虛擬資源管理與

高可用

內存虛擬化虛擬內存虛擬內存是一種內存管理技術，是虛擬的、邏輯的存儲空間。核心原理：為每個程序設置一段“連續(xù)”的虛擬地址空間，虛擬地址空間按照固定大小劃分成多個具有連續(xù)地址的被稱為頁（Page）的若干單元（根據處理器架構的不同，頁通常為4KB或2MB）。這些頁和物理內存做映射，在程序運行期間動態(tài)映射到物理內存。

內存虛擬化內存虛擬化主機執(zhí)行虛擬內存管理時無需了解客戶機操作系統(tǒng)，也不會干涉客戶機操作系統(tǒng)自身的內存管理子系統(tǒng)。每個虛擬機的VMM（VirtualMachineMonitor，VMM）保持了從客戶機操作系統(tǒng)的物理內存頁到基礎計算機上物理內存頁的映射。內存虛擬化過程：運行虛擬機的時候，VMkernel會為虛擬機創(chuàng)建一個內存空間，這個內存空間與客戶機操作系統(tǒng)為應用所提供的內存地址空間具有相同的屬性。通過這個內存空間，可以同時運行多個虛擬機，還可以保護每個虛擬機被其他虛擬機訪問。從虛擬機運行角度來看，額外增加了一層地址轉換，將客戶機物理地址映射為主機物理地址。內存虛擬化在虛擬化架構中，共有3層內存，如圖所示：客戶操作系統(tǒng)虛擬內存：由操作系統(tǒng)提供給應用程序。客戶機操作系統(tǒng)物理內存：由VMkernel提供給虛擬機。主機物理內存：可向虛擬機提供可編址的連續(xù)內存空間。應用操作系統(tǒng)主機VirtualMachine客戶機操作系統(tǒng)虛擬內存客戶機操作系統(tǒng)物理內存主機內存

內存虛擬化虛擬機內存分配每個虛擬機均會根據其配置大小消耗內存，還會消耗額外開銷內存以用于虛擬化。配置大小是提供給客戶操作系統(tǒng)的內存量。例如：如果配置一臺1GB的虛擬機。當客戶操作系統(tǒng)引導時，系統(tǒng)會檢測到它正運行在具有1GB物理內存的專用計算機上。有些情況下，可能向虛擬機分配全部內容（即1GB）。在其他情況下，可能會得到較小的分配量。無論實際分配如何，客戶機操作系統(tǒng)會繼續(xù)運行，就好像運行在具有1GB物理內存的專用計算上一樣。

內存虛擬化虛擬機超額分配當為所有已啟動的虛擬機配置的內存占用空間總和超過主機的內存大小時，即是超額分配內存。內存虛擬化當內存超額分配時虛擬機無法始終將為其分配的內存全部利用起來。為了提供內存使用率，主機會將閑置虛擬機的內存轉給需要更多內存的虛擬機。超額分配的內存存儲在.vswp文件中。內存開銷存儲在vmx-*.vswp文件中。VM1.vswpVmx-*.vswp虛擬機2.vswpVmx-*.vswp虛擬機3.vswpVmx-*.vswpOSAPP10GBOSAPP10GBOSAPP10GBVM10GB主機內存=32GB虛擬機的已配置內存總量=40GB本地部署本地部署本地部署遠程部署

內存虛擬化方法詳細信息透明頁共享有效利用物理內存頁。使用此方法，具有相同內容的頁面只存儲一次。內存釋放將一個虛擬機的內存重新分配到另一個虛擬機。內存釋放機制可在內存不足時激活，強制虛擬機使用自己的分頁區(qū)域。內存壓縮在發(fā)生激烈的內存爭用時確保一定程度的內存性能。主機級固態(tài)硬盤交換使用固態(tài)硬盤存儲主機緩存交換文件，提高性能。硬盤中的虛擬機內存分頁除非萬不得已，否則系統(tǒng)不會采用這種方式交換空間，因為會導致性能會變得很差。

CPU虛擬化CPU虛擬化CPU虛擬化指的是將單個物理CPU虛擬化成多個虛擬CPU供虛擬機使用。虛擬CPU分時復用物理CPU，由虛擬機監(jiān)控器（VirtualMachineMonitor，VMM）對虛擬CPU分配時間片，并同時對虛擬CPU的狀態(tài)進行管理。

