虚拟化数据中心计算课件.ppt

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1、第3章虚拟化数据中心 计算,第3章：虚拟化数据中心 计算,主要内容：描述计算虚拟化讨论计算虚拟化技术解释虚拟机(VM)组件描述资源管理和资源优化技术描述将物理机转换为虚拟机的过程,虚拟化数据中心 计算,2,第 1 节：计算虚拟化概述第 2 节：计算虚拟化技术 第 3 节：虚拟机第 4 节：资源管理第 5 节：物理到虚拟转换,Virtualized Data Center Compute,3,虚拟化数据中心,虚拟化数据中心 计算,4,传统数据中心(CDC),虚拟化计算,虚拟化存储,虚拟化网络,虚拟化数据中心(VDC),采用分阶段的方式实施虚拟化基础架构有利于实现更平稳的核心要素虚拟化转移。,将传

2、统数据中心(CDC)转变为虚拟化数据中心(VDC)需要对数据中心的核心要素进行虚拟化。,虚拟化基础架构,第3章：虚拟化数据中心 计算,本节中讲述的主题：计算虚拟化的驱动因素虚拟机管理程序的类型计算虚拟化的优势,第 1 节：计算虚拟化概述,虚拟化数据中心 计算,5,计算虚拟化,支持创建多个虚拟机(VM)，且各自运行操作系统和应用程序虚拟机是外观和行为均与物理机相似的逻辑实体虚拟化层驻留在硬件和虚拟机之间也称为“虚拟机管理程序”虚拟机将获得标准化硬件资源,虚拟化数据中心 计算,6,CPU,内存,网络接口卡(NIC),硬盘,虚拟化层,x86 体系结构,VM,VM,VM,计算虚拟化的需求,7,虚拟化数

3、据中心 计算,CPU,内存,网络接口卡(NIC),硬盘,虚拟机管理程序,x86 体系结构,VM,VM,VM,虚拟机管理程序,包含两个组件内核虚拟机监视器(VMM),8,虚拟化数据中心 计算,VM,VM,VM,虚拟机管理程序的类型,9,虚拟化数据中心 计算,VM,VM,VM,VM,VM,计算虚拟化的优势,服务器整合隔离封装硬件独立性降低成本,虚拟化数据中心 计算,10,第3章：虚拟化数据中心 计算,第 2 节：计算虚拟化技术,虚拟化数据中心 计算,11,本节中讲述的主题：x86 硬件虚拟化要求计算虚拟化技术,要求：x86 硬件虚拟化,操作系统(OS)设计为在裸机硬件上运行，并完全拥有硬件x86

4、体系结构提供四个权限级别Ring 0、1、2 和 3用户应用程序在 Ring 3 中运行操作系统在 Ring 0（最高权限）中运行虚拟化 x86 硬件时面临的难题需要将虚拟化层置于操作系统层以下难以在运行时捕获和转换操作系统特权指令用来将计算虚拟化的技术完全虚拟化、准虚拟化和硬件辅助虚拟化,12,虚拟化数据中心 计算,虚拟机监视器(VMM)在特权 Ring 0 中运行VMM 将来宾操作系统(OS)与底层物理硬件进行分离每个虚拟机被分配一个 VMM为每个虚拟机提供虚拟组件对不可虚拟化的操作系统指令执行二进制转换(BT)来宾操作系统不会感知到被虚拟化,完全虚拟化,虚拟化数据中心 计算,13,来宾操

5、作系统(OS)知道自己正被虚拟化来宾操作系统在 Ring 0 中运行使用修改过的来宾 OS 内核，例如 Linux 和 OpenBSD不支持未修改的来宾操作系统，例如 Microsoft Windows,准虚拟化,虚拟化数据中心 计算,14,实现方式是使用虚拟机管理程序感知的 CPU 来处理特权指令降低了完全虚拟化和准虚拟化所导致的虚拟化开销在硬件中提供 CPU 和内存虚拟化支持通过 x86 处理器体系结构中的 AMD-V 和 Intel VT 技术实现,硬件辅助虚拟化,虚拟化数据中心 计算,15,第3章：虚拟化数据中心 计算,本节中讲述的主题：虚拟机(VM)文件用来管理虚拟机文件的文件系统虚

