1、第第3章章虚拟化数据中心虚拟化数据中心 计算计算 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 Compute3虚拟化数据中心虚拟化数据中心 计算4传统数据中心传统数据中心 (CDC)虚拟化计算虚拟化计算虚拟化存储虚拟化存储虚拟化网络虚拟化网络虚拟化数据中心虚拟化数据中心 (VDC)采用分阶段的方式实施虚
2、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。虚拟化虚拟化基础架构基础架构第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4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4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 内存内存网络接口卡网络接口卡 (NIC)硬盘硬
3、盘虚拟化层虚拟化层x86 体系结构体系结构它是一种用来掩蔽或抽象化物理计算硬件并实现在单个或群集物理机上并发运行多个操作系统 (OS) 的技术。计算虚拟化VMVMVM计算虚拟化的需求虚拟化之前虚拟化之前虚拟化之后虚拟化之后每台机器每次运行单个操作系统 (OS)软件和硬件紧密结合在同一台机器上运行多个应用程序时可能发生冲突无法充分利用资源昂贵而且不灵活每台机器并发运行多个操作系统 (OS)使得操作系统和应用程序与硬件相互独立虚拟机之间相互隔离，因此不会发生冲突提高资源利用率以较低成本提供灵活的基础架构7虚拟化数据中心 计算 CPU 内存内存网络接口卡网络接口卡 (NIC)硬盘硬盘虚拟机管理程序虚
4、拟机管理程序x86 体系结构体系结构x86 体系结构体系结构 CPU 内存内存网络接口卡网络接口卡 (NIC)硬盘硬盘VMVMVM虚拟机管理程序包含两个组件4内核4虚拟机监视器 (VMM)它是一种允许多个操作系统 (OS) 在一台物理机上并发运行并直接与物理硬件交互的软件。虚拟机管理程序8虚拟化数据中心 计算 CPU 内存内存网络接口卡网络接口卡 (NIC)硬盘硬盘虚拟机管理程序（内核和虚拟机管理程序（内核和 VMM）x86 体系结构体系结构VMMVMMVMMVMVMVM虚拟机管理程序的类型第第 1 类：裸机虚拟机管理程序类：裸机虚拟机管理程序 它是一种操作系统 (OS) 它在 x86 裸机硬
5、件上安装和运行 它需要使用经认证的硬件 9虚拟化数据中心 计算第 1 类：裸机虚拟机管理程序 CPU 内存内存网络接口卡网络接口卡 (NIC)硬盘硬盘虚拟机管理程序虚拟机管理程序x86 体系结构体系结构第 2 类：托管虚拟机管理程序虚拟机管理程序虚拟机管理程序 CPU 内存内存网络接口卡网络接口卡 (NIC)硬盘硬盘应用应用程序程序操作系统操作系统x86 体系结构体系结构第第 2 类：托管虚拟机管理程序类：托管虚拟机管理程序 它作为应用程序安装和运行 它依赖物理机上运行的操作系统 (OS) 来提供设备支持和物理资源管理VMVMVMVMVM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
6、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4x86 体系结构提供四个权限级别8Ring 0、1、2 和 38用户应用程序在 Ring 3 中运行8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4需要将虚拟化层置于操作系统层以下4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4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 计算用户应用程序操作系统Ri
7、ng 3Ring 2Ring 1Ring 0X86 硬件虚拟机监视器 (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 VMM4为每个虚拟机提供虚拟组件4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用户应用程序来宾操作系统虚拟机管理程序Ring 3Ring 2Ring 1Ring 0物理机 X86 硬件来宾操作系统 (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
8、来宾操作系统，例如 Microsoft Windows准虚拟化虚拟化数据中心 计算14用户应用程序准虚拟化的来宾操作系统Ring 3Ring 2Ring 1Ring 0物理机 X86 硬件虚拟机管理程序虚拟机管理程序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4降低了完全虚拟化和准虚拟化所导致的虚拟化开销4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用户应用程序来宾操作系统VMM物理机 X86 硬件Ring 3Ring 2Ring 1Ring 0第3章：虚拟化数据中心 计
9、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4像物理机一样运行操作系统 (OS) 和应用程序4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4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 CPU 内存内存网络接口卡网络接口卡 (NIC)硬盘硬盘虚拟机管理程序虚拟机管理程序x86 体系结构体系结构VMVMVM虚拟机文件虚拟化数据中心 计算1