CPU虛擬化基于全虛擬化的CPU虛擬化基于硬件輔助的CPU虛擬化基于半虛擬化的CPU虛擬化CPU虛擬化的實現方式

CPU虛擬化虛擬CPU與邏輯CPU單個虛擬機配置的虛擬機CPU取決于主機的物理體系架構，與為虛擬機配置多個虛擬CPU(VirtualCPU,vCPU)。一個虛擬機最多可配備256個虛擬CPU。LCPU：邏輯CPU（LogicalCPU，LCPU），通常在虛擬化環(huán)境里，任何一顆物理內核上同一時間能夠執(zhí)行的并發(fā)任務就只能為1個，而這1個任務，我們把它叫做LCPU。LCPU可以代表一個物理CPU，如果這個物理CPU具有1個核心，那么LCPU的數量為1。但如果物理CPU具有4個核心，對于LCPU來說數量就是4。虛擬機所使用的vCPU必須映射到LCPU才能獲得相應的處理能力。CPU虛擬化邏輯CPU第一臺虛擬機具有1個vCPU，那么它映射1個LCPU才能獲得相應的處理能力。第二臺虛擬機具有2個vCPU，那么它需要映射2個LCPU才能夠獲得相應的處理能力。第三臺虛擬機具有4個vCPU，那么它需要映射到4個LCPU才能獲得相應的處理能力。單CPU虛擬CPU雙CPU虛擬CPU虛擬CPU四CPU虛擬CPU虛擬CPU虛擬CPU虛擬CPULCPULCPULCPULCPULCPULCPULCPULCPU虛擬物理線程核心插槽單核雙插槽系統(tǒng)雙核單插槽系統(tǒng)四核單插槽系統(tǒng)CPU虛擬化CPU超線程傳統(tǒng)CPU是單線程的。這意味著它們一次只能執(zhí)行一個功能。超線程通過使CPU可以同時處理的進程數量增加一倍來提高CPU性能。超線程（HyperThreading,HT）技術是在物理CPU的一個核心中整合了兩個CPU，相當于一個核心可以同時處理兩個線程，極大地提升了物理CPU的性能。超線程的LCPU與vCPU的對應關系如右圖所示：借助超線程，一個核心可以執(zhí)行兩個線程或者指令集。也就是說超線程可以在虛擬CPU上提供更多的邏輯CPU，提供更大的調度程序吞吐量。單CPU虛擬CPU雙CPU虛擬CPU虛擬CPU具有超線程的雙核單插槽系統(tǒng)LCPULCPULCPULCPUCPU虛擬化CPU負載平衡VMkernel能夠平衡處理器時間，以保證負載均勻分布在系統(tǒng)的多個核心上。CPU調度可以獨立使用每個邏輯處理器執(zhí)行虛擬機而提供與傳統(tǒng)對稱多處理（SMP）系統(tǒng)類似的功能。每隔2毫秒至40毫秒，Vmkenel就會將虛擬CPU從一個邏輯處理器遷移到另一個邏輯處理器來保持負載平衡。單CPUvCPU雙CPUvCPUvCPULCPULCPULCPULCPULCPULCPULCPULCPU單CPUvCPU單CPUvCPU

虛擬資源控制電源網絡資源內存存儲器CPU資源類型虛擬資源控制虛擬資源來源主機和群集是物理資源的來源。對于主機，可用的資源是主機的硬件資源減去虛擬化軟件所使用的資源。群集是一組主機?？梢詫⒍鄠€主機添加到群集。群集擁有所有主機的全部CPU和內存。可以針對聯合負載平衡或故障切換來啟用群集。數據存儲群集是一組數據存儲。可以創(chuàng)建一個數據存儲群集，并將多個數據存儲添加到群集中。vCenterServer共同管理數據存儲資源。clusteresxi01Esxi02主機加入到群集cluster數據存儲群集

虛擬資源控制虛擬資源使用者虛擬機是資源用戶啟動虛擬機時，服務器檢查是否有足夠的未預留資源可用，并僅在足夠的資源時才會啟動虛擬機。

虛擬資源控制虛擬資源管理作用除了解決資源過量置備問題，還能夠：性能隔離：放置虛擬機獨占資源并保證服務率的可預測性。高效使用：利用分配不足的資源并在過量置備時讓性能正常降低。易于管理：控制虛擬機的相對重要性，提供靈活的動態(tài)分區(qū)并且符合絕對服務級別協議。

虛擬資源控制資源分配當可用資源容量無法滿足資源用戶（和虛擬化開銷）的需求時，管理員可能需要對分配給虛擬機或它們所駐留的資源池的資源量進行自定義。資源分配設置（份額、預留和限制）用于確定為虛擬機提供的CPU、內存和存儲資源量。虛擬資源控制資源分配預留0MHz/MB可用容量限制預留共享用于在此范圍內爭用資源。預留量是保證為虛擬機分配的最少資源量。僅在有足夠的未預留資源滿足虛擬機的預留時，才能夠打開虛擬機資源。即使物理服務器負載較重，服務器也會確保該資源量。例如，有2G內存可用，并且為VM1和VM2各指定了1G的預留量。現在每個虛擬機都能保證在需要時獲得1GHZ。但是，如果VM1只用了500MHz，則VM2可使用1.5GHz。對于為虛擬機預留的內存，可以保證永遠不會被交換或者釋放。默認大小為0。虛擬資源控制資源分配限制限制是可以分配給虛擬機內存或CPU的上限量。限制功能可以分配到虛擬機的CPU、內存或存儲I/O資源指定上限。服務器分配給虛擬機的資源可大于預留，但決不可大于限制。CPU、內存和存儲I/O資源限制默認為無限制。如果內存無限制，則在創(chuàng)建虛擬機時為該虛擬機配置的內存量將成為其有效限制因素。0MHz/MB可用容量限制預留共享用于在此范圍內爭用資源。虛擬資源控制資源分配份額份額是虛擬機獲取給定資源的相對優(yōu)先級或重要性。如果某個虛擬機資源份額是另一個虛擬機的兩倍，則在這兩個虛擬機爭用資源時，第一個虛擬機有權消耗兩倍于第二個虛擬機的資源。指定份額僅對同級虛擬機有意義。同級將根據其相對份額值共享資源，該份額受預留和限制的約束。為虛擬機分配份額時，始終會相對于其他已打開電源的虛擬機來為該虛擬機制定優(yōu)先級。0MHz/MB可用容量限制預留共享用于在此范圍內爭用資源。

