虛擬化技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

虛擬化技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用虛擬化技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用什么是虛擬化1、虛擬化是為數(shù)據(jù)、計算能力、存儲資源以及其他資源提供了一個邏輯視圖，而不是物理視圖。2、虛擬化是表示計算機資源的邏輯組的過程，這種資源的新虛擬視圖并不受實現(xiàn)、地理位置或底層資源的物理配置的限制。3、虛擬化是對一組類似資源提供一個通用的抽象接口集，從而隱藏屬性和操作之間的差異，并允許通過一種通用的方式來查看并維護資源。虛擬化定義虛擬化就是通過將物理資源進行邏輯抽象來簡化IT基礎(chǔ)設(shè)施的過程，以簡化對資源及對資源管理的訪問。主要內(nèi)容

1、服務(wù)器虛擬化12、網(wǎng)絡(luò)虛擬化3、存儲虛擬化4VMware服務(wù)器虛擬化VMware服務(wù)器虛擬化的工作原理直接在計算機硬件上面插入一個精簡的軟件層，該軟件層包含一個以動態(tài)和透明方式分配硬件資源的虛擬機監(jiān)視器，運行在其上的操作系統(tǒng)共享硬件資源。VMware通過將服務(wù)器共用的IT基礎(chǔ)架構(gòu)聚合到同一個資源池中實現(xiàn)虛擬化，打破了傳統(tǒng)的“一臺服務(wù)器一個應(yīng)用”的模式，可以降低IT成本，同時提高現(xiàn)有資源的利用率和靈活性。VMware服務(wù)器虛擬化虛擬化前：

每臺主機一個操作系統(tǒng)

軟硬件緊密結(jié)合

同一主機上運行多個應(yīng)用程序容易產(chǎn)生沖突

系統(tǒng)資源利用率低

硬件成本高昂，部署不靈活虛擬化后：

每臺主機可以運行多個操作系統(tǒng)

軟硬件分離，虛擬機獨立于硬件

強大的安全和故障隔離，同一主機上的不同虛擬機之間相互不影響

資源利用率提高

降低成本，部署靈活VMware

VMotionVMware實時動態(tài)遷移，該功能可以使運行中的虛擬機從一臺物理服務(wù)器實時遷移到另一臺物理服務(wù)器，實現(xiàn)了零宕機時間和連續(xù)可用的服務(wù)，并保證了事務(wù)的完整性VMotion先決條件共享存儲內(nèi)存復(fù)制CPU一致

處理相同指令集

VMotion原理

虛擬機實時遷移過程：

虛擬機的整個狀態(tài)由共享存儲上的一組文件封裝起來，配置文件、虛擬機狀態(tài)文件、內(nèi)存文件、硬盤文件等

發(fā)生遷移時，虛擬機的活動內(nèi)存和精確的執(zhí)行狀態(tài)通過高速網(wǎng)絡(luò)迅速傳輸，到達目標主機后關(guān)閉源虛擬機，啟動新虛擬機(服務(wù)中斷)

網(wǎng)絡(luò)也會被底層ESXServer虛擬化，虛擬機遷移之后網(wǎng)絡(luò)標識和網(wǎng)絡(luò)連接將保留下來，繼續(xù)對外提供服務(wù)Vmotion優(yōu)勢

不間斷地自動分配資源池中的虛擬機

服務(wù)器進行維護時無需中止虛擬機的運行，提高可用性Vmotion是創(chuàng)建動態(tài)、自動化、自我優(yōu)化的數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵技術(shù)VMwareStorageVMotion

在存儲陣列內(nèi)和跨存儲陣列實時遷移虛擬機磁盤文件將虛擬機磁盤文件改放到其他位置的同時，可以使服務(wù)保持持續(xù)可用，并全面保證事務(wù)的完整性StorageVMotion原理

StorageVMotion采用的是“鏡像模式”機制，采用從源到目標數(shù)據(jù)存儲的一次性數(shù)據(jù)復(fù)制，源數(shù)據(jù)存儲發(fā)生變更的數(shù)據(jù)塊會鏡像到目標存儲中。StorageVMotion使用VMkernalDataMover執(zhí)行源和目標數(shù)據(jù)存儲之間的數(shù)據(jù)傳輸，鏡像驅(qū)動程序則負責管理復(fù)制過程中虛擬機采用什么辦法寫入。StorageVmotion過程

鏡像驅(qū)動程序就位，允許DataMover將源VMDK的第一個區(qū)域復(fù)制到目標數(shù)據(jù)存儲VPXA進程將把虛擬機的工作目錄復(fù)制到目標數(shù)據(jù)存儲使用復(fù)制的文件在目標數(shù)據(jù)存儲上啟動“影子”虛擬機，“影子”虛擬機處于空閑狀態(tài)，等待VMDK復(fù)制完成恢復(fù)源虛擬機以正常處理事務(wù)DataMover繼續(xù)將源VMDK復(fù)制到目標存儲StorageVmotion過程

