【理论研究】漫谈云计算IT基础设施02-计算虚拟化

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VMware产品线全景图

虚拟化，就是经过在硬件之上，操做系统之下，先安装一层Hypervisor（虚拟化操做系统），例如VMware的ESXI或者Citrix的Xen Server。而后经过Hypervisor调度与切分底层的硬件，而后构成一台台虚拟出来独立工做的主机（虚拟机）。

虚拟机利用划分给它的硬件资源，再安装操做系统（如windows），而后再在OS上面安装应用。

为何要用虚拟机，由于以往为了业务系统的独立性，会单独采用不一样的物理硬件，来承载不一样的业务。可是每每业务系统可能根本用不完硬件的资源，例如CPU利用率可能只有40%，可是为了物理隔离，避免不一样应用之间的资源抢占，软件版本/端口冲突，又不能把机器交给其余应用部署进来，因而物理硬件就会有不少能力冗余，形成了投资浪费。

为此，能够最大限度压榨物理硬件性能的虚拟化技术应运而生。

虚拟机具有如下的特性：兼容性、隔离、封装、硬件独立。

既能够保证虚拟之间的隔离，又能够最大限度的压榨硬件，并且，当硬件故障，只要在其余硬件上面将虚拟机开机，因为虚拟机独立于硬件，等待虚拟机重启起来，业务就恢复了，避免了以往硬件故障致使长时间业务中止的风险。

那么虚拟机实际层面，究竟是个啥东西呢，与linux一切皆文件同样，其实虚拟机也就是一堆文件的集成。

在宿主机（承载虚拟机的物理机）上面，其实每台虚拟机就是一个文件夹，里面由一堆文件构成，其中如下几个文件比较重要。

一、VMX（配置信息）
二、VMDK（磁盘与虚拟机内的数据）
三、VSWP（虚拟内存），关机删除

要作计算资源虚拟化，须要在服务器硬件层面，开机启动就安装Hypervisor，VMware的Hypervisor称做ESXI。而VMware的整个服务器虚拟化产品称vSphere系列。

vSphere系列（包含3个内容）：

一、ESXI（虚拟化操做系统）

二、vCenter（管理多个ESXI）

三、vSphere Client（6.5后变为vSphere Web Client，无客户端版本）

vCenter须要额外安装，由于用vSphere Client来登陆每台ESXI，只能单台单台登陆，而且有不少功能不能使用。（如不能搜索虚拟机，不能使用HA、vMotion、DRS等）

一旦安装了vCenter Server后，则能够将批量的ESXI加入到vCenter集群，进行统一管理与高级功能的设置。

基础功能

Storage Thin Provisioning（精简置备）

存储自动精简配置（又称瘦供给），利用 vSphere Storage Thin Provisioning，能够超额分配存储容量，以提升存储利用率、延长应用程序正常运行时间。

例如你有100G实际可用容量的磁盘，若是不用精简置备，那么若是分配每台虚拟机20G的磁盘，那么最多建立5台主机，系统就会告诉你没有磁盘空间可用了。

使用了精简置备，就算你分配每台虚拟机20G磁盘，在虚拟机操做系统内会看到20G磁盘，实际每台只用了8G的话，那么，虚拟化系统只会按照实际的用量分配给这些虚拟机，那么100G/8G就能够分配12台虚拟机了。固然，最终虚拟机数量*实际磁盘用量不能超过实际磁盘可用空间。

vMotion

vSphere 6.0之前，vMotion都须要服务器之间有共享存储的。而后虚拟机（上面讲过虚拟机就是一堆文件的一个集合文件夹）保存在共享存储上面。当服务器A须要维护，管理员能够手动选择vMotion功能，而后将虚拟机不停机迁移到B服务器运行，业务不中断。

为何能够这样作呢，若是咱们把保存在共享存储的虚拟机比喻为一部保存在网络存储（例如百度网盘）的电影，那么安装了ESXI的服务器A至关于一台安装了播放器的笔记本；虚拟机在ESXI上面启动与运行，至关于PC用播放器播放了百度网盘里面的电影。

当这台PC准备没电要关机了，此时只须要打开PC-B，而后打开百度网盘播放刚才那把电影，而且把进度条调到正在播放的节点继续播放，而后PC-A就能够关掉了，而后你做为观众，电影播放体验不中断。

Storage vMotion

其实功能与上面同样，刚才是2台主机，1台共享存储，如今只是变成了同一台主机，2台存储。

Storage vMotion是为了存储A若是须要维护，那么启用Storage vMotion将虚拟机文件夹复制到新的存储，而后主副本之间的变化量load到主机的内存中，在数据一致的一瞬间，主机切换到新的存储区读取虚拟机的文件，而后存储A删掉源文件便可。

分布式资源调度DRS

DRS是一个自动根据多台主机负载，自动迁移与分配虚拟机的功能。例如主机A上面利用率到80%了，承载20台虚拟机，而主机B只有20%利用率，承载5台虚拟机，那么开启了DRS，系统就会自动将虚拟机10多台虚拟机迁移到主机B，直到主机A、B负载差很少为止。

分布式电源管理DPM

业务在不一样的时间段，确定是有高峰与低洼的，而当夜深的业务低洼，可能服务器主机的资源利用率就很低了，这个时候其实能够将虚拟机迁移到集中的几台主机运行，其他主机能够关机，以节省电力与空调。

