虚拟化理论基础ppt课件.pptx

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1、服务器虚拟化基础培训,李琦,2,1. 基础知识,什么是虚拟化,创建虚拟版本的计算机资源,称之为虚拟化。虚拟化的核心是虚拟机,它是一个严密隔离的软件容器,其中容纳了一个操作系统和多个应用。由于每个虚拟机都是完全隔离和独立的,因此一台计算机上可以有很多虚拟机同时运行。 “虚拟化管理程序”的软件层可将虚拟机与主机分离开来,根据需要为每个虚拟机动态分配计算资源。您可以拥有虚拟化桌面、虚拟化服务器、虚拟化存储、虚拟化操作系统或虚拟化网络资源。所有这些虚拟化资源都能和物理资源一样有效地用于业务运营。,4,虚拟化管理程序 Hypervisor,操作系统,企业应用程序,操作系统,VMware 分离了软件和硬件

2、,虚拟化技术原理,5,OS,Exchange,Operating System,OS,SAP ERP,Operating System,OS,File/Print,Operating System,OS,Oracle CRM,Operating System,InterconnectPool,CPUPool,MemoryPool,StoragePool,传统方式,虚机架构,抽象+池化 = 降低复杂性,6,Distributed Resource Scheduler (DRS)Distributed Power Management (DPM)vMotion (VM and Storage)vN

3、etwork Distributed SwitchvShield Zones,抽象+池化 = 降低复杂性,7,8,2-6,光纤通道存储,光纤通道,以太网,NFS存储,网络,数据中心物理基础架构应用操作系统物理主机,9,光纤通道,光纤通道存储,以太网,NFS存储,网络2-7,虚拟基础架构简介虚拟机虚拟化管理程序ESXi 主机,虚拟化技术四大特性,分区在一个物理服务器上同时运行多操作系统在多个虚机之间划分系统资源,PartitioningRun multiple operating systems on one physical machineDivide system resources bet

4、ween virtual machines,隔离在硬件层实现故障和安全隔离高级资源调控保证性能,虚拟化技术四大特性,PartitioningRun multiple operating systems on one physical machineDivide system resources between virtual machines,IsolationFault and security isolation at the hardware levelAdvanced resource controls preserve performance,封装每个虚机被封装为文件移动和复制虚机如

5、同移动和复制文件一样简单,虚拟化技术四大特性,EncapsulationEntire state of the virtual machine can be saved to filesMove and copy virtual machines as easily as moving and copying files,PartitioningRun multiple operating systems on one physical machineDivide system resources between virtual machines,IsolationFault and secu

6、rity isolation at the hardware levelAdvanced resource controls preserve performance,硬件独立性虚机可以在异构硬件安装和移动,虚拟化技术四大特性,14,2-12,CPU 虚拟化,虚拟体系结构vSpherex64 体系结构,物理体系结构应用操作系统x64 体系结构,15,2-13,物理和虚拟主机内存使用,虚拟体系结构,操作系统x64 体系结构,vSpherex64 体系结构,物理体系结构应用,1 GB,2 GB,8 GB,16,2-14,物理与虚拟网络连接,虚拟体系结构,物理体系结构应用操作系统,虚拟交换机,x64

7、 体系结构vSpherex64 体系结构,17,物理文件系统与 vSphere VMFS,虚拟体系结构,物理体系结构应用,vSpherex64 体系结构 2013 VMware Inc. 保留所有权利,vSpherex64 体系结构2-15,操作系统x64 体系结构NTFS、ext3、UFS,VMFS,18,2-17,Windows,文件系统布局,C:,D:,E:,/,usr,etc,opt,VMFS/,LocalVM 1VM 2,SANVM 3VM 4,vmfsvolumesLinux/Unix,19,2-11,资源共享vSpherex64体系结构,20,2-10,选择使用虚拟机的理由,易于