對于復(fù)制過程中的數(shù)據(jù)寫入，鏡像驅(qū)動程序會做出以下的其中一項操作：對于目標為已經(jīng)復(fù)制到目標存儲上的區(qū)域的寫入，將內(nèi)容鏡像到目標存儲對于目標為正在被復(fù)制的區(qū)域的寫入，將寫入排隊等候，復(fù)制完成后，再將該寫入鏡像到源和目標存儲對于目標為尚未被復(fù)制的區(qū)域的寫入，僅寫入源存儲StorageVMotion會調(diào)用虛擬機的快速掛起和恢復(fù)功能，以便將正在運行的虛擬機的操作轉(zhuǎn)移到閑置的“影子”虛擬機在快速掛起和恢復(fù)操作完成之后，舊的主目錄和VMDK會從源數(shù)據(jù)存儲中刪除VMwareHA

VMwareHighAvailability，允許多臺物理主機同時捆綁到同一個共享存儲器，當其中一臺主機故障時，其它主機可以承載運行原故障主機上的虛擬機，實現(xiàn)了虛擬機的高可用性。VMwareHA

通過心跳信息監(jiān)控虛擬機的情況以檢測操作系統(tǒng)和硬件故障

檢測到硬件故障時，無需手動干預(yù)即可在資源池中其它物理服務(wù)器上重新啟動故障主機上的虛擬機

檢測到操作系統(tǒng)故障時，自動重啟虛擬機以將影響降到最低關(guān)鍵：

共享存儲

與VMotion配合VMwareDRS

VMwareDistributedResourceScheduler，分布式資源調(diào)度，跨聚合到邏輯資源池中的硬件資源集合來動態(tài)分配和平衡計算容量。VMwareDRS跨資源池不間斷地監(jiān)控利用率，并根據(jù)反映業(yè)務(wù)需要和不斷變化的優(yōu)先級的預(yù)定義規(guī)則，在多臺虛擬機之間智能地分配可用資源。VMwareDRS原理

VMwareDRS，允許用戶通過決定虛擬機共享資源的方式以及在多臺虛擬機之間劃分資源優(yōu)先級的方式來制定規(guī)則和策略。當虛擬機負載增大時，VMwareDRS即根據(jù)既定的規(guī)則和策略來評估其優(yōu)先級，如果在合理范圍內(nèi)，則會為虛擬機分配其它資源。分配資源的方式：

將虛擬機遷移到另一臺具有更多資源的服務(wù)器上

將其它虛擬機遷移到其它服務(wù)器上以便在此服務(wù)器上為需要資源的虛擬機“騰空間”VMwareDRS可配置為自動或手動方式運行。VMwareDRS功能

資源池實現(xiàn)了自動、智能的優(yōu)化，確保IT資源分配與業(yè)務(wù)優(yōu)先級相匹配，最大限度提高硬件利用率

根據(jù)業(yè)務(wù)需要，為業(yè)務(wù)部門提供專用的基礎(chǔ)架構(gòu)，對架構(gòu)內(nèi)資源的分配權(quán)限可下放至業(yè)務(wù)部門，IT部門專注于全面集中地管理硬件

無需中斷虛擬機即可進行服務(wù)器維護VMwareDPM

VMwareDistributedPowerManagement，分布式電源管理，與VMwareDRS一起，協(xié)同監(jiān)控主機服務(wù)器的需求，如果不需要使用某臺服務(wù)器，它將被自動轉(zhuǎn)換到節(jié)能狀態(tài)。隨后，如果工作負載增加，需要使用到服務(wù)器資源時，DPM便會啟動該服務(wù)器并通知DRS該服務(wù)器已經(jīng)是可用狀態(tài)。VMware通過這個工具智能地監(jiān)控數(shù)據(jù)中心的資源，并根據(jù)動態(tài)的業(yè)務(wù)需求來開啟和關(guān)閉相應(yīng)的物理服務(wù)器，實現(xiàn)資源的最佳化利用和節(jié)能降耗的目的。VMwareConverter

快速而可靠地將本地和遠程物理機轉(zhuǎn)換為虛擬機，不會造成中斷或停機

將其它虛擬機格式或物理機的備份映像或ghost備份轉(zhuǎn)換為VMware虛擬機

可作為災(zāi)難備份的一種策略，將物理機克隆并備份為虛擬機VMware虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)器虛擬化帶來了什么

