深信服服務(wù)器虛擬化-技術(shù)白皮書(shū)

深信服服務(wù)器虛擬化-技術(shù)白皮書(shū)PAGE深信服服務(wù)器虛擬化產(chǎn)品技術(shù)白皮書(shū)深信服科技有限公司深信服應(yīng)用交付產(chǎn)品技術(shù)白皮書(shū)文檔密級(jí)：公開(kāi)PAGEiii深信服科技版權(quán)所有縮寫(xiě)和約定英文縮寫(xiě)英文全稱(chēng)中文解釋HypervisorHypervisor虛擬機(jī)管理器（和VMM同義）VMMVMMVirtualMachineManager虛擬機(jī)監(jiān)視器HAHighAvailability高可用性vMotionvMotion實(shí)時(shí)遷移DRSDistributedResourceScheduler分布式資源調(diào)度程序FCFibreChannel光纖通道HBAHostBusAdapter主機(jī)總線適配器RAIDRedundantArraysofIndependentDisks磁盤(pán)陣列IOPSInput/OutputOperationsPerSecond每秒讀寫(xiě)（I/O）操作的次數(shù)VMVirtualMachine虛擬機(jī)LUNLogicalUnitNumber邏輯單元號(hào)

目錄TOC\h\z\t"SANGFOR_1_標(biāo)題1,1,SANGFOR_2_標(biāo)題2,2,SANGFOR_3_標(biāo)題3,3,SANGFOR_4_標(biāo)題4,4,SANGFOR_5_標(biāo)題5,5"第1章 服務(wù)器虛擬化介紹 1第2章 深信服服務(wù)器虛擬化aSV解決方案 32.1 技術(shù)原理 32.2 解決方案 72.3 計(jì)算虛擬化 92.4 存儲(chǔ)虛擬化 132.5 網(wǎng)絡(luò)虛擬化 162.6 高可用 172.7 管理與運(yùn)維 202.8 備份與恢復(fù) 22第3章 深信服aSV特色技術(shù) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.1 快虛工具 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.2 融合備份 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.3 底層防攻擊 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。第4章 深信服科技簡(jiǎn)介 24PAGE11深信服科技版權(quán)所有服務(wù)器虛擬化介紹服務(wù)器虛擬化，首先給人感覺(jué)就是深?yuàn)W神秘，但從原理來(lái)講，還是非常簡(jiǎn)單的。我們可以理解成讓一臺(tái)服務(wù)器變成多臺(tái)相互隔離的虛擬服務(wù)器，我們不再受限于物理上的界限，而是讓CPU、內(nèi)存、磁盤(pán)、I/O等硬件變成可以動(dòng)態(tài)管理的“資源池”，從而提高資源的利用率，簡(jiǎn)化系統(tǒng)管理，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器整合。深信服aSV虛擬化平臺(tái)作為介于硬件和操作系統(tǒng)之間的軟件層，采用裸金屬架構(gòu)的X86虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)器物理資源的抽象，將CPU、內(nèi)存、I/O等服務(wù)器物理資源轉(zhuǎn)化為一組可統(tǒng)一管理、調(diào)度和分配的邏輯資源，并基于這些邏輯資源在單個(gè)物理服務(wù)器上構(gòu)建多個(gè)同時(shí)運(yùn)行、相互隔離的虛擬機(jī)執(zhí)行環(huán)境，實(shí)現(xiàn)更高的資源利用率，同時(shí)滿(mǎn)足應(yīng)用更加靈活的資源動(dòng)態(tài)分配需求，譬如提供熱遷移、HA等高可用特性，實(shí)現(xiàn)更低的運(yùn)營(yíng)成本、更高的靈活性和更快速的業(yè)務(wù)響應(yīng)速度。