10、8文件名文件名描述描述虚拟 BIOS 文件 存储虚拟机 (VM) 的 BIOS 状态虚拟交换文件 是虚拟机的分页文件，用于备份虚拟机 RAM 内容 该文件仅在虚拟机运行时存在虚拟磁盘文件 存储虚拟机磁盘驱动器的内容 对虚拟机而言类似于物理磁盘驱动器 虚拟机可以拥有多个磁盘驱动器日志文件 保存虚拟机活动的日志记录 适用于故障排除 虚拟配置文件 存储在创建虚拟机的过程中所选的配置信息 包括 CPU 数量、内存、网络适配器数量和类型以及磁盘类型等信息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)VMFS4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
11、件系统4部署在与本地存储分离的光纤通道和 iSCSI 存储上NFS4实现在远程文件服务器（NAS 设备）上存储虚拟机文件4NFS 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控制器和软盘驱动器软盘驱动器虚拟机虚拟机带一个或多个带一个或多个 CPU 的的 VM 芯片组芯片组SCSI 控制器控制器网络适配器网络适配器（NIC 和和 HBA）图形卡图形卡RAMIDE 控制器控制器并行端口并行端口串行串行/Com 端口端口USB 控制器和控制器和 USB 设备设备鼠标鼠标键盘键盘视视频频虚拟硬件虚拟硬件 描述描述vC
12、PU 虚拟机 (VM) 可以配置一个或多个虚拟 CPU 可以更改分配到虚拟机的 CPU 数量vRAM 呈现给来宾操作系统 (OS) 的内存量 可以根据需要更改内存大小虚拟磁盘 存储虚拟机的操作系统和应用程序数据 虚拟机应至少具有一个虚拟磁盘vNIC 使得虚拟机可以连接至其他物理机和虚拟机虚拟 DVD/CD-ROM 驱动器 它将虚拟机的 DVD/CD-ROM 驱动器映射至物理驱动器或 .iso 文件 虚拟软盘驱动器 它将虚拟机的软盘驱动器映射至物理驱动器或 .flp 文件虚拟 SCSI 控制器 虚拟机使用虚拟 SCSI 控制器来访问虚拟磁盘虚拟 USB 控制器 将虚拟机的 USB 控制器映射至物
13、理 USB 控制器虚拟机硬件组件 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 BIOS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4控制资源利用率4防止虚拟机独占资源4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 计算从单个物理机或群集物理机向虚拟机 (VM) 分配资源以优化资源利用率的过程。资源管理资源
14、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 计算它是被集中管理的聚合物理资源的逻辑抽象。资源池资源池示例虚拟化数据中心 计算26工程工程-测试虚拟机测试虚拟机CPU = 500 MHz内存内存 = 1GB标准物理机标准物理机 机器机器 1父池CPU = 3000 MHz内存内存 = 6GB工程池（子池）工程池（子池）CPU = 1000 MHz内存内存 = 2GB财务池（子池）财务池（子池）CPU = 1000 MHz内存内存 = 2GB工程工程-生产虚拟机生产虚拟机CPU = 500 MHz
15、内存内存 = 1GB财务财务-测试虚拟机测试虚拟机CPU = 500 MHz内存内存 = 1GB财务财务-生产虚拟机生产虚拟机CPU = 500 MHz内存内存 = 1GB营销营销-生产虚拟机生产虚拟机CPU = 500 MHz内存内存 = 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：4共享8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4限制8虚拟机或子资源池可以消耗的最大 CPU 和内存量4保留8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4多核处理器在
16、单个 CPU 内具有多个处理单元（内核）4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 计算具有一个 CPU 的虚拟机具有两个 CPU 的虚拟机具有四个 CPU 的虚拟机物理虚拟单核单核双插座系统双插座系统双核双核单插座系统单插座系统四核四核单插座系统单插座系统线程内核插座虚拟 CPU线程线程线程线程线程线程线程线程线程线程线程线程线程线程线程线程VMVMVM使得物理 CP
17、U 显示为两个逻辑 CPU (LCPU)4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4在当前线程暂停时，CPU 可以执行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带超线程的带超线程的双核单插座系统双核单插座系统具有两个 CPU 的虚拟机具有一个 CPU 的虚拟机线程 1 和 2线程 1 和 2具有一个 CPU 的虚拟机LCPULCPULCPULCPUVMVMVMCPU 负载均衡虚拟化数据中心 计算31超线程双核超线程双核双插座系统双插座系统具有一个 CPU 的虚拟机具有一个 CPU 的
18、虚拟机具有一个 CPU 的虚拟机LCPULCPULCPULCPUVMVMVM优化内存资源虚拟机管理程序管理机器的物理内存4部分内存由虚拟机管理程序使用4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”）4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4共享时的状态为只读对于写入操作，虚拟机管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4生成次要页面故障4写入后创建私有拷贝并重新映射内存虚拟化数
19、据中心 计算33VM0 内存内存物理内存VM1 内存内存VM2 内存内存私有拷贝私有拷贝内存页面内存页面内存膨胀虚拟化数据中心 计算 34无内存短缺，气球未膨胀1. 内存短缺，气球膨胀2. 驱动程序要求来宾操作系统 (OS) 提供内存3. 来宾操作系统强制调出页面4. 虚拟机管理程序回收内存1. 内存短缺已解决，气球萎缩2. 驱动程序释放内存3. 来宾操作系统可以使用页面4. 虚拟机管理程序确认内存虚拟机 (VM)虚拟机 (VM)虚拟机 (VM)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4在虚拟机开机时创建4在虚拟机关机时删除交换文件的大小等