6、拟机硬件虚拟机控制台,第 3 节：虚拟机,虚拟化数据中心 计算,16,从用户的角度而言，逻辑计算系统像物理机一样运行操作系统(OS)和应用程序包含 CPU、RAM、磁盘和网络接口卡(NIC)等虚拟组件从虚拟机管理程序的角度而言虚拟机(VM)是离散的文件集，例如配置文件、虚拟磁盘文件、虚拟 BIOS 文件、虚拟机交换文件和日志文件等,虚拟机,虚拟化数据中心 计算,17,VM,VM,VM,虚拟机文件,虚拟化数据中心 计算,18,虚拟机管理程序支持的文件系统包括虚拟机文件系统(VMFS)和网络文件系统(NFS)VMFS是允许多个物理机在同一存储设备上并发执行读/写的群集文件系统部署在与本地存储分离的

7、光纤通道和 iSCSI 存储上NFS实现在远程文件服务器（NAS 设备）上存储虚拟机文件NFS 客户端内置在虚拟机管理程序中,用于管理虚拟机文件的文件系统,虚拟化数据中心 计算,19,虚拟机硬件,20,虚拟化数据中心 计算,软盘控制器和软盘驱动器,虚拟机,带一个或多个 CPU 的 VM 芯片组,SCSI 控制器,网络适配器（NIC 和 HBA）,图形卡,RAM,IDE 控制器,并行端口,串行/Com 端口,USB 控制器和 USB 设备,鼠标,键盘,视频,虚拟机硬件组件,21,虚拟化数据中心 计算,虚拟机控制台,提供鼠标、键盘和屏幕功能向虚拟机(VM)发送电源变化（开/关）允许访问虚拟机的 B

8、IOS通常用于虚拟硬件配置和故障排除事宜,22,虚拟化数据中心 计算,第3章：虚拟化数据中心 计算,本节中讲述的主题：资源管理和资源池共享、限制和保留CPU 和内存资源优化技术,第 4 节：资源管理,虚拟化数据中心 计算,23,资源管理,资源管理的目标控制资源利用率防止虚拟机独占资源基于虚拟机的相对优先级分配资源必须池化资源以集中进行管理,24,虚拟化数据中心 计算,资源池,从物理机或群集创建而来管理员可以从父资源池创建子资源池或虚拟机(VM)使用保留、限制和共享来控制资源池或虚拟机所消耗的资源,25,虚拟化数据中心 计算,资源池示例,虚拟化数据中心 计算,26,工程-测试虚拟机CPU=500

9、 MHz内存=1GB,标准物理机 机器 1父池CPU=3000 MHz内存=6GB,工程池（子池）CPU=1000 MHz内存=2GB,财务池（子池）CPU=1000 MHz内存=2GB,工程-生产虚拟机CPU=500 MHz内存=1GB,财务-测试虚拟机CPU=500 MHz内存=1GB,财务-生产虚拟机CPU=500 MHz内存=1GB,用来控制子资源池或虚拟机(VM)所消耗的资源的参数包括：共享相对其父池内的总资源量，VM 或子资源池可以拥有的 CPU 或内存资源量限制虚拟机或子资源池可以消耗的最大 CPU 和内存量保留为虚拟机或子资源池保留的 CPU 和内存量,共享、限制和保留,虚拟化