深信服服務(wù)器虛擬化aSV解決方案技術(shù)原理服務(wù)器虛擬化是資源的邏輯表示，而不受物理限制的約束。虛擬化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)形式是在系統(tǒng)中加入一個(gè)虛擬化層，將下層的資源抽象成另一形式的資源，提供給上層使用。服務(wù)器虛擬化就是使軟件和硬件相互分離，把軟件從主要安裝硬件中分離出來(lái)，使得上層操作系統(tǒng)可以直接運(yùn)行在虛擬環(huán)境上，可允許多個(gè)操作系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行在單個(gè)物理服務(wù)器上。如上圖所示，虛擬平臺(tái)上虛擬機(jī)或VCPU間協(xié)同需求一般出于其上層應(yīng)用程序需要，如服務(wù)在服務(wù)器整合中，多個(gè)虛擬機(jī)運(yùn)行在一個(gè)硬件平臺(tái)上，有的虛擬機(jī)運(yùn)行Web服務(wù)器和有的運(yùn)行SQL服務(wù)器，這樣在完成外界客戶(hù)查詢(xún)?cè)L問(wèn)時(shí)需要兩個(gè)服務(wù)器間協(xié)同完成；在多個(gè)虛擬機(jī)上運(yùn)行并行程序。上述常見(jiàn)應(yīng)用中，應(yīng)用服務(wù)間需要及時(shí)交換數(shù)據(jù)，所以運(yùn)行中需要多個(gè)虛擬機(jī)或VCPU同步運(yùn)行。內(nèi)存虛擬化1.內(nèi)存虛擬化的要點(diǎn)：VMM（Hypervisor）必須對(duì)物理內(nèi)存有最終的控制權(quán)，也就是說(shuō)，它必須控制將客戶(hù)物理地址空間映射到主機(jī)物理地址空間的操作。這樣，才可以順利的實(shí)現(xiàn)內(nèi)存虛擬化2.內(nèi)存虛擬化的方法：VMM維護(hù)一個(gè)虛擬機(jī)內(nèi)存管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——影子頁(yè)表(shadowpagetable)。VMM通過(guò)影子頁(yè)表給不同的虛擬機(jī)分配機(jī)器的內(nèi)存頁(yè)，如操作系統(tǒng)虛擬內(nèi)存一樣，VMM能將虛擬機(jī)內(nèi)存換頁(yè)到磁盤(pán)，因此，虛擬機(jī)申請(qǐng)的內(nèi)存可以超過(guò)機(jī)器的物理內(nèi)存。VMM也可以根據(jù)每個(gè)虛擬機(jī)的要求,動(dòng)態(tài)地分配相應(yīng)的內(nèi)存。I/O虛擬化包括管理虛擬設(shè)備和共享的物理硬件之間I/O請(qǐng)求的路由選擇。目前，實(shí)現(xiàn)I/O虛擬化有如下三種方式：全設(shè)備模擬、半虛擬化和直接I/O。全設(shè)備模擬是實(shí)現(xiàn)I/O虛擬化的第一種方式，通常來(lái)講，該方法可以模擬一些真實(shí)設(shè)備。一個(gè)設(shè)備的所有功能或總線結(jié)構(gòu)都可以在軟件中復(fù)制。該軟件作為虛擬設(shè)備處于VMM中，客戶(hù)操作系統(tǒng)的I/O訪問(wèn)請(qǐng)求會(huì)嵌入到VMM中，與I/O設(shè)備交互。解決方案服務(wù)器虛擬化方案中，通過(guò)搭建了虛擬化集群，并統(tǒng)一進(jìn)行管理。原有的服務(wù)器設(shè)備仍然可以正常運(yùn)行，并且與虛擬化服務(wù)器融合在一起。隨著虛擬化的不斷應(yīng)用，可以不斷動(dòng)態(tài)地增加虛擬化集群的規(guī)模，搭建更健康的IT體系架構(gòu)?？蛻?hù)端方面，延續(xù)了原先的訪問(wèn)模式，對(duì)于虛擬服務(wù)器的數(shù)據(jù)交互等操作，等同于原先傳統(tǒng)物理服務(wù)器的的訪問(wèn)模式，不會(huì)對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)造成任何不利影響。本章節(jié)接下來(lái)的部分，將從計(jì)算，存儲(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)，可用性，管理與監(jiān)控五個(gè)方面對(duì)虛擬化數(shù)據(jù)中心進(jìn)行全面闡述。