1、第3章虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,第3章：虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,主要內容：描述計算虛擬化討論計算虛擬化技術解釋虛擬機 (VM) 組件描述資源管理和資源優(yōu)化技術描述將物理機轉換為虛擬機的過程,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,2,第 1 節(jié)：計算虛擬化概述第 2 節(jié)：計算虛擬化技術 第 3 節(jié)：虛擬機第 4 節(jié)：資源管理第 5 節(jié)：物理到虛擬轉換,Virtualized Data Center – Compute,3,虛擬

2、化數(shù)據(jù)中心,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,4,,傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心 (CDC),虛擬化計算,虛擬化存儲,虛擬化網(wǎng)絡,虛擬化數(shù)據(jù)中心 (VDC),采用分階段的方式實施虛擬化基礎架構有利于實現(xiàn)更平穩(wěn)的核心要素虛擬化轉移。,將傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心 (CDC) 轉變?yōu)樘摂M化數(shù)據(jù)中心 (VDC) 需要對數(shù)據(jù)中心的核心要素進行虛擬化。,虛擬化基礎架構,本節(jié)中講述的主題：計算虛擬化的驅動因素虛擬機管理程序的類型計算虛擬化的優(yōu)勢,第 1 節(jié)：計算虛擬化概述,虛

3、擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,5,,計算虛擬化,支持創(chuàng)建多個虛擬機 (VM)，且各自運行操作系統(tǒng)和應用程序虛擬機是外觀和行為均與物理機相似的邏輯實體虛擬化層駐留在硬件和虛擬機之間也稱為“虛擬機管理程序”虛擬機將獲得標準化硬件資源,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,6,CPU,內存,,網(wǎng)絡接口卡 (NIC),硬盤,虛擬化層,x86 體系結構,VM,VM,VM,,計算虛擬化的需求,7,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,CPU,內存,,網(wǎng)絡接口卡 (NIC

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

5、1,本節(jié)中講述的主題：x86 硬件虛擬化要求計算虛擬化技術,要求：x86 硬件虛擬化,操作系統(tǒng) (OS) 設計為在裸機硬件上運行，并完全擁有硬件x86 體系結構提供四個權限級別Ring 0、1、2 和 3用戶應用程序在 Ring 3 中運行操作系統(tǒng)在 Ring 0（最高權限）中運行虛擬化 x86 硬件時面臨的難題需要將虛擬化層置于操作系統(tǒng)層以下難以在運行時捕獲和轉換操作系統(tǒng)特權指令用來將計算虛擬化的技術完全虛擬化

6、、準虛擬化和硬件輔助虛擬化,12,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,虛擬機監(jiān)視器 (VMM) 在特權 Ring 0 中運行VMM 將來賓操作系統(tǒng) (OS) 與底層物理硬件進行分離每個虛擬機被分配一個 VMM為每個虛擬機提供虛擬組件對不可虛擬化的操作系統(tǒng)指令執(zhí)行二進制轉換 (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

7、行使用修改過的來賓 OS 內核，例如 Linux 和 OpenBSD不支持未修改的來賓操作系統(tǒng)，例如 Microsoft Windows,準虛擬化,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,14,實現(xiàn)方式是使用虛擬機管理程序感知的 CPU 來處理特權指令降低了完全虛擬化和準虛擬化所導致的虛擬化開銷在硬件中提供 CPU 和內存虛擬化支持通過 x86 處理器體系結構中的 AMD-V 和 Intel VT 技術實現(xiàn),硬件輔助虛擬化,虛擬化數(shù)據(jù)中心

8、— 計算,15,第3章：虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,本節(jié)中講述的主題：虛擬機 (VM) 文件用來管理虛擬機文件的文件系統(tǒng)虛擬機硬件虛擬機控制臺,第 3 節(jié)：虛擬機,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,16,從用戶的角度而言，邏輯計算系統(tǒng)像物理機一樣運行操作系統(tǒng) (OS) 和應用程序包含 CPU、RAM、磁盤和網(wǎng)絡接口卡 (NIC) 等虛擬組件從虛擬機管理程序的角度而言虛擬機 (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、虛擬機交換文件和日志文件等,虛擬機,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,17,VM,VM,VM,虛擬機文件,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,18,虛擬機管理程序支持的文件系統(tǒng)包括虛擬機文件系統(tǒng) (VMFS) 和網(wǎng)絡文件系統(tǒng) (NFS)VMFS是允許多個物理機在同一存儲設備上并發(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實現(xiàn)在遠程文件服務器（NAS 設備）上存儲虛擬機文件NFS

