虚拟化技术与应用项目教程(微课版)

崔升广，辽宁交通职业技术学院信息工程系教师，硕士研究生，中共党员，副教授职称，自2002年参加工作后，在教育岗位辛勤耕耘至今，一直从事实践教学管理工作，担任实验室主任、云计算技术与应用专业主任一职，从事教育工作19年以来一直站在实践教学的第一线，“让每一位学生在课堂上都有所收获”是他课堂教学的追求目标，为人正派，作风朴实，具有强烈的事业心和责任感，在平凡的工作岗位上始终把教书育人、管理育人、服务育人贯穿在工作中，言辞举止得体，工作积极认真，近10年年度评比均为优秀等级，工作业绩成绩突出。 2012年、2014年先后荣获“全国技术能手”“全国青年岗位能手”荣誉称号；2010年至2019年指导学生参加计算机网络应用技能大赛，荣获国家级二等奖三项、三等奖二项，省级一等奖五项、二等奖四项；先后获得了华为、锐捷、思科、华三等企业网络高级工程师认证以及企业讲师资格。 《职业技能大赛与高等院校人才培养无缝对接模式研究》《高等院校云计算技术实训室建设研究》《人工智能产业发展分析与对策研究》《基于现代学徒制的高职专业培养模式的探索研究》《高职教育区域开放共享型实训基地建设研究》《职业技能与职业精神融合助力区域经济发展对策研究》《高职院校软件技术专业女生就业状况跟踪调查研究》《以就业为导向，构建软件技术专业新技能型人才培养模式研究》等主持省、市厅级以上或校级教科研项目。