計(jì)算虛擬化內(nèi)存復(fù)用技術(shù)虛擬化平臺(tái)平臺(tái)提供多種內(nèi)存復(fù)用技術(shù)和靈活自動(dòng)的內(nèi)存復(fù)用策略。對(duì)于某些物理內(nèi)存資源比較緊張的場(chǎng)景，如果用戶(hù)希望運(yùn)行超過(guò)物理內(nèi)存能力的虛擬機(jī)，以達(dá)到節(jié)省成本的目的，就需要有內(nèi)存復(fù)用策略來(lái)動(dòng)態(tài)地對(duì)內(nèi)存資源進(jìn)行分配和復(fù)用。內(nèi)存復(fù)用策略通過(guò)內(nèi)存復(fù)用技術(shù)，提升物理內(nèi)存利用率的同時(shí)，盡可能減少對(duì)虛擬機(jī)性能的影響?？蛻?hù)無(wú)需關(guān)心何時(shí)調(diào)用和怎么調(diào)用幾種復(fù)用技術(shù)，只需簡(jiǎn)單配置和開(kāi)啟復(fù)用策略后就能達(dá)到提升虛擬機(jī)密度的目的。aSV虛擬化平臺(tái)的內(nèi)存復(fù)用技術(shù)有以下三種：內(nèi)存氣泡、內(nèi)存零頁(yè)共享和內(nèi)存交換技術(shù)。CPUQoSHypervisor層根據(jù)分時(shí)復(fù)用的原理實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬CPU的調(diào)度，CPUQos的原理是定期給各虛擬CPU分配運(yùn)行時(shí)間片，并對(duì)各虛擬CPU在物理CPU上運(yùn)行的時(shí)間進(jìn)行記賬，對(duì)于消耗完時(shí)間片的虛擬CPU將被限制到物理CPU上運(yùn)行，直到獲得時(shí)間片。以此控制虛擬機(jī)獲得物理計(jì)算資源的比例。以上分配時(shí)間片和記賬的時(shí)間周期很短，對(duì)虛擬機(jī)用戶(hù)來(lái)說(shuō)會(huì)感覺(jué)一直在運(yùn)行。CPU份額和CPU預(yù)留只在各虛擬機(jī)競(jìng)爭(zhēng)計(jì)算資源的時(shí)候才發(fā)揮作用，如果沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)情況發(fā)生，有需求的虛擬機(jī)可以獨(dú)占物理CPU資源。客戶(hù)價(jià)值：CPUQos功能為客戶(hù)提供了控制虛擬機(jī)計(jì)算能力的手段：1)CPU上限可以供客戶(hù)實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)資源隔離的功能，通過(guò)控制某個(gè)虛擬機(jī)的CPU上限，可以有效避免該虛擬機(jī)負(fù)載過(guò)大時(shí)影響同一服務(wù)器上的其他虛擬機(jī)的性能。2)CPU份額可以控制一個(gè)服務(wù)器上的各個(gè)虛擬機(jī)在競(jìng)爭(zhēng)CPU資源時(shí)的資源占用率，可以針對(duì)不同等級(jí)的虛擬機(jī)提供SLA服務(wù)。3)CPU預(yù)留可以控制一個(gè)服務(wù)器上的各個(gè)虛擬機(jī)在競(jìng)爭(zhēng)CPU資源時(shí)的占有資源的最低值，在競(jìng)爭(zhēng)不充分時(shí)又可以將資源按需分配給虛擬機(jī)使用，既達(dá)到了資源的高效復(fù)用，又實(shí)現(xiàn)了在資源競(jìng)爭(zhēng)情況下根據(jù)虛擬機(jī)優(yōu)先級(jí)分配計(jì)算資源。存儲(chǔ)虛擬化派生克?。荷钚欧SV虛擬化平臺(tái)提供的虛擬機(jī)派生技術(shù)就是根據(jù)一個(gè)源虛擬機(jī)克隆出一個(gè)或多個(gè)克隆虛擬機(jī)，且克隆虛擬機(jī)擁有與源虛擬機(jī)完全相同的操作系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)乃至數(shù)據(jù)和文檔。克隆技術(shù)可分為完整克隆和派生克隆兩種。