虛擬化數(shù)據(jù)中心計(jì)算

1、第3章虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,第3章：虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,主要內(nèi)容：描述計(jì)算虛擬化討論計(jì)算虛擬化技術(shù)解釋虛擬機(jī) (VM) 組件描述資源管理和資源優(yōu)化技術(shù)描述將物理機(jī)轉(zhuǎn)換為虛擬機(jī)的過程,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,2,第 1 節(jié)：計(jì)算虛擬化概述第 2 節(jié)：計(jì)算虛擬化技術(shù) 第 3 節(jié)：虛擬機(jī)第 4 節(jié)：資源管理第 5 節(jié)：物理到虛擬轉(zhuǎn)換,Virtualized Data Center – Compute,3,虛擬

2、化數(shù)據(jù)中心,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,4,,傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心 (CDC),虛擬化計(jì)算,虛擬化存儲,虛擬化網(wǎng)絡(luò),虛擬化數(shù)據(jù)中心 (VDC),采用分階段的方式實(shí)施虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)有利于實(shí)現(xiàn)更平穩(wěn)的核心要素虛擬化轉(zhuǎn)移。,將傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心 (CDC) 轉(zhuǎn)變?yōu)樘摂M化數(shù)據(jù)中心 (VDC) 需要對數(shù)據(jù)中心的核心要素進(jìn)行虛擬化。,虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu),本節(jié)中講述的主題：計(jì)算虛擬化的驅(qū)動因素虛擬機(jī)管理程序的類型計(jì)算虛擬化的優(yōu)勢,第 1 節(jié)：計(jì)算虛擬化概述,虛

3、擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,5,,計(jì)算虛擬化,支持創(chuàng)建多個虛擬機(jī) (VM)，且各自運(yùn)行操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序虛擬機(jī)是外觀和行為均與物理機(jī)相似的邏輯實(shí)體虛擬化層駐留在硬件和虛擬機(jī)之間也稱為“虛擬機(jī)管理程序”虛擬機(jī)將獲得標(biāo)準(zhǔn)化硬件資源,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,6,CPU,內(nèi)存,,網(wǎng)絡(luò)接口卡 (NIC),硬盤,虛擬化層,x86 體系結(jié)構(gòu),VM,VM,VM,,計(jì)算虛擬化的需求,7,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,CPU,內(nèi)存,,網(wǎng)絡(luò)接口卡 (NIC

4、),硬盤,虛擬機(jī)管理程序,x86 體系結(jié)構(gòu),VM,VM,VM,虛擬機(jī)管理程序,包含兩個組件內(nèi)核虛擬機(jī)監(jiān)視器 (VMM),8,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,VM,VM,VM,虛擬機(jī)管理程序的類型,9,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,VM,VM,VM,VM,VM,計(jì)算虛擬化的優(yōu)勢,服務(wù)器整合隔離封裝硬件獨(dú)立性降低成本,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,10,第3章：虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,第 2 節(jié)：計(jì)算虛擬化技術(shù),虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,1

5、1,本節(jié)中講述的主題：x86 硬件虛擬化要求計(jì)算虛擬化技術(shù),要求：x86 硬件虛擬化,操作系統(tǒng) (OS) 設(shè)計(jì)為在裸機(jī)硬件上運(yùn)行，并完全擁有硬件x86 體系結(jié)構(gòu)提供四個權(quán)限級別Ring 0、1、2 和 3用戶應(yīng)用程序在 Ring 3 中運(yùn)行操作系統(tǒng)在 Ring 0（最高權(quán)限）中運(yùn)行虛擬化 x86 硬件時面臨的難題需要將虛擬化層置于操作系統(tǒng)層以下難以在運(yùn)行時捕獲和轉(zhuǎn)換操作系統(tǒng)特權(quán)指令用來將計(jì)算虛擬化的技術(shù)完全虛擬化