10、数据中心 计算,27,优化 CPU 资源,现代 CPU 配备多个内核和超线程多核处理器在单个 CPU 内具有多个处理单元（内核）超线程使得物理 CPU 显示为两个或更多个逻辑 CPU高效和公平地分配 CPU 资源至关重要虚拟机管理程序调度物理 CPU 上的虚拟 CPU虚拟机管理程序支持多核、超线程和 CPU 负载均衡功能，以优化 CPU 资源,虚拟化数据中心 计算,28,多核处理器,29,虚拟化数据中心 计算,VM,VM,VM,使得物理 CPU 显示为两个逻辑 CPU(LCPU)使得操作系统(OS)可以同时调度两个或更多个线程两个 LCPU 共享相同的物理资源在当前线程暂停时，CPU 可以执行

11、其他线程在启用超线程的 CPU 上运行的虚拟机管理程序可提供改进的性能和利用率,超线程,虚拟化数据中心 计算,30,VM,VM,VM,CPU 负载均衡,虚拟化数据中心 计算,31,VM,VM,VM,优化内存资源,虚拟机管理程序管理机器的物理内存部分内存由虚拟机管理程序使用剩余部分供虚拟机(VM)使用虚拟机可以配置比实际可用量更多的内存（称为“内存过量配置”）执行内存优化以允许过量配置内存管理技术包括透明化页面共享、内存膨胀和内存交换,虚拟化数据中心 计算,32,透明化页面共享,虚拟机管理程序检测到完全相同的虚拟机(VM)内存页面，并将其映射到同一物理页面共享时的状态为只读对于写入操作，虚拟机管

12、理程序将共享的页面处理为写入时拷贝尝试在共享页面上写入生成次要页面故障写入后创建私有拷贝并重新映射内存,虚拟化数据中心 计算,33,内存膨胀,虚拟化数据中心 计算,34,来宾操作系统,来宾操作系统,来宾操作系统,内存交换,每个已开机的虚拟机(VM)都需要自己的交换文件在虚拟机开机时创建在虚拟机关机时删除交换文件的大小等于内存限制与虚拟机内存保留之间的差值内存稀缺时，虚拟机管理程序将换出虚拟机的内存内容交换是最后选择，因为它将导致明显的性能影响,虚拟化数据中心 计算,35,虚拟化数据中心 计算,虚拟机亲和性,虚拟机对虚拟机亲和性：选定的虚拟机应该在同一虚拟机管理程序上运行在虚拟机之间存在大量通信

13、时提高性能反亲和性确保选定的虚拟机不在同一虚拟机管理程序上（例如：由于可用性的原因）虚拟机对物理服务器亲和性：指定选定的虚拟机是否只能放置在特定的虚拟机管理程序上（例如：由于许可的原因）反亲和性允许虚拟机在群集内的不同虚拟机管理程序上移动（例如：为满足高可靠性或性能需求）,36,资源管理工具,虚拟化数据中心 计算,37,提供管理正在运行虚拟机管理程序的物理机的能力实现从管理服务器集中管理资源实现资源池化以及向虚拟机分配容量与虚拟机管理程序通信以执行管理提供操作自动化,VM,VM,VM,VM,VM,VM,第3章：虚拟化数据中心 计算,本节中讲述的主题：转换器组件转换选项转换过程转换考虑事项,第

14、5 节：物理到虚拟转换,虚拟化数据中心 计算,38,将数据从物理机磁盘克隆到虚拟机磁盘执行目标虚拟机的系统重配置，例如：更改 IP 地址和计算机名称安装必要的设备驱动程序以引导虚拟机,物理机到虚拟机(P2V)转换,虚拟化数据中心 计算,39,VM,P2V 转换器的优势,降低设置新虚拟机(VM)所需的时间无需重新安装操作系统(OS)或应用程序即可实现传统机器向新硬件的迁移跨异质硬件执行迁移,40,虚拟化数据中心 计算,P2V 转换器的组件,有三个关键组件：转换器服务器负责控制转换过程仅用于热转换（在源正在运行自己的操作系统时）在源机器上推送和安装代理转换器代理负责执行转换仅用于热模式安装在物理机