10、客戶端內置在虛擬機管理程序中,用于管理虛擬機文件的文件系統(tǒng),虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,19,虛擬機硬件,20,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,,,軟盤控制器和軟盤驅動器,,虛擬機,,,,,,,,,,,,,帶一個或多個 CPU 的 VM 芯片組,SCSI 控制器,網(wǎng)絡適配器（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 設備,鼠標,鍵盤,視頻,虛擬機硬件組件,21,虛擬化數(shù)據(jù)中心

11、— 計算,虛擬機控制臺,提供鼠標、鍵盤和屏幕功能向虛擬機 (VM) 發(fā)送電源變化（開/關）允許訪問虛擬機的 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 — 計算,第3章：虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,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 和內存資源優(yōu)化技術,第 4 節(jié)：資源管理,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,23,資源管理,資源管理的目標控制資源利用率防止虛擬機獨占資源基于虛擬機的相對

12、優(yōu)先級分配資源必須池化資源以集中進行管理,24,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,資源池,從物理機或群集創(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 (VM)使用保留、限制和共享來控制資源池或虛擬機所消耗的資源,25,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,,資源池示例,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,26,,,,,工程-測試虛擬機CPU = 500 MHz內存 = 1GB,,,,,,標準物理機 — 機器 1父池CPU = 3000 MHz內

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

14、父池內的總資源量，VM 或子資源池可以擁有的 CPU 或內存資源量限制虛擬機或子資源池可以消耗的最大 CPU 和內存量保留為虛擬機或子資源池保留的 CPU 和內存量,共享、限制和保留,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,27,優(yōu)化 CPU 資源,現(xiàn)代 CPU 配備多個內核和超線程多核處理器在單個 CPU 內具有多個處理單元（內核）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 資源至關重要虛擬機管理

15、程序調度物理 CPU 上的虛擬 CPU虛擬機管理程序支持多核、超線程和 CPU 負載均衡功能，以優(yōu)化 CPU 資源,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,28,多核處理器,29,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,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) 可以同時調度兩個或更多個線程兩個 LCPU 共享相同的物理資源在當前線程暫停時，CPU 可以執(zhí)行其他線程在啟用超線程的 CPU 上運行的虛擬機

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

17、32,透明化頁面共享,虛擬機管理程序檢測到完全相同的虛擬機 (VM) 內存頁面，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，虛擬機管理程序將共享的頁面處理為寫入時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存,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,33,內存膨脹,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,34,來賓操作系統(tǒng),來賓操作系統(tǒng),來賓操作系統(tǒng),內存交換,每個已開機的虛擬機 (VM) 都需要自己的交換文件在虛

18、擬機開機時創(chuàng)建在虛擬機關機時刪除交換文件的大小等于內存限制與虛擬機內存保留之間的差值內存稀缺時，虛擬機管理程序將換出虛擬機的內存內容交換是最后選擇，因為它將導致明顯的性能影響,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,35,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,虛擬機親和性,虛擬機對虛擬機親和性： 選定的虛擬機應該在同一虛擬機管理程序上運行在虛擬機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不在同一虛擬機管理程序上（例如：由于可用性的原因）