6、、準(zhǔn)虛擬化和硬件輔助虛擬化,12,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,虛擬機(jī)監(jiān)視器 (VMM) 在特權(quán) Ring 0 中運(yùn)行VMM 將來賓操作系統(tǒng) (OS) 與底層物理硬件進(jìn)行分離每個虛擬機(jī)被分配一個 VMM為每個虛擬機(jī)提供虛擬組件對不可虛擬化的操作系統(tǒng)指令執(zhí)行二進(jìn)制轉(zhuǎn)換 (BT)來賓操作系統(tǒng)不會感知到被虛擬化,完全虛擬化,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,13,來賓操作系統(tǒng) (OS) 知道自己正被虛擬化來賓操作系統(tǒng)在 Ring 0 中運(yùn)

7、行使用修改過的來賓 OS 內(nèi)核，例如 Linux 和 OpenBSD不支持未修改的來賓操作系統(tǒng)，例如 Microsoft Windows,準(zhǔn)虛擬化,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,14,實(shí)現(xiàn)方式是使用虛擬機(jī)管理程序感知的 CPU 來處理特權(quán)指令降低了完全虛擬化和準(zhǔn)虛擬化所導(dǎo)致的虛擬化開銷在硬件中提供 CPU 和內(nèi)存虛擬化支持通過 x86 處理器體系結(jié)構(gòu)中的 AMD-V 和 Intel VT 技術(shù)實(shí)現(xiàn),硬件輔助虛擬化,虛擬化數(shù)據(jù)中心

8、— 計(jì)算,15,第3章：虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,本節(jié)中講述的主題：虛擬機(jī) (VM) 文件用來管理虛擬機(jī)文件的文件系統(tǒng)虛擬機(jī)硬件虛擬機(jī)控制臺,第 3 節(jié)：虛擬機(jī),虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,16,從用戶的角度而言，邏輯計(jì)算系統(tǒng)像物理機(jī)一樣運(yùn)行操作系統(tǒng) (OS) 和應(yīng)用程序包含 CPU、RAM、磁盤和網(wǎng)絡(luò)接口卡 (NIC) 等虛擬組件從虛擬機(jī)管理程序的角度而言虛擬機(jī) (VM) 是離散的文件集，例如配置文件、虛擬磁盤文件、

9、虛擬 BIOS 文件、虛擬機(jī)交換文件和日志文件等,虛擬機(jī),虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,17,VM,VM,VM,虛擬機(jī)文件,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,18,虛擬機(jī)管理程序支持的文件系統(tǒng)包括虛擬機(jī)文件系統(tǒng) (VMFS) 和網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng) (NFS)VMFS是允許多個物理機(jī)在同一存儲設(shè)備上并發(fā)執(zhí)行讀/寫的群集文件系統(tǒng)部署在與本地存儲分離的光纖通道和 iSCSI 存儲上NFS實(shí)現(xiàn)在遠(yuǎn)程文件服務(wù)器（NAS 設(shè)備）上存儲虛擬機(jī)文件NFS

10、客戶端內(nèi)置在虛擬機(jī)管理程序中,用于管理虛擬機(jī)文件的文件系統(tǒng),虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,19,虛擬機(jī)硬件,20,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,,,軟盤控制器和軟盤驅(qū)動器,,虛擬機(jī),,,,,,,,,,,,,帶一個或多個 CPU 的 VM 芯片組,SCSI 控制器,網(wǎng)絡(luò)適配器（NIC 和 HBA）,圖形卡,RAM,IDE 控制器,并行端口,串行/Com 端口,USB 控制器和 USB 設(shè)備,鼠標(biāo),鍵盤,視頻,虛擬機(jī)硬件組件,21,虛擬化數(shù)據(jù)中心

11、— 計(jì)算,虛擬機(jī)控制臺,提供鼠標(biāo)、鍵盤和屏幕功能向虛擬機(jī) (VM) 發(fā)送電源變化（開/關(guān)）允許訪問虛擬機(jī)的 BIOS通常用于虛擬硬件配置和故障排除事宜,22,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,第3章：虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,本節(jié)中講述的主題：資源管理和資源池共享、限制和保留CPU 和內(nèi)存資源優(yōu)化技術(shù),第 4 節(jié)：資源管理,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,23,資源管理,資源管理的目標(biāo)控制資源利用率防止虛擬機(jī)獨(dú)占資源基于虛擬機(jī)的相對