8、迁移：,封装在文件中不依赖于物理硬件,易于管理：,与其他虚拟机隔离不受硬件变化的影响,能够支持旧版应用,可实现服务器整合,虚拟机,物理机,难以迁移：,迁移操作需要停机受物理硬件限制,难以管理：,需要进行物理维护硬件故障会导致停机,硬件局限性：,硬件变更会限制对应用的支持能力各个服务器之间实际是相互独立的,2. 虚拟化架构,VMware虚拟化体系结构,22,虚拟化层,23,主机、集群和资源池,资源池旁边的图显示了资源池的使用情况。三个具有 4 GHz 计算能力和 16 GB 内存的 x86 服务器，聚合成为一个具有 12 GHz 计算能力和 48 GB 内存的集群。财务部门资源池占有集群中 8

9、GHz 的计算能力和 32 GB 的内存。剩余的 4 GHz 计算能力和 16 GB 内存可用于其它虚拟机。在财务部门资源池中，嵌套了一个较小的会计资源池，它占有 4 GHz 的计算能力和 16 GB 的内存，以供会计部门中的虚拟机使用。这样就剩余 4 GHz 计算能力和 16 GB 内存，以供称为“薪酬管理”的虚拟机使用。,x86 服务器4 GHz16 GB RAM,x86 服务器4 GHz16 GB RAM,x86 服务器4 GHz16 GB RAM,虚拟,物理,24,vSphere 分布式服务 vSphere vMotion,25,vSphere 分布式服务 vSphere Storag

10、e vMotion,镜像虚拟磁盘,I/O 写入到源磁盘和镜像磁盘,数据块级位图识别热数据块与冷数据块,26,vSphere 分布式服务 vSphere High Availability,重新启动 VM,重新启动 VM,27,vSphere 分布式服务 vSphere Fault Tolerance,接管执行操作而不中断服务,28,vSphere 分布式服务 vSphere DRS,29,vSphere 分布式服务 vSphere Storage DRS,30,vSphere 分布式服务 vSphere DPM,31,vSphere 网络连接 网络体系结构,32,vSphere 网络连接 vS

11、phere Standard Switch,33,vSphere 网络连接 vSphere Distributed Switch,34,集群文件系统磁盘锁定崩溃一致性和恢复机制支持裸设备映射支持 2TB 以上的 LUN,vSphere 存储 Virtual Machine File System,共享存储,35,显著提高存储利用率无需超额配置虚拟磁盘存储成本最多可减少 50%,在该示例中，精简配置的磁盘仅占用 20 GB 的存储空间。由于磁盘需要更多空间，它可以扩大至整个 40 GB 的调配空间。,vSphere 存储 虚拟磁盘 Thin Provisioning,36,VMware Hot

12、Add,描述 可在运行的虚拟机上无需中断或宕机动态添加CPU和内存 可在运行的虚拟机上无需中断或宕机动态添加虚拟网卡,优势应用可在无中断或关闭情况下获得额外资源,64 GB,255 GB,4 CPUs,按需调配 vApp,基于最佳操作系统/应用程序配置实现标准化在数分钟内完成调配最大程度地减少配置偏差和错误定制各服务器之间的逻辑关系,vApp,打包应用程序（如 数据库, Web服务器，中间件）,生产,定制,Web服务器,中间件,数据库,利用快照和克隆优化测试,加快测试速度在精确的生产副本上更准确地测试降低测试基础架构的成本,生产,测试,精确的生产副本,1,2,3,将更改迁移到生产环境,4,更快

13、地运行更多测试,归档以备快速回滚,vCenter 扩展模块,vCenter 附加模块,vCenter Server 管理层,40,vCenter Server 组件,41,vCenter Server 核心服务,42,vCenter Server 接口 数据库接口,43,vCenter Server 接口 API、UAC 和 Active Directory,44,vCenter Server 接口 分布式服务接口,45,vCenter Server 插件 Update Manager,升级,升级,46,vCenter Server/ESXi 通信,资源分配ESXi 和虚拟机调配主机配置性能数