19、虛擬機對物理服務器親和性：指定選定的虛擬機是否只能放置在特定的虛擬機管理程序上（例如：由于許可的原因）反親和性允許虛擬機在群集內的不同虛擬機管理程序上移動（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 — 計算,37,提供管理正在運行虛擬機管理程序的物理機的能力實現(xiàn)從管理服務器集中管理資源實現(xiàn)資源池化以及向虛擬機分配容量與虛擬機管理程序通信以執(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 — 計算,本節(jié)中講述的主題：轉換器組件轉換選項轉換過程轉換考慮事項,第 5 節(jié)：物理到虛擬轉換,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,38,將數(shù)據(jù)從物理機磁盤克隆到虛擬機磁盤執(zhí)行目標虛擬機的系統(tǒng)重配置，例如：更改 IP 地址和計算機名稱安裝必要的設備驅動程序以引導虛擬機,物理機到虛擬機 (P2V) 轉換,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,39,VM,P2V 轉換器的優(yōu)勢,降低設置新虛擬機 (VM) 所需的時間無

21、需重新安裝操作系統(tǒng) (OS) 或應用程序即可實現(xiàn)傳統(tǒng)機器向新硬件的遷移跨異質硬件執(zhí)行遷移,40,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,P2V 轉換器的組件,有三個關鍵組件：轉換器服務器負責控制轉換過程僅用于熱轉換（在源正在運行自己的操作系統(tǒng)時）在源機器上推送和安裝代理轉換器代理負責執(zhí)行轉換僅用于熱模式安裝在物理機上，以將其轉換為虛擬機 (VM)轉換器引導光盤包含其操作系統(tǒng)和轉換器應用程序的可引導光盤轉換器應用程序用于執(zhí)行冷轉

22、換,41,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,轉換選項,熱轉換在物理機正在運行時發(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)行關機和在目標虛擬機 (VM) 上執(zhí)行開機更改選定機器的 IP 地址和機器名（如果兩臺機器必須在同一網(wǎng)絡內共存）冷轉換在物理機沒有運行操作系統(tǒng)和應用程序時發(fā)生使用轉換器引導光盤引導物理機創(chuàng)建一致的物理機拷貝,42,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,,熱轉換過程,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,43,運行轉換器

23、軟件的轉換器服務器,已開機的源物理機,正在運行虛擬機管理程序的目標物理機,,代理,源卷,,快照,,步驟 1：轉換器服務器在源物理機上安裝代理,步驟 2：代理拍攝源卷的快照,步驟 3：在目標機器上創(chuàng)建虛擬機,步驟 4：將源磁盤克隆到虛擬機磁盤,快照,虛擬機管理程序,VM,熱轉換過程（續(xù)）,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,44,運行轉換器軟件的轉換器服務器,已開機的源物理機,正在運行虛擬機管理程序的目標物理機,代理,,快照,重配置,步驟 5

24、：同步和重配置虛擬機,步驟 6：虛擬機準備好運行,源卷,快照,虛擬機管理程序,VM,冷轉換過程,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,45,已開機的源物理機,目標物理機（正在運行虛擬機管理程序）,步驟 1：使用轉換器引導光盤引導物理機,步驟 2：在目標機器上創(chuàng)建虛擬機,轉換器引導光盤,源卷,虛擬機管理程序,VM,虛擬機管理程序,冷轉換過程（續(xù)）,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,46,已開機的源物理機,目標物理機（正在運行虛擬機管理程序）,步驟 3：

25、將源磁盤克隆到虛擬機磁盤,,重配置,步驟 4：安裝必要的驅動程序以允許在虛擬機上引導操作系統(tǒng),步驟 5：虛擬機準備好運行,轉換器引導光盤,源卷,VM,P2V 轉換：考慮事項,可能無法保留部分硬件相關的驅動程序和映射的驅動器盤符源機器配置保持不變，例如：操作系統(tǒng) (OS) 配置，例如計算機名稱、安全性 ID、用戶帳戶、配置文件和首選項應用程序和數(shù)據(jù)文件每個磁盤分區(qū)的卷序列號源和目標機器將具有相同的標識在同一網(wǎng)絡上運行它們可能

26、導致沖突依賴于硬件特性的應用程序可能無法工作,47,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,第3章：虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,VMware vSphereVMware vCenter Converter,付諸實踐的概念,虛擬化數(shù)據(jù)中心 — 計算,48,基礎架構虛擬化套件提供：虛擬化資源管理和優(yōu)化高可用性操作自動化vSphere 包含下列關鍵組件：VMware ESXiVMware vCenter 服務器VMware vCenter

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