VMware vSphere 5.0 体系结构基础知识

VMware vSphere 5.0 体系结构基础知识在讨论VMware 体系结构之前，我们先来了解一下VMware 的愿景。

我们的愿景是实现高效的自动化服务质量，并拥有独立的选择权。

换言之，我们的目标是为所有应用程序削减50% 的资本成本和运营成本，实现自动化服务质量，并且保持不依赖于硬件、操作系统(OS)、应用程序堆栈和服务提供商的独立性。

在VMware，我们的目标是帮助企业和政府从“IT 即成本中心”的模式转变到更加以业务为中心的“IT 即服务”模式。

这种新的IT 模式为现代IT 体系结构的各个关键层提供了改进的工作方式，现代IT 体系结构包含：基础架构、应用程序和终端用户访问。

凭借VMware 为实现高性能和高可扩展性作出的技术投资，vSphere 能够大大提高资本开销(CapEx) 的效率。

这将对虚拟机(VM) 密度与整合率产生深刻影响。

整合率提高直接降低用户运行所需业务应用程序时对于硬件、软件和基础架构的需求。

由于基础架构服务、应用程序服务和管理解决方案已发展到一定深度和广度，可帮助IT 以更少的资源完成更多工作，因此vSphere 可以大大提高运营成本(OpEx) 效率。

VMware 的虚拟数据中心服务和管理解决方案在授予IT 控制的同时，还可实现自动化并保障服务质量。

凭借其他产品无法匹及的功能，vSphere 提供了更高的控制力度，可帮助IT 保证服务质量，但不会影响IT 控制。

VMware 在功能研发上给予了投入，例如VMware Distributed Resource Scheduler (DRS)、VMware Distributed Power Management (DPM)、VMware Fault Tolerance (FT)、Chargeback、AppSpeed、VMsafe、Host Profiles、Storage vMotion等功能都是VMware 如何交付IT 控制力的示例。

由于VMware 与ISV、IHV、OEM 和SP 展开广泛合作，因此vSphere 将为您提供更多选择。

此外，VMware 的战略要求我们始终保持公正，努力支持更加广泛的体系以扩大客户的选择范围，不对任何客户操作系统和应用程序堆栈有任何偏见。

这将切实保护客户的现有投资并最大限度扩大客户未来的选择范围。

另外，云计算操作系统为数据中心和服务提供商提供了一个通用平台。

它们通过联合和基于标准的交互相互连接起来，允许创建利用通用管理服务的私有云。

这为数据中心保留了选择权，它们可以选择如何提供云计算，而不会在日后被排除在外部云之外。

现在，我们开始讨论vSphere 5.0 的体系结构、组件和服务，以及如何将这些组件用在现有数据中心环境内。

作为一个云计算操作系统，vSphere 5.0 能够为整个IT 基础架构（如服务器、存储和网络）实现虚拟化。

它将这些不同种类的资源组合起来，使严密、不灵活的基础架构得以转换为位于虚拟化环境中的简单、统一、易于管理的组件集合。

vSphere 5.0 在逻辑上由三个层构成：虚拟化层、管理层和界面层。

- vSphere 5.0 的虚拟化层（或基础架构层）包含两个服务：基础架构和应用程序。

- 计算、存储和网络服务等基础架构服务抽象、聚合和分配硬件或基础架构资源。

相关示例包括但不限于VMFS 和Distributed Switch。

- 应用程序服务主要用于确保应用程序的可用性、安全性和可扩展性。

相关示例包括但不限于VMware vSphere High Availability (HA) 和VMware Fault Tolerance (FT)。

- vSphere 5.0 的管理层由vCenter Server 组成，它是配置、调配和管理虚拟化IT 环境的中心点。

- vSphere 5.0 的界面层由各种客户端组成，用户可通过这些客户端访问vSphere 数据中心，如vSphere Client 和vSphere Web Client。

典型的vSphere 5.0 数据中心包含多种基本物理构造块，如x86 计算服务器、存储网络和阵列、IP 网络、管理服务器和桌面客户端。

它包含以下组件：计算服务器：计算服务器是指在裸机上运行ESXi 5.0 的业界标准x86 服务器。

ESXi 5.0 软件运行虚拟机并为其提供资源。

存储网络和阵列：光纤通道存储区域网络(FC SAN) 阵列、iSCSI（小型计算机系统接口）SAN 阵列和网络连接存储(NAS) 阵列是vSphere 5.0 支持且广泛应用的存储技术，可满足不同数据中心的存储需求。

IP 网络：每个计算服务器都可拥有多个物理网络适配器，并以此为整个vSphere 数据中心提供高带宽和可靠的网络。

vCenter Server：借助vCenter Server，可以对数据中心进行单点控制。

它提供基本的数据中心服务，如访问控制、性能监视以及配置。

它可将各个计算服务器的资源整合起来，以供整个数据中心内的虚拟机共享。

管理客户端：vSphere 5.0 为数据中心管理和虚拟机访问提供许多界面，如vSphere Client 和vSphere Web Client。

现在，我们开始讨论vSphere 5.0 的虚拟化层。

vSphere 5.0 虚拟化并聚合资源（包括服务器、存储和网络），并在虚拟环境中呈现一套统一的组件集合。

通过vSphere 5.0，您即可像管理共享的实用程序一样管理IT 资源，并将这些资源调配到不同的业务部门和项目中。

vSphere 5.0 虚拟数据中心由以下组件构成：•计算和内存资源，即主机、集群和资源池。

vSphere 分布式服务，如vSphere vMotion、vSphere Storage vMotion、vSphere DRS、vSphere Storage DRS、Storage I/O Control、VMware HA 和FT，这些资源可实现虚拟机的高效自动化资源管理和高可用性。