12、優(yōu)先級分配資源必須池化資源以集中進(jìn)行管理,24,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,資源池,從物理機(jī)或群集創(chuàng)建而來管理員可以從父資源池創(chuàng)建子資源池或虛擬機(jī) (VM)使用保留、限制和共享來控制資源池或虛擬機(jī)所消耗的資源,25,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,,資源池示例,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,26,,,,,工程-測試虛擬機(jī)CPU = 500 MHz內(nèi)存 = 1GB,,,,,,標(biāo)準(zhǔn)物理機(jī) — 機(jī)器 1父池CPU = 3000 MHz內(nèi)

13、存 = 6GB,,,工程池（子池）CPU = 1000 MHz內(nèi)存 = 2GB,,,財(cái)務(wù)池（子池）CPU = 1000 MHz內(nèi)存 = 2GB,,,工程-生產(chǎn)虛擬機(jī)CPU = 500 MHz內(nèi)存 = 1GB,,,財(cái)務(wù)-測試虛擬機(jī)CPU = 500 MHz內(nèi)存 = 1GB,,,財(cái)務(wù)-生產(chǎn)虛擬機(jī)CPU = 500 MHz內(nèi)存 = 1GB,用來控制子資源池或虛擬機(jī) (VM) 所消耗的資源的參數(shù)包括：共享相對其

14、父池內(nèi)的總資源量，VM 或子資源池可以擁有的 CPU 或內(nèi)存資源量限制虛擬機(jī)或子資源池可以消耗的最大 CPU 和內(nèi)存量保留為虛擬機(jī)或子資源池保留的 CPU 和內(nèi)存量,共享、限制和保留,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,27,優(yōu)化 CPU 資源,現(xiàn)代 CPU 配備多個內(nèi)核和超線程多核處理器在單個 CPU 內(nèi)具有多個處理單元（內(nèi)核）超線程使得物理 CPU 顯示為兩個或更多個邏輯 CPU高效和公平地分配 CPU 資源至關(guān)重要虛擬機(jī)管理

15、程序調(diào)度物理 CPU 上的虛擬 CPU虛擬機(jī)管理程序支持多核、超線程和 CPU 負(fù)載均衡功能，以優(yōu)化 CPU 資源,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,28,多核處理器,29,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,VM,VM,VM,使得物理 CPU 顯示為兩個邏輯 CPU (LCPU)使得操作系統(tǒng) (OS) 可以同時調(diào)度兩個或更多個線程兩個 LCPU 共享相同的物理資源在當(dāng)前線程暫停時，CPU 可以執(zhí)行其他線程在啟用超線程的 CPU 上運(yùn)行的虛擬機(jī)

16、管理程序可提供改進(jìn)的性能和利用率,超線程,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,30,VM,VM,VM,CPU 負(fù)載均衡,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,31,VM,VM,VM,優(yōu)化內(nèi)存資源,虛擬機(jī)管理程序管理機(jī)器的物理內(nèi)存部分內(nèi)存由虛擬機(jī)管理程序使用剩余部分供虛擬機(jī) (VM) 使用虛擬機(jī)可以配置比實(shí)際可用量更多的內(nèi)存（稱為“內(nèi)存過量配置”）執(zhí)行內(nèi)存優(yōu)化以允許過量配置內(nèi)存管理技術(shù)包括透明化頁面共享、內(nèi)存膨脹和內(nèi)存交換,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,

17、32,透明化頁面共享,虛擬機(jī)管理程序檢測到完全相同的虛擬機(jī) (VM) 內(nèi)存頁面，并將其映射到同一物理頁面共享時的狀態(tài)為只讀對于寫入操作，虛擬機(jī)管理程序?qū)⒐蚕淼捻撁嫣幚頌閷懭霑r拷貝嘗試在共享頁面上寫入生成次要頁面故障寫入后創(chuàng)建私有拷貝并重新映射內(nèi)存,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,33,內(nèi)存膨脹,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,34,來賓操作系統(tǒng),來賓操作系統(tǒng),來賓操作系統(tǒng),內(nèi)存交換,每個已開機(jī)的虛擬機(jī) (VM) 都需要自己的交換文件在虛

