟件定義網(wǎng)絡(luò)
5.4.1數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的新需求
5.4.2SDN體系架構(gòu)
5.4.3關(guān)鍵技術(shù)
5.4.4關(guān)于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的幾個(gè)認(rèn)識(shí)誤區(qū)
5.5網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化
5.5.1NFV誕生與發(fā)展的背景
5.5.2NFV體系架構(gòu)
5.5.3NFV與SDN
5.6虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐
5.6.1eNetwork架構(gòu)設(shè)計(jì)
5.6.2eNetwork功能特性
5.7虛擬網(wǎng)絡(luò)未來(lái)發(fā)展方向
5.7.1高效靈活的虛擬網(wǎng)絡(luò)
5.7.2虛擬網(wǎng)絡(luò)和AI
5.8小結(jié)
第6章超融合技術(shù)
6.1超融合概述
6.1.1傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的挑戰(zhàn)
6.1.2超融合技術(shù)的興起
6.1.3市場(chǎng)上常見(jiàn)的超融合產(chǎn)品
6.2超融合架構(gòu)
6.2.1超融合通用基礎(chǔ)架構(gòu)
6.2.2FusionCube超融合架構(gòu)
6.3超融合核心技術(shù)
6.3.1高可靠技術(shù)原理
6.3.2高性能技術(shù)原理
6.3.3高效率技術(shù)原理
6.3.4易運(yùn)維技術(shù)原理
6.4超融合典型場(chǎng)景和實(shí)踐
6.4.1混合業(yè)務(wù)虛擬化部署場(chǎng)景
6.4.2桌面云場(chǎng)景
6.4.3私有云場(chǎng)景
6.5小結(jié)
第7章容器與云原生
7.1容器與云原生概述
7.1.1從虛擬化到容器
7.1.2從容器到云原生
7.2容器平臺(tái)架構(gòu)
7.3容器平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)
7.3.1集群管理
7.3.2容器存儲(chǔ)
7.3.3容器網(wǎng)絡(luò)
7.3.4容器編排
7.3.5容器運(yùn)維
7.3.6鏡像管理
7.3.7服務(wù)治理
7.4容器平臺(tái)實(shí)踐
7.4.1多集群管理實(shí)踐
7.4.2應(yīng)用管理實(shí)踐
7.4.3鏡像管理實(shí)踐
7.4.4監(jiān)控/運(yùn)維實(shí)踐
7.5云原生未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
7.5.1服務(wù)網(wǎng)格
7.5.2無(wú)服務(wù)器計(jì)算
7.5.3云邊協(xié)同
7.5.4虛擬機(jī)/容器/Serverless統(tǒng)一管理平臺(tái)
7.6小結(jié)
第8章AI算力池化技術(shù)
8.1AI算力及硬件架構(gòu)
8.1.1算力基本概念
8.1.2AI算力硬件架構(gòu)
8.2AI大模型時(shí)代算力困境
8.2.1大模型對(duì)AI算力的需求
8.2.2算力資源面臨的挑戰(zhàn)
8.3AI算力池化特性與演進(jìn)
8.3.1AI算力池化特性
8.3.2AI算力池化演進(jìn)
8.4AI算力池化技術(shù)剖析
8.4.1AI算力池化架構(gòu)
8.4.2AI算力池化關(guān)鍵技術(shù)
8.5AI算力池化實(shí)踐
8.6小結(jié)
第9章數(shù)據(jù)中心的安全和可靠性
9.1數(shù)據(jù)中心安全和可靠性概述
9.2數(shù)據(jù)中心的安全問(wèn)題
9.2.1針對(duì)虛擬化數(shù)據(jù)中心的安全攻擊
9.2.2數(shù)據(jù)中心虛擬化威脅分析
9.2.3數(shù)據(jù)中心虛擬化安全全景
9.2.4數(shù)據(jù)中心虛擬化安全防護(hù)
9.2.5數(shù)據(jù)中心虛擬化安全實(shí)踐
9.3數(shù)據(jù)中心的可靠性問(wèn)題
9.3.1可靠性定義與特征
9.3.2數(shù)據(jù)中心虛擬化可靠性全景與關(guān)鍵技術(shù)
9.3.3數(shù)據(jù)中心虛擬化可靠性實(shí)踐
9.4小結(jié)
第10章數(shù)據(jù)中心管理
10.1數(shù)據(jù)中心管理概述
10.1.1數(shù)據(jù)中心虛擬化建設(shè)模式
10.1.2數(shù)據(jù)中心云化建設(shè)模式
10.1.3多云數(shù)據(jù)中心建設(shè)模式
10.2數(shù)據(jù)中心管理總體架構(gòu)
10.3虛擬化資源管理與調(diào)度
10.3.1管理與調(diào)度架構(gòu)
10.3.2虛擬化集群管理
10.3.3資源編排自動(dòng)化
10.3.4動(dòng)態(tài)資源調(diào)度
10.3.5智能監(jiān)控運(yùn)維
10.3.6開(kāi)放生態(tài)集成
10.4云服務(wù)與運(yùn)營(yíng)管理
10.4.1云服務(wù)
10.4.2運(yùn)營(yíng)管理
10.5多云管理
10.6統(tǒng)一運(yùn)維管理
10.6.1統(tǒng)一監(jiān)控
10.6.2預(yù)見(jiàn)式運(yùn)維
10.6.3智能診斷
10.6.4自動(dòng)化運(yùn)維
10.6.5智能報(bào)表
10.6.6智能規(guī)劃
10.6.7生態(tài)集成
10.7數(shù)據(jù)中心管理實(shí)踐
10.8小結(jié)
第11章數(shù)據(jù)中心虛擬化應(yīng)用案例
11.1虛擬化技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用概述
11.2醫(yī)療行業(yè)虛擬化技術(shù)應(yīng)用
11.2.1醫(yī)院信息系統(tǒng)簡(jiǎn)介
11.2.2虛擬化技術(shù)在醫(yī)院的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
11.2.3基于虛擬化的關(guān)鍵業(yè)務(wù)雙活保護(hù)
11.2.4虛擬化雙活保護(hù)實(shí)踐
11.3制造行業(yè)虛擬化技術(shù)應(yīng)用
11.3.1智慧工廠生產(chǎn)數(shù)字平臺(tái)簡(jiǎn)介
11.3.2虛擬化技術(shù)在智慧工廠的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
11.3.3基于虛擬化的大數(shù)據(jù)建設(shè)實(shí)踐
11.4政府行業(yè)虛擬化技術(shù)應(yīng)用
11.4.1區(qū)縣智慧城市簡(jiǎn)介
11.4.2虛擬化技術(shù)在區(qū)縣智慧城市的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
11.4.3基于虛擬化的數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)實(shí)踐
11.5金融行業(yè)虛擬化技術(shù)應(yīng)用
11.5.1金融數(shù)據(jù)中心需求概述
11.5.2虛擬化技術(shù)在金融數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
11.5.3基于虛擬化的金融數(shù)據(jù)中心建設(shè)實(shí)踐
11.6小結(jié)
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