14、据收集,47,虚拟基础架构界面层,48,vSphere Client 和 vSphere Web Client,vSphere Client,vSphere Web Client,49,vCenter Server Linked Mode,VC n,vCenter Server,DB,LDAP,DB,VC 1,LDAP,vCenter Server,50,ESXi 5.5 组件概述,VMkernel,分布式VM File System,设备驱动程序,存储堆栈,虚拟以太网适配器和交换机,网络堆栈,VMM,VMM,VMM,vpxa,hostd,定期负载平衡器,资源管理,用户环境 API,第三方 C

15、IM 插件,DCUI,SNMP,syslog,VMX,VMX,VMX,51,VMkernel,VMkernel,VMM,VMM,VMM,定期负载平衡器,资源管理,分布式VM File System,存储堆栈,用户环境 API,物理硬件,设备驱动程序,虚拟以太网适配器和交换机,网络堆栈,52,虚拟机监视器 (VMM),每个虚拟机一个 VMM,VMkernel,VMM,VMM,VMM,定期负载平衡器,资源管理,物理硬件,设备驱动程序,虚拟以太网适配器和交换机,网络堆栈,53,虚拟硬件,54,设备驱动程序,55,VMware Tools,VMware Tools 执行的任务 传送消息传送信息 发送心

16、跳信号同步时间 运行脚本允许鼠标指针在客户机和 Workstation 之间自由移动。创建快照VMware Tools 安装的驱动程序SVGA 显示 vmxnet 网络连接SCSI 内存 同步 用于文件夹共享的内核模块音频鼠标Thinprint 驱动程序VMCI 和 VMCI 插槽驱动程序,56,定期负载平衡器,内存优化ESXi 使用多种创新技术回收虚拟机内存，包括： 透明页共享 (TPS) 通过移除具有相同内容的冗余页面来回收主机内存 内存释放 通过人为地增加客户机的内存压力回收主机内存 虚拟化管理程序交换 通过使 ESXi 直接置换虚拟机内存来回收主机内存内存压缩 通过压缩需要置换的页面来

17、回收主机内存。,内存优化,57,透明页共享,58,内存释放,59,内存压缩,内存压缩在使用内存过量分配时提高虚拟机性能。上图描述了 Oracle Swingbench 工作负载在启用和不启用内存压缩时的相对累积性能（16 个虚拟机）。当主机的内存不足时： 最多将性能提高 15%（部分内存过量分配）。最多将性能提高 25%（严重内存过量分配）。,60,VMkernel 交换文件,61,3. 虚拟桌面架构及原理,什么是桌面虚拟化,桌面虚拟化是基于虚拟化应用交付平台和虚拟化框架平台的集成，以托管服务的形式交付桌面给客户,简化桌面部署，同时提高可用性、安全性，并大幅降低采购及维护成本。企业通过部署桌面

18、虚拟化解决方案，可以集中部署和管理所有业务系统与数据，客户可以利用任何终端设备、以灵活的连接方式，快捷、安全地访问企业数据中心及业务系统。企业IT部门可以更快速地部署应用程序和桌面，提高安全性，提供业务敏捷性及业务连续性。在降低采购及运维成本的同时提升企业IT服务级别。,63,PC存在的不足,管理维护麻烦,信息安全风险高,耗电、噪音、灰尘,无法“随时随地”,传统PC的问题,IT人员获益于灵活计算,集中运行和管理,通过集中运行和管理， IT 人员能： 简化桌面的部署和管理 减少桌面维护和支持成本 快速更新应用和桌面，提高安全性，降低数据丢失风险 以高度可用的桌面解决方案，提供最长运行时间和最大程

19、度的数据保护,灾备,备份,管理,定制化的瘦客户机,Linux或嵌入式Windows操作系统双网卡热插拔冗余低功耗，占用空间小、无噪音支持4显示器输出,多种形式的顶端访问,桌面虚拟化的特点,管理集中式虚拟化桌面,用户可从各种设备实现远程访问,68,桌面虚拟化体系结构,专有协议提升用户体验,各种终端,接入用户认证,接入安全,桌面虚机管理，支持3D图形,桌面统一安全保护,VMware vSphere + vCenter,DMZ,Virtual Datacenter 1,Virtual Datacenter 2,Web,Cluster A,Cluster B,随时随地通过统一工作空间进行访问,71,一