18、擬機(jī)開機(jī)時創(chuàng)建在虛擬機(jī)關(guān)機(jī)時刪除交換文件的大小等于內(nèi)存限制與虛擬機(jī)內(nèi)存保留之間的差值內(nèi)存稀缺時，虛擬機(jī)管理程序?qū)Q出虛擬機(jī)的內(nèi)存內(nèi)容交換是最后選擇，因?yàn)樗鼘?dǎo)致明顯的性能影響,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,35,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,虛擬機(jī)親和性,虛擬機(jī)對虛擬機(jī)親和性： 選定的虛擬機(jī)應(yīng)該在同一虛擬機(jī)管理程序上運(yùn)行在虛擬機(jī)之間存在大量通信時提高性能反親和性確保選定的虛擬機(jī)不在同一虛擬機(jī)管理程序上（例如：由于可用性的原因）

19、虛擬機(jī)對物理服務(wù)器親和性：指定選定的虛擬機(jī)是否只能放置在特定的虛擬機(jī)管理程序上（例如：由于許可的原因）反親和性允許虛擬機(jī)在群集內(nèi)的不同虛擬機(jī)管理程序上移動（例如：為滿足高可靠性或性能需求）,36,資源管理工具,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,37,提供管理正在運(yùn)行虛擬機(jī)管理程序的物理機(jī)的能力實(shí)現(xiàn)從管理服務(wù)器集中管理資源實(shí)現(xiàn)資源池化以及向虛擬機(jī)分配容量與虛擬機(jī)管理程序通信以執(zhí)行管理提供操作自動化,VM,VM,VM,VM,VM,V

20、M,第3章：虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,本節(jié)中講述的主題：轉(zhuǎn)換器組件轉(zhuǎn)換選項(xiàng)轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換考慮事項(xiàng),第 5 節(jié)：物理到虛擬轉(zhuǎn)換,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,38,將數(shù)據(jù)從物理機(jī)磁盤克隆到虛擬機(jī)磁盤執(zhí)行目標(biāo)虛擬機(jī)的系統(tǒng)重配置，例如：更改 IP 地址和計(jì)算機(jī)名稱安裝必要的設(shè)備驅(qū)動程序以引導(dǎo)虛擬機(jī),物理機(jī)到虛擬機(jī) (P2V) 轉(zhuǎn)換,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,39,VM,P2V 轉(zhuǎn)換器的優(yōu)勢,降低設(shè)置新虛擬機(jī) (VM) 所需的時間無

21、需重新安裝操作系統(tǒng) (OS) 或應(yīng)用程序即可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)機(jī)器向新硬件的遷移跨異質(zhì)硬件執(zhí)行遷移,40,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,P2V 轉(zhuǎn)換器的組件,有三個關(guān)鍵組件：轉(zhuǎn)換器服務(wù)器負(fù)責(zé)控制轉(zhuǎn)換過程僅用于熱轉(zhuǎn)換（在源正在運(yùn)行自己的操作系統(tǒng)時）在源機(jī)器上推送和安裝代理轉(zhuǎn)換器代理負(fù)責(zé)執(zhí)行轉(zhuǎn)換僅用于熱模式安裝在物理機(jī)上，以將其轉(zhuǎn)換為虛擬機(jī) (VM)轉(zhuǎn)換器引導(dǎo)光盤包含其操作系統(tǒng)和轉(zhuǎn)換器應(yīng)用程序的可引導(dǎo)光盤轉(zhuǎn)換器應(yīng)用程序用于執(zhí)行冷轉(zhuǎn)

22、換,41,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,轉(zhuǎn)換選項(xiàng),熱轉(zhuǎn)換在物理機(jī)正在運(yùn)行時發(fā)生執(zhí)行同步拷貝在初始克隆期間發(fā)生更改的數(shù)據(jù)塊在源上執(zhí)行關(guān)機(jī)和在目標(biāo)虛擬機(jī) (VM) 上執(zhí)行開機(jī)更改選定機(jī)器的 IP 地址和機(jī)器名（如果兩臺機(jī)器必須在同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)共存）冷轉(zhuǎn)換在物理機(jī)沒有運(yùn)行操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序時發(fā)生使用轉(zhuǎn)換器引導(dǎo)光盤引導(dǎo)物理機(jī)創(chuàng)建一致的物理機(jī)拷貝,42,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,,熱轉(zhuǎn)換過程,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,43,運(yùn)行轉(zhuǎn)換器