项目1 1

1．1　项目陈述　1

1．2　必备知识　1

1．2．1　虚拟化基本概念和应用　1

1．2．2　虚拟化与虚拟机　6

1．2．3　虚拟化与数据中心　11

1．2．4　虚拟化与云计算　15

1．2．5　虚拟化集群　27

1．2．6企业级虚拟化解决方案　28

1．2．7　典型虚拟化厂家及产品　32

1．2．8　虚拟化的优势与发展　34

1．3　项目实施　35

1．3．1　物理服务器虚拟化安装与配置　36

1．3．2　Windows Server 2019操作系统安装　45

项目小结　48

课后习题　49

项目2　50

2．1　项目陈述　50

2．2　必备知识　50

2．2．1　VMware Workstation概述　50

2．2．2　VMware Workstation虚拟网络组件　52

2．2．3　VMware Workstation虚拟网络结构　53

2．2．4　VMware Workstation虚拟网络模式　56

2．3　项目实施　59

2．3．1　VMware Workstation安装　59

2．3．2　虚拟主机CentOS 7安装　61

2．3．3　系统克隆与快照管理　66

2．3．4　SecureCRT与SecureFX配置管理　68

2．3．5　配置和维护虚拟磁盘　74

2．3．6　虚拟机与主机系统之间传输文件　76

2．3．7　VMware Tools安装配置　79

项目小结　81

课后习题　81

项目3　83

3．1　项目陈述　83

3．2　必备知识　83

3．2．1　桌面虚拟化技术概述　83

3．2．2　云桌面基础知识　86

3．2．3　云桌面的基本架构　89

3．2．4　远程桌面服务基础知识　90

3．3　项目实施　91

3．3．1　安装RDS服务器　91

3．3．2　发布应用程序　92

3．3．3　客户端使用RDWeb访问RDS服务器　93

3．3．4　远程桌面管理服务器　96

项目小结　98

课后习题　99

项目4　100

4．1　项目陈述　100

4．2　必备知识　100

4．2．1　Hyper-V基础知识　100

4．2．2　Hyper-V功能特性　102

4．2．3　Hyper-V系统架构及其优势　103

4．3　项目实施　105

4．3．1　Hyper-V的安装　106

4．3．2　Hyper-V虚拟机管理　109

4．3．3　Hyper-V虚拟机硬盘管理　113

4．3．4　Hyper-V虚拟机存储管理　115

课后习题　116

项目5　117

5．1　项目陈述　117

5．2　必备知识　117

5．2．1　Docker技术基础知识　118

5．2．2　Docker镜像基础知识　127

5．2．3使用Docker常用命令　131

5．2．4　Dockerfile相关知识　135

5．2．5　Docker容器基础知识　143

5．2．6　Docker容器实现原理　155

5．2．7　Docker Compose基础知识　156

5．2．8编写Docker　Compose文件　160

5．2．9　Docker Compose常用命令　168

5．2．10　Docker仓库基础知识　175

5．3　项目实施　178

5．3．1　Docker安装与部署　178

5．3．2离线环境下导入镜像　192

5．3．3　通过commit命令创建镜像　193

5．3．4利用Dockerfile创建镜像　195

5．3．5　Docker容器创建和管理　197

5．3．6安装Docker　Compose并部署WordPress　207

5．3．7从源代码开始构建、部署和管理应用程序　214

5．3．8私有镜像仓库Harbor部署　224

5．3．9　Harbor项目管理　227

5．3．10　Harbor系统管理与维护　230

项目小结　238

课后习题　239

项目6　243

6．1　项目陈述　243

6．2　必备知识　243

6．2．1　容器编排基本知识　243

6．2．2　Kubernetes概述　245

6．2．3　Kubernetes的设计理念　246

6．2．4　Kubernetes体系结构　247

6．2．5　Kubernetes核心概念　250

6．2．6　Kubernetes集群部署方式　253

6．2．7　Kubernetes集群管理策略　253

6．2．8　kubectl工具基本使用　256

6．3　项目实施　258

6．3．1　Kubernetes集群安装与部署　258

6．3．2　Kubectl基本命令配置管理　269

6．3．3　Pod的创建与管理　273

6．3．4　Deployment控制器配置与管理　280

6．3．5　Server的创建与管理　288

6．3．6　Kubernetes容器管理　291

项目小结　294

课后习题　295

1.2必备知识

1.2.1虚拟化基本概念和应用

虚拟化是一个广义的术语，本书的重点是IT领域的虚拟化，件营造它们所需要的执行环境。采用虚拟化技术后，程序或软件可以运行在完全相同的物理计算资源中，但不再独享底层的物理计算资源，且完全不会影响所运行的计算机的底层结构。虚拟化的主要目的是对IT基础设施和资源管理方式进行简化。虚拟化的消费者可以是最终用户、应用程序、操作系统、访问资源或与资源交互相关的其他服务。虚拟化是云计算的基础，使得用户可以在一台物理服务器上运行多台虚拟机。虚拟机共享物理机的中央处理器（Central Processing unit，CPu）内存、输入/输出（Input/Output，l/O）硬件资源，但在逻辑上是相互隔离的。基础设施即服务(Infrastructure as a Service,laaS)可实现底层资源虚拟化。OpenStack作为laaS 云操作系统，主要的服务就是为用户提供虚拟机。在目前的OpenStack实际应用中，主要使用KVM和Xen这两种 Linux虚拟化技术。

1.虚拟化的基本概念

虚拟化是一种可以为不同规模的企业降低IT开销、提高效率的有效方式，代表当前IT的一个重要发展方向，并在多个领域得到广泛应用。服务器、存储、网络、桌面和应用等的虚拟化技术发展很快，并与云计算不断融合。服务器虚拟化主要用于组建和改进数据中心，是极为核心的虚拟化技术，也是云计算的基础技术，更是数据中心企业级应用的关键。

（1）资源虚拟化的使用效率

资源虚拟化的使用效率可以从虚拟化前和虚拟化后的角度进行比较。

①虚拟化前。一台主机对应一个操作系统，后台多个应用程序会对特定的资源进行争抢，存在相互冲突的风险；在实际情况下，业务系统与硬件进行绑定，难以灵活部署；就统计数据来说，虚拟化前的系统资源利用率一般只有15%左右。

② 虚拟化后。一台主机可以“虚拟出”多个操作系统，独立的操作系统和应用程序拥有独立的CPU、内存和/O资源，相互隔离；业务系统独立于硬件，可以在不同的主机之间进行迁移；充分利用系统资源，虚拟化后的系统资源利用率可以达到60%。

（2）虚拟化分类

虚拟化可分为平台虚拟化、资源虚拟化、应用程序虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化等。

①平台虚拟化（Platform Virtualization)，是针对计算机和操作系统进行的虚拟化，又分为服务器虚拟化和桌面虚拟化。

·服务器虚拟化，是一种通过区分资源的优先次序，将服务器资源分配给最需要它们的工作负载的虚拟化模式，它通过减少为单个工作负载峰值而储备的资源来简化管理和提高效率，如微软公司的Hyper-V、Citrix公司的XenServer、VMware公司的ESXi。

桌面虚拟化，是指对计算机的终端系统（也称桌面）进行虚拟化，可以使用户利用任何设备，在任何地点、任何时间通过网络访问属于个人的桌面系统，是一种为提高人对计算机的操控力，降低计算机使用的复杂性，为用户提供更加方便适用的使用环境的虚拟化模式，如微软公司的RemoteDesktop Services、Citrix公司的XenDesktop、VMware公司的View。

平台虚拟化主要通过CPU虚拟化、内存虚拟化和1/O接口虚拟化来实现。

……

适读人群 ：本书可作为高校计算机相关专业的教材，也可作为广大计算机爱好者自学虚拟化技术与应用的参考用书，还可作为虚拟化技术与应用的参考用书及社会培训教材。

1. 本书作者具有丰富的教学经验，同时融合了多位长期从事云计算相关开发和运维工作的资深工程师的实践经验，采用“教、学、做一体化”的方法编写出这本教材。

2. 全书在内容安排上力求做到深浅适度、详略得当，从虚拟化技术基础知识起步，用大量的案例、插图讲解虚拟化技术相关知识。

3. 本书配套资源丰富，便于老师教学和学生学习。

4. 虚拟化技术与应用课程已经成为云计算技术应用专业的一门重要专业课程。