20、次登录 | 一种体验 | 任何设备,实时应用交付,72,和VMware SDDC解决方案更紧密的结合,终端用户计算 (EUC),Software-Defined Data Center,软件定义的数据中心 (SDDC),管理和自动化,虚拟计算vCPU/vGPU,虚拟存储vSAN,虚拟网络NSX,谢谢欢迎提问,74,创建新一代虚拟数据中心 -软件定义数据中心（SDDC）,李琦 ,76,云思维,77,“New IT” SDDC(软件定义数据中心）还是 HDDC（硬件定义数据中心）,IT基础架构平台面临的两种选择,78,软件层,手动操作,IT 难以跟上业务发展的步伐,IT 与业务同步发展,现有硬件,

21、软件层,自动化运营,HDDC,SDDC,79,软件定义数据中心(SDDC),Any Application,SDDC Platform,Any x86,Any Storage,Any IP network,Data Center Virtualization,SDDC Platform,“New IT” 是 SDDC,简化并自动执行云管理,虚机配置策略,存储配置策略,网络配置策略,按虚拟机设置的存储策略,基于应用需求的策略集,SDDC数据中心,SLA,软件自动控制服务级别,以策略保证服务级别与合规性,80,SDDC 体系结构,软件定义的数据中心,管理和自动化,网络/安全性,云计算自动化,云计算

22、运维管理,成本计算，账务透明,软件 定义的网络,虚拟化网络安全,存储/可用性,分布式SAN,云管理,计算,服务器虚拟化,SAN/NAS存储虚拟卷,软件定义云计算,82,物理硬件,软件定义的数据中心,私有云,公共云,混合云,虚拟化基础架构抽象化和池化,计算抽象化 = 服务器虚拟化,应用,现代,SaaS,传统,SaaS,PaaS,IaaS,软件定义的计算(略),软件定义的存储,使用服务器磁盘作为共享空间的分布式存储,85,无超额配置资源减少，时间也相应减少易于改变,今天,5.从预分配的容器中取用4.选择适当的容器3.公开预分配的容器2.预分配静态容器(Lun，逻辑卷）1.预定义存储的配置(Raid

23、),1.定义存储策略2.在虚拟机创建时应用策略,VSAN,VSAN 共享数据存储,资源和数据服务自动进行调配和维护,超额配置（防患于未然！）浪费资源，浪费时间频繁的数据迁移,Virtual SAN 让应用做主,通过以应用为中心的方法实现更简单的自动存储管理,86,Virtual SAN 数据保护,Virtual SAN 组件是对象区块，这些对象区块跨集群中的多台主机分布，以便容许同时发生多个故障并满足性能要求。Virtual SAN 利用分布式 RAID 体系结构将数据分发到整个集群中。组件的分布主要采用两种技术：条带化 (RAID0)镜像 (RAID1)创建多少组件副本将基于对象策略定义决定

24、。,87,磁盘组,磁盘组,磁盘组,磁盘组,磁盘组,VSAN 网络,VSAN 网络,VSAN 网络,VSAN 网络,VSAN 网络,VSAN 数据存储,副本 1,副本 2,RAID1,HDD,HDD,HDD,HDD,HDD,故障域提供将集群中的主机分组和定义故障域的功能。Virtual SAN 故障域可确保虚拟机数据的副本跨定义的故障域分布。故障域提供对以下故障的容错能力：机架故障闪存和磁盘设备故障存储控制器故障网络故障,故障域,机架 A,故障域 A,故障域 B,故障域 C,Virtual SAN 集群,机架 C,机架 B,多节点数据不会放在同一机架,磁盘故障 即时镜像副本,降级 故障磁盘上所有