•存储资源，即数据存储和数据存储集群。

•网络资源，即标准虚拟交换机和分布式虚拟交换机。

-虚拟机。

接下来，我们讨论如何将这些关键组件用在现有数据中心内，并进一步介绍它们的体系结构。

主机、集群和资源池允许灵活动态地组织物理环境中的聚合计算和内存资源，并将这些资源提供给虚拟机。

主机代表运行ESXi 5.0 服务器的物理x86 服务器的聚合计算和内存资源。

集群相当于单独的实体，并可以作为单独的实体进行管理。

它代表共享相同网络和存储阵列的一组物理x86 服务器的聚合计算和内存资源。

资源池是指来自单个主机或集群的计算和内存资源分区。

资源池支持分层和嵌套。

您可以将任意资源池分隔为更小的资源池，以此将资源划分并分配到不同的组或用于不同的目的。

我们接下来讨论分布式服务。

vMotion、Storage vMotion、DRS、Storage DRS、Storage I/O Control、VMware HA 和FT 均为分布式服务，这些服务为虚拟机实现了高效的自动化资源管理和高可用性。

使用vMotion 进行实时迁移是实现更为灵活的自动化IT 环境的第一步，因为它真正地使操作系统和应用程序的工作负载不再受限于底层物理硬件。

虚拟机在ESXi 主机上运行并消耗其资源。

vMotion 可在物理服务器间迁移正在运行的虚拟机，且无需中断服务。

简而言之，计划内停机这一概念将成为历史。

使用此实时迁移功能，虚拟机可从负载较重的服务器移到负载较轻的服务器中。

因此，资源得到了更有效的分配。

使用vMotion，资源可在物理主机之间重新动态分配。

使用Storage vMotion，可在不停机的情况下将虚拟机的存储实时迁移到新的数据存储中。

将单个虚拟机及其磁盘从一个数据存储迁移到另一个数据存储是可行的，因为虚拟机是由一组文件构成的。

甚至虚拟机的磁盘也被封装于文件中。

迁移虚拟机磁盘的操作是通过将所有与虚拟机相关的文件从一个数据存储移动到另一个数据存储的方式完成的。

将vMotion 技术扩展到存储中可帮助vSphere 管理员利用存储分层、性能调整与容量平衡以及控制功能，而不会出现应用程序停机现象。

vSphere 5.0 为Storage vMotion 使用镜像模式。

在新的体系结构中，Storage vMotion 在源和目标间复制磁盘块，消除了重复预拷贝。

早期版本的vSphere 的跟踪已更改的数据块(CBT) 方法中包含这一过程。

使用I/O 镜像可执行从源到目标的磁盘块单次传递复制。

I/O 镜像可确保源中任何新更改的数据块都被镜像到目标中。

还有一个数据块级位图，它可以识别磁盘热数据块和冷数据块或给定数据块中的数据是否已被镜像到目标磁盘中。

vSphere HA 对虚拟机驻留所在的ESXi 主机进行池化，形成一个集群，从而为虚拟机和其中运行的应用程序提供高可用性。

集群中的主机将受到持续监视。

发生故障时，故障主机上的虚拟机将会试图在其他主机上重新启动。

将主机添加到vSphere HA 集群中时，一个称为Fault Domain Manager (FDM)的代理将会启动。

这些代理相互通信并传输状态和状况信息。

一个代理可以充当主控角色或者从属角色。

角色是通过一个选择算法确定的。

此选择算法决定哪个代理充当主控角色。

其他所有主机均充当从属角色。

作为主控角色，该代理将用作面向vCenter Server 的接口，监视从属主机及其上运行的所有虚拟机，并确保将信息按需分发到集群内的其他节点上。

从属主机将心跳信号发送至主控主机，以检查运行状况和可用性。

如果主控主机不可用，从属主机将再次执行选择算法来选择主控主机。

它们还会监视主机中运行的虚拟机，并向主控主机更新这些虚拟机的状态。

如果主机出现故障，其中的虚拟机将会重新启动。

vSphere HA 还会检测其他问题（如隔离的主机或网络分区）并在需要时执行操作。

在处理故障时，vSphere HA 可充分利用心跳信号数据存储。

心跳信号数据存储是一项全新的功能，在管理网络发生故障时，它能够实现集群中节点间的通信。

ESXi 主机平台上的FT 使用VMware vLockstep 技术，通过使用卷影复制（辅助虚拟机）保护虚拟机（主虚拟机）的方式提供持续可用性。

辅助虚拟机以虚拟锁步方式在单独的主机上运行。

系统将会记录主虚拟机上执行的输入和事件并在辅助虚拟机上重放，从而确保两个虚拟机保持相同状态。

例如，系统将记录主虚拟机上的鼠标单击和按键操作，并在辅助虚拟机上重放。

由于辅助虚拟机处于主虚拟机的虚拟锁步状态，因此它可以在任意点接管执行操作，且不会中断服务或丢失数据。

通过跨物理主机平衡CPU 和内存工作负载，DRS 可以帮助您将物理主机集群作为单个计算资源进行管理。