撥開虛擬化的重重迷霧

Virtualization Technology

講師:勤益科大電算中心 朱孝國

2015-04-20 雲端虛擬化技術課程 10:25-12:10

導入虛擬化緣由

勤益科大預計負責2007年四技二專預估7萬人的放榜分發作業,服務穩定度是最大考量

透過教育部部分補助,順勢導入虛擬化技術

傳統機房管理的難點

  • 當硬體故障/維護/汰換,停止服務時間如何最短? 服務的設定與硬體的驅動?
  • 服務隔離政策,雖穩定,但造成機房空間不足,空調,不斷電等電力消耗大增

虛擬化機房的優缺點

成功導入後的分析

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優點

  • 伺服器合併(Server Consolidation)後降低空間、網路、電力、空調與實體機器等管理與維護
  • 不因實體機器不同而與驅動程式奮戰,加速應用佈署
  • 實體機器故障時,服務自動移轉到別台 Host,提高服務可用性
  • 手動或自動將目前的服務不中斷地移轉到別台 Host,靈活調配資源

缺點

  • 採購成本高:導入時投入的成本高,除了伺服器、儲存設備、網路與軟體的授權費用都不便宜
  • 建置困難:期初建置時,須具備相當的虛擬化專業知識
  • 人員訓練不易:相較於傳統一台實體機器就是一個服務的觀念,要管理虛擬化的機房上手不易

虛擬化的評估

穩定度、維運時間、軟體、主機、磁碟陣列、OS相容性、備份工具、授權費

Xenserver Architecture

軟體功能比較

 Citrix XenServerVMware ESXMicrosoft Hyper-V
線上轉移功能    
虛擬磁碟格式    
記憶體控制    
多核心處理器控制    

何謂虛擬化(Virtualization)

將資源抽象化、隔離、分配、保留、管理、監控資源池(Resource Pool),從佔用資源變為分享資源

虛擬化的資源項目

CPU、RAM、I/O


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CPU

邏輯處理器(vCPU)、以分時多工方式對應實體處理器,以MHz計算

Hyper Threading(超執行緒)、Multicore Virtual CPUs(多核邏輯處理器)

vCPU vs. lCPU

RAM

虛擬機分配的記憶體總和可超過Host實際數量,使用到了下面這些技術:Memory over-commit、Transparent Page Sharing(TPS)、Memory Ballooning、Memory Compression

Memory Over-commit

I/O

主要是網路與儲存裝置,如vDISK、vSwitch、vNIC

I/O介面(Ethernet網路、Fiber Channel)都是由CPU來模擬處理

分享式儲存設備(Share Storage)

沒有 Share Storage 可以共享的話,許多虛擬化的重要功能,例如高可用性, 動態調度資源與動態資源管理等機房管理永不停機的夢想將不容易達成

  • 儲存區域網路 (SAN,Storage Area Network)
  • 直接儲存設備(DAS, Direct Attach Storage)
  • 網路附加式儲存裝置(NAS,Network Attached Storage)

虛擬硬碟格式

Thick Provision Lazy Zeroed(完整分配空間,延遲初始化)

Thick Provision Eager Zeroed(完整分配空間,事先初始化)

Thin Provision(依照實際使用的大小增加分配的空間)

資源設定

資源池、CPU、RAM的資源設定有:Limit(最多使用)、Reservation(最少保留)、Shares(權重)

VM 在相互競爭資源時才會使用到 Shares,在 VM 沒競爭時都可獨享所有資源

VM 在相互競爭資源但沒有設定 Reservation(最少保留) 時,會依照 Share 比重分配資源


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資源池的計算

當三個 VM 相互競爭資源時,VM (A、B、C) 分別能拿到多少資源 ?


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資源池的設定

Host CPU 運算資源為 4GHz = 4000MHz

每個 VM 的 CPU Limit = 2000 MHz,Reservation = 1000MHz

VM A Shares = Low (500)、VM B Shares = Normal (1000)、VM C Shares = High (2000)

計算取得運算資源

當三個 VM 相互競爭資源時(1000MHz*3),Host CPU資源剩下 4000MHz-3000MHz=1000MHz

三個 VM 的 Shares 分別為 1:2:4。因此分配的可用資源(1000MHz)分別為14.3%、28.6%、57.1%

VM A = 1143MHz、VM B = 1286MHz、VM C = 1571MHz


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伺服器合併 (Server Consolidation)

伺服器虛擬化之後擁有多實例、隔離性、封裝性等優點,雖然提高了CPU使用率,但需注意I/O效能

Server Consolidation

商用虛擬化的特點

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高可用性(High Availability; HA)

  • 實體機器故障時,服務自動移轉到別台 Host,會有短暫停機時間與些許的資料遺失的狀況
  • 仲裁管理軟體(vCenter)透過 Service Console 連線來偵測 Host 是否存活(Heartbeat)
    • High Availability

即時遷移(vMotion)

  • 在服務不中斷的狀況下,利用仲裁管理軟體(vCenter)手動將執行中的虛擬機從一部實體伺服器即時移轉至另一部伺服器上
  • 2台 Host 的CPU型號、網路卡名稱與設定、儲存設備與連接的周邊裝置皆需一致。
    • vMotion

動態資源管理(Distributed Resources Scheduler; DRS)

  • 仲裁管理軟體(vCenter)為平衡跨資源叢集內所有 ESXi 主機的運算負載,會自動vMotion虛擬機
    • DRS

動態電源管理(Distributed Power Management; DPM )

  • 讓 Host (ESXi Server)在CPU與記憶體資源皆耗用低時進入 Stand by 模式(ACPI S5),而在需要CPU與記憶體任一資源時透過網路喚醒(Wake On Lan ; WOL) 將 Host 召喚回來的一種節電技術
    • DPM Up arrow

學習心得

  • 最麻煩的是虛擬化的網路設定
  • 軟體定義(Software Defined)影響下的硬體
  • 大數據技術加持下,Storage由集中走向分散,服務朝向Docker
    • vswitch

參考資源