20、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：4 选定的虚拟机应该在同一虚拟机管理程序上运行8在虚拟机之间存在大量通信时提高性能4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：4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）4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管理
21、物理机和虚拟机虚拟机管理程序虚拟机管理程序虚拟机管理程序虚拟机管理程序管理服务器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4与虚拟机管理程序通信以执行管理提供操作自动化VMVMVMVMVMVM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 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：4更改 IP 地址和计算机名称4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物理机虚拟机 (VM
22、)转换它是将物理机转换为虚拟机的 (VM) 的过程。P2V 转换VMP2V 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：4转换器服务器8负责控制转换过程8仅用于热转换（在源正在运行自己的操作系统时）8在源机器上推送和安装代理4转换器代理8负责执行转换8仅用于热模式8安装在物理机上，以将其转换为虚拟机 (VM)4转换器引导光盘8包含其操作系统和转换器应用程序的可引导光盘8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4在
23、物理机正在运行时发生4执行同步8拷贝在初始克隆期间发生更改的数据块4在源上执行关机和在目标虚拟机 (VM) 上执行开机4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4在物理机没有运行操作系统和应用程序时发生4使用转换器引导光盘引导物理机4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运行转换器运行转换器软件的转换器软件的转换器服务器服务器已开机的已开机的源物理机源物理机正在运行虚拟机正在运行虚拟机管理程序的目标管理程序的目标物理机物理机代理源卷快照步骤 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
24、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运行转换器运行转换器软件的转换器软件的转换器服务器服务器已开机的已开机的源物理机源物理机正在运行虚拟机正在运行虚拟机管理程序的目标管理程序的目标物理机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已开机的已开机的源物理机源物理机目标物理机目标物理机（正在运行虚拟（正在运行虚拟机管理程序）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光盘转换器引导光盘
25、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已开机的已开机的源物理机源物理机目标物理机目标物理机（正在运行虚拟（正在运行虚拟机管理程序）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转换器引导光盘源卷VMP2V 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：4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4应用程序和数据文件4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4在同
26、一网络上运行它们可能导致冲突依赖于硬件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：4虚拟化4资源管理和优化4高可用性4操作自动化vSphere 包含下列关键组件：4VMware ESXi4VMware vCenter 服务器4VMware vCenter 客户端4VMware vStorage VMFS付诸实践的概念：VMware vSphere 49vSphere 客户端客户端vCenter 服务器服务器DRSHA整合整
27、合的的备份备份插件插件ESXi 主机主机VMFS虚拟机虚拟机VMware vSphere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 CPU 内存内存网络接口网络接口卡卡 (NIC)硬盘硬盘虚拟机管理程序虚拟机管理程序x86 体系结构体系结构VMware ESXVMware Converter Center物理机第三方虚拟机VMware 产品产品源源 CPU 内存内存网络接口网络接口卡卡 (NIC)硬盘硬盘虚拟机管理程序虚拟机管理程序x86 体系结构体系结构VMware ESXiVMVMVMVMVMVMVM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1.解释两类虚拟机管理程序。2.x86 硬件虚拟化具有哪些挑战？3.解释每个虚拟机 (VM) 文件的功能。4.解释三种内存优化技术。5.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第第3章章 测验测验虚拟化数据中心 计算53
