理论研究漫谈云计算IT基础设施02-计算虚拟化

Posted 2021-03-05

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VMware产品线全景图

虚拟化，就是通过在硬件之上，操作系统之下，先安装一层Hypervisor（虚拟化操作系统），例如VMware的ESXI或者Citrix的Xen Server。然后通过Hypervisor调度与切分底层的硬件，然后构成一台台虚拟出来独立工作的主机（虚拟机）。

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

为什么要用虚拟机，因为以往为了业务系统的独立性，会单独采用不同的物理硬件，来承载不同的业务。但是往往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%，但是为了物理隔离，避免不同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他应用部署进来，于是物理硬件就会有很多能力冗余，造成了投资浪费。

为此，可以最大限度压榨物理硬件性能的虚拟化技术应运而生。

虚拟机具备以下的特性：兼容性、隔离、封装、硬件独立。

既可以保证虚拟之间的隔离，又可以最大限度的压榨硬件，而且，当硬件故障，只要在其他硬件上面将虚拟机开机，由于虚拟机独立于硬件，等待虚拟机重启起来，业务就恢复了，避免了以往硬件故障导致长时间业务停止的风险。

那么虚拟机实际层面，到底是个啥东西呢，与linux一切皆文件一样，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，其中以下几个文件比较重要。

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

要做计算资源虚拟化，需要在服务器硬件层面，开机启动就安装Hypervisor，VMware的Hypervisor称作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）：

1、ESXI（虚拟化操作系统）

2、vCenter（管理多个ESXI）

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

vCenter需要额外安装，因为用vSphere Client来登录每台ESXI，只能单台单台登录，并且有很多功能不能使用。（如不能搜索虚拟机，不能使用HA、vMotion、DRS等）

一旦安装了vCenter Server后，则可以将批量的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，可以超额分配存储容量，以提高存储利用率、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，如果不用精简置备，那么如果分配每台虚拟机20G的磁盘，那么最多创建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，在虚拟机操作系统内会看到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就可以分配12台虚拟机了。当然，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以前，vMotion都需要服务器之间有共享存储的。然后虚拟机（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需要维护，管理员可以手动选择vMotion功能，然后将虚拟机不停机迁移到B服务器运行，业务不中断。

为什么可以这样做呢，如果我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相当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，相当于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，此时只需要打开PC-B，然后打开百度网盘播放刚才那把电影，并且把进度条调到正在播放的节点继续播放，然后PC-A就可以关掉了，然后你作为观众，电影播放体验不中断。

Storage vMotion

其实功能与上面一样，刚才是2台主机，1台共享存储，现在只是变成了同一台主机，2台存储。

Storage vMotion是为了存储A如果需要维护，那么启用Storage vMotion将虚拟机文件夹复制到新的存储，然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，然后存储A删掉源文件即可。

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负载差不多为止。

分布式电源管理DPM

业务在不同的时间段，肯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，这个时候其实可以将虚拟机迁移到集中的几台主机运行，其余主机可以关机，以节省电力与空调。

但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，即可自动根据负载，让服务器待机后者唤醒。

唤醒方式支持：
1、支持IPMI
2、ILO
3、网络唤醒（WOL）

Storage DRS（分布式调度存储）

既然有主机层面的DRS，自然也有存储的DRS，但是属于额外功能，需要企业增强版才有，可以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同的存储逻辑卷中做平衡。

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。

然后可以安排对整个vAPP的批量化操作，自动化操作。例如能够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。通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全部宕机。当时vCenter会自动让其他存活的ESXI主机，分摊其上面运行的虚拟机，并且进行开启恢复。相当于提供了物理硬件故障后的自动恢复。

这里需要注意两个点：
1、HA与vMotion的区别：其实技术原理是一模一样，但是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。而且vMotion虚拟机是不用重启的，业务是连续的，不会中断的。但是HA，虚拟机会有一个类似死机&重启启动的过程，业务会中断。

2、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做数据库，那么如果系统内数据库宕机，vSphere的HA没有任何作用的。对于应用程序/业务系统的高可用性，应该自行考虑做HA。（例如Oracle做Rac，IIS的WEB服务器做微软自带的故障转移群集等）

Fault Tolerance（FT/容错）

HA是可以在硬件故障后，在健康主机重启虚拟机，实现自动恢复，但是，虚拟机相当于宕机之后再重启，是会中断业务的。

而如果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作，那么一旦主虚拟机因为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。

但是FT有两个缺点：

1、对于同一台虚拟机，开启FT后相当于要消耗多1倍资源（因为要多开一台影子虚拟机）

2、基本上还是只能防止ESXI硬件的故障，因为影子虚拟机是同步复制主虚拟机的任何操作的，举个例子主虚拟机如果因为中毒所以宕机，那么影子虚拟机也是会一模一样中毒然后步主虚拟机的后尘的。因此对于操作系统层面或应用系统层面的高可用，FT是没有作用的。

Data Recovery/Protection（VDR/VDP）

同一个产品不同时期的叫法，是同一个产品，以前叫VDR，现在叫VDP。主要是用来做虚拟机的备份的。类似的第三方产品叫Veeam，Veeam的产品更优，以后再介绍。

注意这个是用来做备份的，而不是用来做容灾的。

VMware Replication（VR）

企业增强版自带。将虚拟机复制到其他站点，一旦虚拟机出现故障，可以选择从副本恢复虚拟。主要是做容灾的，而不是做复制的。但是该产品最低的RTO是15分钟，也就是说执行复制任务的最小间隔是15分钟，意味着一旦需要恢复，需要至少丢失15分钟数据。

那么VDP与VR有什么区别呢，一个做的备份，一个做的容灾。

备份与容灾有什么区别呢？作用是不一样的，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，然后昨天晚上备份（VDP）了，今天将其中一份文档误删了，然后新增了一份文档，如果设置了容灾（VR），15分钟后，A服务器会重新复制到容灾站点，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。那么如果现在想要找回误删的文档，你靠容灾有用吗？没有。因为副本也是没有该文档的，需要在备份里面进行恢复。

Site-Recovery-Management（SRM）

需要额外购买，不含在vSphere软件许可里面。

用于站点整体的备份与恢复，其中具有本地复制容灾，异地站点复制容灾等不同模式。

注意，SRM是不能做双活的。（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，然后B作为C的冷备站点，然后B站点运行生产业务D，然后A作为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，所以RTO也是最小15分钟。

SRM与Replication（VR）的区别在于：

1、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可以批量一条策略对多台虚拟机进行设置。

2、SRM会有自动的容量预警与提醒。

3、SRM可以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。

不同版本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（企业增强版），还有其他额外购买的产品（例如SRM），暂时没找到新一点的图，先贴一张5.0的。可以看到上述一些功能（如存储drs）需要企业增强版才能使用。

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