可是总不能管理员无时无刻过去人手开关机吧，开启DPM分布式电源调度，便可自动根据负载，让服务器待机后者唤醒。

唤醒方式支持：
一、支持IPMI
二、ILO
三、网络唤醒（WOL）

Storage DRS（分布式调度存储）

既然有主机层面的DRS，天然也有存储的DRS，可是属于额外功能，须要企业加强版才有，能够自动发现存储使用空间不平衡，而自动将虚拟机文件夹在不一样的存储逻辑卷中作平衡。

vAPP

同一应用系统的虚拟机打包到一个vAPP，进行统一的任务编排，如虚拟机的开机启动顺序。

而后能够安排对整个vAPP的批量化操做，自动化操做。例如可以按照业务逻辑顺序自动启停。（如一个网站应用，应该先启动数据库服务器，等待数据库服务起来，再启动WEB服务器。经过将该网站的数据库服务器与WEB服务器加入vAPP，那么选择vAPP开机，就会按顺序进行虚拟机开机）

高可用性

HA

开启HA功能，当单台服务器（ESXI物理服务器）故障，在其上面运行的虚拟机都会所有宕机。当时vCenter会自动让其余存活的ESXI主机，分摊其上面运行的虚拟机，而且进行开启恢复。至关于提供了物理硬件故障后的自动恢复。

这里须要注意两个点：
一、HA与vMotion的区别：其实技术原理是如出一辙，可是vMotion是计划内的，也就是人工干预、预期内的、主动干的。而HA是计划外的，也就是意外出现硬件故障，vCenter自动触发的。并且vMotion虚拟机是不用重启的，业务是连续的，不会中断的。可是HA，虚拟机会有一个相似死机&重启启动的过程，业务会中断。

二、HA的范围：这个HA的保护只是针对ESXI硬件故障的，而例如你拿一台虚拟机作数据库，那么若是系统内数据库宕机，vSphere的HA没有任何做用的。对于应用程序/业务系统的高可用性，应该自行考虑作HA。（例如Oracle作Rac，IIS的WEB服务器作微软自带的故障转移群集等）

Fault Tolerance（FT/容错）

HA是能够在硬件故障后，在健康主机重启虚拟机，实现自动恢复，可是，虚拟机至关于宕机以后再重启，是会中断业务的。

而若是要求虚拟机有更高可用性，那么就要开启FT容错功能，为虚拟机配置FT功能后，vCenter会多开一台影子虚拟机，同步复制来自主虚拟机的任何操做，那么一旦主虚拟机由于ESXI主机硬件故障而意外宕机，那把vCenter会自动切换到影子虚拟机，来确保没有业务中断的。

可是FT有两个缺点：

一、对于同一台虚拟机，开启FT后至关于要消耗多1倍资源（由于要多开一台影子虚拟机）

二、基本上仍是只能防止ESXI硬件的故障，由于影子虚拟机是同步复制主虚拟机的任何操做的，举个例子主虚拟机若是由于中毒因此宕机，那么影子虚拟机也是会如出一辙中毒而后步主虚拟机的后尘的。所以对于操做系统层面或应用系统层面的高可用，FT是没有做用的。

Data Recovery/Protection（VDR/VDP）

同一个产品不一样时期的叫法，是同一个产品，之前叫VDR，如今叫VDP。主要是用来作虚拟机的备份的。相似的第三方产品叫Veeam，Veeam的产品更优，之后再介绍。

注意这个是用来作备份的，而不是用来作容灾的。

VMware Replication（VR）

企业加强版自带。将虚拟机复制到其余站点，一旦虚拟机出现故障，能够选择从副本恢复虚拟。主要是作容灾的，而不是作复制的。可是该产品最低的RTO是15分钟，也就是说执行复制任务的最小间隔是15分钟，意味着一旦须要恢复，须要至少丢失15分钟数据。

那么VDP与VR有什么区别呢，一个作的备份，一个作的容灾。

备份与容灾有什么区别呢？做用是不同的，容灾主要是为了快速恢复业务，是出于业务可用性的考虑的，而备份主要是为了将历史数据归档的。

举个例子，A服务器上面昨天有5份文档，而后昨天晚上备份（VDP）了，今天将其中一份文档误删了，而后新增了一份文档，若是设置了容灾（VR），15分钟后，A服务器会从新复制到容灾站点，覆盖原来版本的副本，那么副本虚拟机那边，也是没有了已经删除的文档，以及有了新增的文档了。那么若是如今想要找回误删的文档，你靠容灾有用吗？没有。由于副本也是没有该文档的，须要在备份里面进行恢复。

Site-Recovery-Management（SRM）

须要额外购买，不含在vSphere软件许可里面。

用于站点总体的备份与恢复，其中具备本地复制容灾，异地站点复制容灾等不一样模式。

注意，SRM是不能作双活的。（即针对同一个业务，主与副本同时对外提供服务）有个偷换概念的双活，只是说A、B两个站点，A站点运行生产业务C，而后B做为C的冷备站点，而后B站点运行生产业务D，而后A做为D的冷备站点，A、B站点都有承载生产业务的假双活而已。

另外，其实SRM是VR的延伸，因此RTO也是最小15分钟。

SRM与Replication（VR）的区别在于：

一、VR的备份与恢复，都只能手工逐台虚拟机分开逐一设置，而SRM能够批量一条策略对多台虚拟机进行设置。

二、SRM会有自动的容量预警与提醒。

三、SRM能够进行非破坏性的测试，来确保复制过去的副本，是可用的，而Replication只能进行破坏性测试来确保副本可用。

不一样版本vSphere功能区别

VMware的vSphere产品（当前最新6.7版本），分为Standard（基本不）、Enterprise（企业版）、Enterprise plus（企业加强版），还有其余额外购买的产品（例如SRM），暂时没找到新一点的图，先贴一张5.0的。能够看到上述一些功能（如存储drs）须要企业加强版才能使用。

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