服務(wù)器數(shù)量的減少--電力、制冷、線纜的減少帶來的成本的降低虛擬機的可移動性--資源分配的靈活快捷的虛擬機部署--創(chuàng)建標準的虛擬機，只需復(fù)制虛擬機文件并自定義設(shè)置便完成虛擬機的創(chuàng)建

災(zāi)難恢復(fù)解決方案--復(fù)制虛擬機文件并為其創(chuàng)造快照到另一個存儲位置網(wǎng)絡(luò)虛擬化網(wǎng)絡(luò)虛擬化，簡單來說就是指將邏輯網(wǎng)絡(luò)從物理網(wǎng)絡(luò)分離開來。網(wǎng)絡(luò)虛擬化分類服務(wù)器內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信的端：物理服務(wù)器虛擬機數(shù)據(jù)流向：虛擬機虛擬網(wǎng)卡Hypervisor虛擬交換機物理網(wǎng)卡服務(wù)器到網(wǎng)絡(luò)的連接服務(wù)器互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)存儲網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器內(nèi)部多臺虛擬機運行在同一臺物理服務(wù)器上，數(shù)據(jù)收發(fā)擠在一個I/O通道上：PCIe通道有限，高性能環(huán)境中影響性能不同虛擬機的流量無法識別，管理不便解決辦法：

虛擬通道，為每個虛擬機模擬一個真實通道虛擬接入，為不同虛擬機的數(shù)據(jù)流量打上標識傳統(tǒng)軟件交換機所有虛擬機流量經(jīng)由Hypervisor提供的軟件交換機至服務(wù)器物理網(wǎng)卡，共享一個PCIe通道HypervisorBypass方案，每個虛擬機對應(yīng)一塊物理網(wǎng)卡PCIe插槽數(shù)量容易成為瓶頸虛擬通道—SR-IOVSR-IOV，SingleRoot-I/OVirtualization，由PCI-SIG制定，將單個PCIe設(shè)備(SingleRoot)對上層軟件虛擬化為多個獨立的PCIe設(shè)備。PF(PhysicalFunction)，完整的PCIe設(shè)備，包含全面的管理配置功能。Hypervisor通過PF來管理和配置網(wǎng)卡的所有I/O資源VF(VirtualFunction)，簡化的PCIe設(shè)備，僅包含I/O功能，不能通過VF對物理網(wǎng)卡進行配置。所有VF通過PF衍生而來。一塊SR-IOV最多衍生256個VF虛擬通道—SR-IOV一個VF相當于物理網(wǎng)卡的一個切片，對于Hypervisor來說就是一塊網(wǎng)卡。一塊單端口SR-IOV網(wǎng)卡，端口衍生了兩個VF，Hypervisor相當于得到了兩塊網(wǎng)卡需硬件和軟件支持

需要專門的網(wǎng)卡芯片Hypervisor需要安裝相應(yīng)的驅(qū)動

WindowsServer2012Hyper-V已經(jīng)支持SR-IOV，但VMware暫時還沒有

虛擬接入—VEPAVEPA(VirtualEthernetPortAggregator)，其目的是為了把同一物理服務(wù)器內(nèi)部的虛擬機之間的數(shù)據(jù)交換轉(zhuǎn)移到上聯(lián)交換機，并通過特定標識將不同虛擬機流量區(qū)分開來。由HP提出。核心思想：

修改生成樹協(xié)議

重用Q-in-Q協(xié)議虛擬接入—VEPA為了把同一物理服務(wù)器內(nèi)部的虛擬機之間的數(shù)據(jù)交換轉(zhuǎn)移到上聯(lián)交換機，當同一物理服務(wù)器內(nèi)的虛擬機要交換數(shù)據(jù)時，從虛擬機出來的數(shù)據(jù)幀會首先經(jīng)由服務(wù)器網(wǎng)卡送至上聯(lián)交換機，上聯(lián)交換機通過查看幀頭帶的MAC地址(虛擬機MAC地址)，發(fā)現(xiàn)目的主機在同一臺物理服務(wù)器內(nèi)，就又將這個數(shù)據(jù)幀送回原服務(wù)器，完成尋址轉(zhuǎn)發(fā)。這一過程稱為“發(fā)卡彎”。虛擬接入—VEPA但“發(fā)卡彎”與生成樹協(xié)議發(fā)生了矛盾，HP重寫了生成樹協(xié)議。在下聯(lián)端口強制進行反射數(shù)據(jù)幀行為。這種做法看似粗暴，但一勞永逸地解決了二者的沖突。VEPA使用Q-in-Q在基本的802.1q標記外增加了一層表示不同虛擬機的定義。除了VLAN之外，VEPA還可以通過Q-in-Q來區(qū)分不同的虛擬機。HP已將VEPA作為802.1Qbg基礎(chǔ)提交至IEEE，目前正在審議中。Cisco提出的VN-tag實現(xiàn)了類似的功能，但它作為802.1Qbh草案的標準已被IEEE廢止。存儲虛擬化什么是存儲虛擬化？存儲虛擬化旨在合并磁盤、控制器和存儲網(wǎng)絡(luò)等存儲部件，以協(xié)調(diào)的方式在其支持的應(yīng)用之間實現(xiàn)更有效的共享。以邏輯方式池化存儲資源有助于消除可能存在的各種物理障礙，最大程度地發(fā)揮這些資源的全部潛能，同時隱藏存儲部件的復(fù)雜性和異構(gòu)性存儲為什么要虛擬化