23、軟件的轉(zhuǎn)換器服務(wù)器,已開機(jī)的源物理機(jī),正在運(yùn)行虛擬機(jī)管理程序的目標(biāo)物理機(jī),,代理,源卷,,快照,,步驟 1：轉(zhuǎn)換器服務(wù)器在源物理機(jī)上安裝代理,步驟 2：代理拍攝源卷的快照,步驟 3：在目標(biāo)機(jī)器上創(chuàng)建虛擬機(jī),步驟 4：將源磁盤克隆到虛擬機(jī)磁盤,快照,虛擬機(jī)管理程序,VM,熱轉(zhuǎn)換過程（續(xù)）,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,44,運(yùn)行轉(zhuǎn)換器軟件的轉(zhuǎn)換器服務(wù)器,已開機(jī)的源物理機(jī),正在運(yùn)行虛擬機(jī)管理程序的目標(biāo)物理機(jī),代理,,快照,重配置,步驟 5

24、：同步和重配置虛擬機(jī),步驟 6：虛擬機(jī)準(zhǔn)備好運(yùn)行,源卷,快照,虛擬機(jī)管理程序,VM,冷轉(zhuǎn)換過程,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,45,已開機(jī)的源物理機(jī),目標(biāo)物理機(jī)（正在運(yùn)行虛擬機(jī)管理程序）,步驟 1：使用轉(zhuǎn)換器引導(dǎo)光盤引導(dǎo)物理機(jī),步驟 2：在目標(biāo)機(jī)器上創(chuàng)建虛擬機(jī),轉(zhuǎn)換器引導(dǎo)光盤,源卷,虛擬機(jī)管理程序,VM,虛擬機(jī)管理程序,冷轉(zhuǎn)換過程（續(xù)）,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,46,已開機(jī)的源物理機(jī),目標(biāo)物理機(jī)（正在運(yùn)行虛擬機(jī)管理程序）,步驟 3：

25、將源磁盤克隆到虛擬機(jī)磁盤,,重配置,步驟 4：安裝必要的驅(qū)動程序以允許在虛擬機(jī)上引導(dǎo)操作系統(tǒng),步驟 5：虛擬機(jī)準(zhǔn)備好運(yùn)行,轉(zhuǎn)換器引導(dǎo)光盤,源卷,VM,P2V 轉(zhuǎn)換：考慮事項(xiàng),可能無法保留部分硬件相關(guān)的驅(qū)動程序和映射的驅(qū)動器盤符源機(jī)器配置保持不變，例如：操作系統(tǒng) (OS) 配置，例如計(jì)算機(jī)名稱、安全性 ID、用戶帳戶、配置文件和首選項(xiàng)應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)文件每個磁盤分區(qū)的卷序列號源和目標(biāo)機(jī)器將具有相同的標(biāo)識在同一網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行它們可能

26、導(dǎo)致沖突依賴于硬件特性的應(yīng)用程序可能無法工作,47,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,第3章：虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,VMware vSphereVMware vCenter Converter,付諸實(shí)踐的概念,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,48,基礎(chǔ)架構(gòu)虛擬化套件提供：虛擬化資源管理和優(yōu)化高可用性操作自動化vSphere 包含下列關(guān)鍵組件：VMware ESXiVMware vCenter 服務(wù)器VMware vCenter

27、 客戶端VMware vStorage VMFS,付諸實(shí)踐的概念：VMware vSphere,49,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,將物理機(jī)轉(zhuǎn)換為虛擬機(jī) (VM)支持將第三方軟件創(chuàng)建的虛擬機(jī)轉(zhuǎn)換為 VMware 虛擬機(jī),付諸實(shí)踐的概念：VMware vCenter Converter,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計(jì)算,50,VM,VM,VM,VM,VM,VM,VM,第3章：總結(jié),本章中講述的要點(diǎn)包括：計(jì)算虛擬化的驅(qū)動因素虛擬化 x86 硬件