虛擬機高可用性HighAvailability,HA高可用性被廣泛地應用于虛擬化環(huán)境中，用于提高虛擬機的可用性功能。HA能夠監(jiān)控虛擬機及運行這些虛擬機的主機，通過配置合適的策略，當群集中的主機或者虛擬機出現故障時，可在具有備用容量的其他生產服務器中自動重新啟動受影響的虛擬機，最大限度地保證重要的服務不中斷。

虛擬機高可用性當群集啟動HA時，所有活動主機（未處于待機或維護模式的主機或未斷開連接的主機）都將參與選舉以選擇群集的首選主機。掛載最多數量的數據存儲的主機在選舉中具有優(yōu)勢。每個群集中只存在一臺首選主機，其他主機均為從屬主機。首選主機和從屬主機如果首選主機出現故障、關機或處于待機模式或者從群集中移除，那么會進行新的選舉。

虛擬機高可用性監(jiān)控所有從屬主機的情況。當從屬主機發(fā)生故障的時候，首選主機將確定需要重新啟動的虛擬機。首選主機的職責監(jiān)控所有受保護虛擬機的電源情況。如果有一臺虛擬機出現故障，首選主機可確保重新啟動該虛擬機。發(fā)生心跳信息給從屬主機，讓從屬主機知道首選主機的存在并管理群集主機和受保護的虛擬機列表。

虛擬機高可用性故障：主機停止運行。ESXi主機停止運行由于物理硬件故障或電源等原因停止響應，停止運行的主機上的虛擬機會在HA群集中其他主機上重新啟動。隔離：主機與網絡隔離。分區(qū)：主機失去與首選主機的網絡連接。123主機故障分為三種情況主機故障類型和檢測虛擬機高可用性HA體系結構：代理通信主機和群集是物理資源的來源。在群集中啟用HA后，FaultDomainManager(FDM)服務會在該集群中的主機上啟動。從屬主機上的FDM都會與首選主機上的FDM進行通信。主機在處于維護模式、待機模式或與vCenterServer斷開連接的時候，將不能加入到HA的群集當中。=網絡管理Datastore（數據存儲）Datastore（數據存儲）Datastore（數據存儲）FDMESXi主機（從屬）hostavpxaFDMESXi主機（從屬）hostavpxaFDMESXi主機（主控）hostavpxavCenterServervpxd虛擬機高可用性HA體系結構：數據存儲心跳當首選主機無法通過管理網絡與從屬主機進行通信時，首選主機會使用數據存儲檢測信號來確定原因：從屬主機故障網絡分區(qū)網絡隔離管理網絡1管理網絡2VMFSVMFSNFSvCenterServer虛擬機A虛擬機B虛擬機C虛擬機D虛擬機F虛擬機G從屬主機從屬主機主控主機虛擬機高可用性出現故障的首選主機當首選主機無法通過管理網絡與從屬主機進行通信時，首選主機會使用數據存儲檢測信號來確定原因：當首選主機處于維護模式或出現故障時，從屬主機會檢測到首選主機不再發(fā)送檢測信號。主要心跳網絡NAS/NFSVMFS（心跳區(qū)域）vCenterServer虛擬機A虛擬機B虛擬機C虛擬機D虛擬機F虛擬機G文件鎖定文件鎖定從屬主機MOID98出現故障的主控主機MOID99從屬主機MOID100備用心跳網絡MOID=代管對象ID默認網關（隔離地址）虛擬機高可用性HA體系結構數據存儲心跳處于隔離狀態(tài)的主機。當主機出現以下情況時，為處于隔離狀態(tài)：主機未收到網絡檢測信號。主機無法對它的隔離地址執(zhí)行ping操作。主要心跳網絡默認網關（隔離地址）虛擬機A虛擬機B虛擬機C虛擬機D虛擬機F虛擬機G從屬主機主控主機從屬主機備用心跳網絡虛擬機高可用性HA場景：主機故障HA能夠確定一臺主機是否出現故障或者被隔離。當主機發(fā)生故障時，故障主機上的虛擬機可以在群集中的備用主機上重新啟動。圖中綠色的部分是群集，群集中共有三臺主機，及ESXiHost1,ESXiHost2與ESXiHost3,可以看到ESXiHost