傳統(tǒng)存儲分配方式的浪費一臺服務(wù)器配置了比實際需求大的多的專有存儲

數(shù)據(jù)備份加劇浪費多個副本用于備份恢復(fù)、災(zāi)難恢復(fù)、數(shù)據(jù)挖掘、開發(fā)測試

運維成本的提升設(shè)備的增加導致維護人員的增加存儲虛擬化分類

基于服務(wù)器與服務(wù)器直接連接的存儲直接供服務(wù)器使用

基于存儲網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器同存儲分離，不同服務(wù)器共享存儲資源

基于存儲控制器池化異構(gòu)存儲基于服務(wù)器LVM將卷或LUN組合在一起，以邏輯方式劃分供應(yīng)用程序使用。結(jié)合RAID技術(shù)將文件分割成均勻的塊分散到各個物理磁盤。優(yōu)點：

內(nèi)置在系統(tǒng)軟件

存儲架構(gòu)無需額外設(shè)備

缺點：

基于服務(wù)器，不利于整合

數(shù)據(jù)分割、RADI校驗占用CPU和內(nèi)存資源

管理方法因操作系統(tǒng)各異基于存儲網(wǎng)絡(luò)—帶內(nèi)將虛擬化功能嵌入到服務(wù)器與存儲設(shè)備之間的I/O路徑中

服務(wù)器與虛擬設(shè)備而不是存儲設(shè)備交互。元數(shù)據(jù)、控制和數(shù)據(jù)路徑信息都由這臺虛擬設(shè)備來處理?；诖鎯W(wǎng)絡(luò)—帶外將元數(shù)據(jù)管理和控制操作從數(shù)據(jù)路徑分離開來，把這些任務(wù)交給專用的帶外虛擬設(shè)備來處理。帶外設(shè)備需要維護SAN內(nèi)部的映射并向服務(wù)器發(fā)出指令該去何處查找基于存儲網(wǎng)絡(luò)優(yōu)缺點優(yōu)點：

管理方便，對外提供單一的管理接口池化異構(gòu)存儲資源缺點：帶內(nèi)方式單一控制點容易成為性能瓶頸

虛擬設(shè)備與普通服務(wù)器維護量一樣大

都依賴于SAN，需增加交換機端口，分區(qū)復(fù)雜性加大

帶外方式需為每臺服務(wù)器安裝專用代理軟件，增加維護量基于存儲控制器允許不同廠商的存儲與自己的控制器連接，屏蔽物理異構(gòu)性邏輯劃分資源池，為不同負載提供特定存儲資源自動精簡配置提高存儲的利用率自動精簡配置機票超售航空公司通過準確分析預(yù)測有多少買了機票的乘客不會搭乘飛機，進而超售機票的一種行為。自動精簡配置邏輯存儲池根據(jù)應(yīng)用程序?qū)嶋H所需而不是所申請的空間大小來分配，同時還讓應(yīng)用程序認為它已經(jīng)擁有了這么大的空間?！捌垓_”了應(yīng)用程序。自動精簡配置傳統(tǒng)方法：申請2T，分配了2T，實際使用400G，剩余1.6T不可再分配使用動態(tài)配置：申請2T，實際只需使用400G，則只分配400G，剩余1.6T可繼續(xù)供其它程序使用自動精簡配置機票超售航空公司建立在準確分析數(shù)據(jù)上做出的預(yù)測自動精簡配置

需要對應(yīng)用、用戶、數(shù)據(jù)以及過去的使用情況下熟悉。通常，文件系統(tǒng)的應(yīng)用比較適合，因為它們通常都是過量分配的。與存儲資源管理和重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)結(jié)合使用：

存儲資源管理提供所需要的資源利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)

重復(fù)數(shù)據(jù)刪除提高現(xiàn)有存儲資源利用率并減少存儲擴容的需求分層存儲分層存儲，也叫層級存儲管理(HierarchicalStorageManagement)，是一種在高速小容量層級