完整克隆方式下，克隆虛擬機(jī)和源虛擬機(jī)是兩個(gè)完全獨(dú)立的實(shí)體，源虛擬機(jī)的修改乃至刪除不會(huì)影響到克隆虛擬機(jī)的運(yùn)行，但缺點(diǎn)是2個(gè)虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)需要占用2份磁盤(pán)空間;與之相對(duì)應(yīng)的是派生克隆方式，克隆虛擬機(jī)必須在源虛擬機(jī)存在的情況下才能運(yùn)行，但優(yōu)點(diǎn)是多個(gè)克隆虛擬機(jī)之間的公共部分(共同來(lái)自源虛擬機(jī)的部分)可以共用同一份磁盤(pán)空間，因此在服務(wù)器主機(jī)資源相同的情況下，采用派生克隆的方式可以支持更多的虛擬機(jī)，運(yùn)行更多的業(yè)務(wù)，或者運(yùn)行更多的虛擬桌面，從而使企業(yè)的IT成本更低。精簡(jiǎn)存儲(chǔ)置備：在傳統(tǒng)的存儲(chǔ)系統(tǒng)中，當(dāng)某項(xiàng)應(yīng)用需要一部分存儲(chǔ)空間的時(shí)候，往往是預(yù)先從后端存儲(chǔ)系統(tǒng)中劃分出一部分足夠大的空間預(yù)先分配給該項(xiàng)應(yīng)用，即使這項(xiàng)應(yīng)用暫時(shí)不需要使用這么大的存儲(chǔ)空間，但由于這部分存儲(chǔ)空間已經(jīng)被預(yù)留了出來(lái)，其它應(yīng)用程序無(wú)法利用這些已經(jīng)部署但閑置的存儲(chǔ)容量。這種分配模式一方面使閑置的存儲(chǔ)數(shù)量不斷增加，系統(tǒng)總體擁有成本升高；另一方面用戶(hù)不得不購(gòu)買(mǎi)更大的存儲(chǔ)容量，才能適應(yīng)環(huán)境，成本進(jìn)一步加大。解決存儲(chǔ)過(guò)量供給的最有效的方式，是通過(guò)使應(yīng)用程序只消耗必要的存儲(chǔ)資源來(lái)將塊或塊組寫(xiě)入特定卷，優(yōu)化存儲(chǔ)利用，不必再購(gòu)買(mǎi)或維持超過(guò)實(shí)際所需的存儲(chǔ)。客戶(hù)價(jià)值：減少對(duì)虛擬磁盤(pán)的過(guò)度調(diào)配，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)資源的按需分配，通過(guò)降低或延遲存儲(chǔ)設(shè)備采購(gòu)的成本網(wǎng)絡(luò)虛擬化通常針對(duì)虛擬化服務(wù)器的技術(shù)是通過(guò)軟件模擬共享和虛擬化網(wǎng)絡(luò)適配器的一個(gè)物理端口，以滿(mǎn)足虛擬機(jī)的I/O需求，模擬軟件的多個(gè)層為虛擬機(jī)作了I/O決策，因此導(dǎo)致環(huán)境中出現(xiàn)瓶頸并影響I/O性能。深信服aSV虛擬化平臺(tái)提供的SR-IOV是一種不需要軟件模擬就可以共享I/O設(shè)備I/O端口的物理功能的方法，主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)橋卸載虛擬網(wǎng)卡，允許將物理網(wǎng)絡(luò)適配器的SR-IOV虛擬功能直接分配給虛擬機(jī)，可以提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，并縮短網(wǎng)絡(luò)延遲，同時(shí)減少處理網(wǎng)絡(luò)流量所需的主機(jī)CPU開(kāi)銷(xiāo)。客戶(hù)價(jià)值：可滿(mǎn)足高網(wǎng)絡(luò)IO應(yīng)用要求，無(wú)需特別安裝驅(qū)動(dòng)，且無(wú)損熱遷移、內(nèi)存復(fù)用、虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)管控等虛擬化特性。高可用虛擬化環(huán)境中，物理服務(wù)器和存儲(chǔ)上承載更多的業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)，設(shè)備故障時(shí)造成的影響更大。