25、受影响的组件都将立即在其他磁盘、磁盘组或主机上创建。,主机故障 设置延迟,缺失 在其他磁盘、磁盘组或主机上启动对象和组件的副本之前，将按默认设置等待。等待恢复。,X,Virtual SAN 磁盘空间扩展,Virtual SAN 使用磁盘组这一概念将闪存设备和磁盘池化为一个管理构造。磁盘组至少包含 1 个闪存设备和 1 个磁盘。闪存设备用于提供性能（读缓存 + 写缓冲区）。磁盘用于提供存储容量。不能在没有闪存设备的情况下创建磁盘组。,91,HDD,HDD,HDD,HDD,HDD,Virtual SAN 可扩展体系结构,92,纵向扩展和横向扩展体系结构 精确的线性存储、性能和计算扩展能力按磁盘 扩

26、展容量按基于闪存的设备 扩展性能按磁盘组 扩展性能和容量按节点 扩展计算容量,磁盘组,磁盘组,磁盘组,VSAN 网络,VSAN 网络,VSAN 网络,VSAN 数据存储,HDD,HDD,HDD,Virtual SAN 分区 含 HA 重启,VSAN 网络,vmdk,vmdk,见证,esxi-01,esxi-02,esxi-03,esxi-04,分区 1,分区 2,HA 重启,raid-1,VSAN方案设计思路,94,主要应用场景：场景1. 核心数据库“独立”运行在物理环境场景2. 核心数据库运行在虚拟化环境+外部共享存储场景3. 场景3：混合存储架构-分级灾备建设,场景1：核心系统“独立”运行

27、在物理环境,Scale Up,Scale Out,DB,DB,APP,APP,vSphere+VSAN,.,Scale Up,本地磁盘,场景2.核心系统运行在虚拟化环境+外部共享存储,96,VSAN,SAN/NAS,本地磁盘,本地磁盘,双向迁移数据,互相备份数据,混合存储架构企业应用：SAN存储专用于核心DBVSAN承载其他VM及数据桌面VSAN提供性能（OS盘）NAS提供容量（数据盘）与VSAN可以互备关键数据，以及根据应用生命周期移动数据,APP,DB,View,VDP,VCOPS,VR,NSX,vNAS,97,本地磁盘,VSAN,SAN/NAS,本地磁盘,本地磁盘,本地磁盘,VSAN,S

28、AN/NAS,本地磁盘,本地磁盘,SRM+VR,SRM+阵列同/异步复制,场景3：混合存储架构-分级灾备建设,容灾建设思路-基于混合存储架构1.应用分级、存储分级、灾备分级2.更合理的容灾建设投入，最大化TCO,较高的RPO,更高的RPO,网络虚拟化：概念和实现,98,通用X86服务器资源,服务器虚拟化层,需求: x86服务器,x86 环境,分离,硬件,软件,解决办法：虚拟化你的网络,VLAN1 10.x.x.x,VLAN2 172.16.x.x,VLAN2 192.168.x.x,虚拟网络,虚拟的 Layer 2 88.33.x.x (whatever),网络虚拟化的收益 突破位置阻碍，灵活

29、部署负载,网络虚拟化的收益分布式架构革新扫除了安全死角,VM,VM,VM,VM,VM,VM,VM,VM,VM,VM,VM,VM,VM,VM,VM,无中断的部署网络服务分布,vCloud Automation Center IaaS PaaS DaaS,Hyper-visors,CMS,IaaS PaaS DaaS,SDN网络与安全虚拟化平台,软件定义的数据中心的硬件选择,104,传统数据中心专业的硬件服务器，网络，存储坏了不舍得扔,云中心(Google, Amazon) 通用硬件“坏了随便扔”,哪个更高大上？,网络交换器,服务器,服务器,服务器,存储设备,一般传统架构, 小机或X86 (6U*),多供货商会增加整合时的复杂度,超融合架构X86(2-3U),内建网络交换器,服务器节点,服务器节点,硬盘,硬盘,虚拟化与分布式存储,整合服务器、存储、网络 / 单一供应商,自行选购/ 多供货商,容易扩充快速部署单一服务窗口,多节点,超融合架构,107,服务器虚拟化+存储虚拟化VSAN+网络虚拟化,108,谢谢,