15、上，以将其转换为虚拟机(VM)转换器引导光盘包含其操作系统和转换器应用程序的可引导光盘转换器应用程序用于执行冷转换,41,虚拟化数据中心 计算,转换选项,热转换在物理机正在运行时发生执行同步拷贝在初始克隆期间发生更改的数据块在源上执行关机和在目标虚拟机(VM)上执行开机更改选定机器的 IP 地址和机器名（如果两台机器必须在同一网络内共存）冷转换在物理机没有运行操作系统和应用程序时发生使用转换器引导光盘引导物理机创建一致的物理机拷贝,42,虚拟化数据中心 计算,热转换过程,虚拟化数据中心 计算,43,运行转换器软件的转换器服务器,已开机的源物理机,正在运行虚拟机管理程序的目标物理机,代理,源卷,

16、快照,步骤 1：转换器服务器在源物理机上安装代理,步骤 2：代理拍摄源卷的快照,步骤 3：在目标机器上创建虚拟机,步骤 4：将源磁盘克隆到虚拟机磁盘,快照,虚拟机管理程序,VM,热转换过程（续）,虚拟化数据中心 计算,44,运行转换器软件的转换器服务器,已开机的源物理机,正在运行虚拟机管理程序的目标物理机,代理,快照,重配置,步骤 5：同步和重配置虚拟机,步骤 6：虚拟机准备好运行,源卷,快照,虚拟机管理程序,VM,冷转换过程,虚拟化数据中心 计算,45,已开机的源物理机,目标物理机（正在运行虚拟机管理程序）,步骤 1：使用转换器引导光盘引导物理机,步骤 2：在目标机器上创建虚拟机,转换器引导

17、光盘,源卷,虚拟机管理程序,VM,虚拟机管理程序,冷转换过程（续）,虚拟化数据中心 计算,46,已开机的源物理机,目标物理机（正在运行虚拟机管理程序）,步骤 3：将源磁盘克隆到虚拟机磁盘,重配置,步骤 4：安装必要的驱动程序以允许在虚拟机上引导操作系统,步骤 5：虚拟机准备好运行,转换器引导光盘,源卷,VM,P2V 转换：考虑事项,可能无法保留部分硬件相关的驱动程序和映射的驱动器盘符源机器配置保持不变，例如：操作系统(OS)配置，例如计算机名称、安全性 ID、用户帐户、配置文件和首选项应用程序和数据文件每个磁盘分区的卷序列号源和目标机器将具有相同的标识在同一网络上运行它们可能导致冲突依赖于硬件

18、特性的应用程序可能无法工作,47,虚拟化数据中心 计算,第3章：虚拟化数据中心 计算,VMware vSphereVMware vCenter Converter,付诸实践的概念,虚拟化数据中心 计算,48,基础架构虚拟化套件提供：虚拟化资源管理和优化高可用性操作自动化vSphere 包含下列关键组件：VMware ESXiVMware vCenter 服务器VMware vCenter 客户端VMware vStorage VMFS,付诸实践的概念：VMware vSphere,49,虚拟化数据中心 计算,将物理机转换为虚拟机(VM)支持将第三方软件创建的虚拟机转换为 VMware 虚拟机,付诸实践的概念：VMware vCenter Converter,虚拟化数据中心 计算,50,VM,VM,VM,VM,VM,VM,VM,第3章：总结,本章中讲述的要点包括：计算虚拟化的驱动因素虚拟化 x86 硬件面临的挑战用来虚拟化 x86 硬件的技术虚拟机(VM)的组件资源优化技术物理机到虚拟机的转换,虚拟化数据中心 计算,51,知识测验,解释两类虚拟机管理程序。x86 硬件虚拟化具有哪些挑战？解释每个虚拟机(VM)文件的功能。解释三种内存优化技术。将物理机转换为虚拟机有哪两种选择？,虚拟化数据中心 计算,52,第3章 测验,虚拟化数据中心 计算,53,