深信服aSV虛擬化平臺(tái)提供虛擬機(jī)熱遷移和虛擬機(jī)熱備份技術(shù)，降低宕機(jī)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)、減少業(yè)務(wù)中斷的時(shí)間。故障遷移：深信服aSV虛擬化平臺(tái)提供GuestOS故障檢測(cè)功能，當(dāng)客戶(hù)機(jī)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)（例如Windows系統(tǒng)藍(lán)屏），虛擬機(jī)管理程序會(huì)監(jiān)控到客戶(hù)機(jī)故障。虛擬機(jī)管理程序可以重啟或關(guān)閉客戶(hù)機(jī)，從而避免有故障的客戶(hù)機(jī)持續(xù)占用計(jì)算資源。當(dāng)采用統(tǒng)一存儲(chǔ)架構(gòu)時(shí)，集群中某一臺(tái)物理主機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，虛擬機(jī)可以在其他備份物理服務(wù)器上進(jìn)行恢復(fù)，避免虛擬機(jī)因物理故障出現(xiàn)的業(yè)務(wù)中斷。熱遷移技術(shù)：當(dāng)管理人員需要對(duì)正在提供業(yè)務(wù)的服務(wù)器進(jìn)行硬件維護(hù)或者虛擬機(jī)遷移時(shí)，可以通過(guò)熱遷移可以實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)的在線動(dòng)態(tài)遷移,保證業(yè)務(wù)連續(xù)性。這種技術(shù)可以在業(yè)務(wù)持續(xù)工作的前提下，將運(yùn)行于A服務(wù)器的某虛擬機(jī)遷移到B服務(wù)器中?？蛻?hù)價(jià)值：零宕機(jī)時(shí)間:進(jìn)行計(jì)劃內(nèi)硬件維護(hù)和升級(jí)遷移工作負(fù)載，業(yè)務(wù)不中斷實(shí)現(xiàn)整體數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)高可用，無(wú)需使用昂貴、復(fù)雜的傳統(tǒng)集群解決方案。最大限度地減少硬件、軟件故障造成的業(yè)務(wù)中斷時(shí)間提高整個(gè)基礎(chǔ)架構(gòu)范圍內(nèi)的保護(hù)力度管理與運(yùn)維深信服aSV虛擬化平臺(tái)提供基本的系統(tǒng)故障告警能力，能定期掃描預(yù)設(shè)的告警項(xiàng)。并可提供專(zhuān)家解決方案使得用戶(hù)快速解決問(wèn)題。虛擬化監(jiān)控與管理對(duì)服務(wù)器整合項(xiàng)目的成功至關(guān)重要。如果虛擬化整合的比率過(guò)高，那么最終用戶(hù)體驗(yàn)到的虛擬化性能將會(huì)很差。既然最不想看到的就是用戶(hù)的抱怨，那么隨著添加的虛擬機(jī)越來(lái)越多，你必須密切監(jiān)控虛擬化計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)的性能。 aSV集成物理資源、虛擬機(jī)、虛擬網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了對(duì)服務(wù)器虛擬化平臺(tái)整體的資源監(jiān)控，可以幫助管理員對(duì)整體資源池進(jìn)行容量規(guī)劃，達(dá)到云計(jì)算資源的最佳實(shí)踐客戶(hù)價(jià)值深信服aSV虛擬化平臺(tái)主動(dòng)提供系統(tǒng)故障，及時(shí)向用戶(hù)傳遞系統(tǒng)警告信息以便及時(shí)暴露問(wèn)題。用戶(hù)可以方便對(duì)故障進(jìn)行及時(shí)的修復(fù)、跟蹤和記錄。備份與恢復(fù)快速備份／恢復(fù)快照可迅速生成，并可用作傳統(tǒng)備份和歸檔的數(shù)據(jù)源，縮小甚至消除了數(shù)據(jù)備份窗口；快照存儲(chǔ)在磁盤(pán)上，可以快速直接存取，大大提高數(shù)據(jù)恢復(fù)的速度。保存多個(gè)恢復(fù)點(diǎn)目標(biāo)，基于磁盤(pán)的快照使存儲(chǔ)設(shè)備有靈活和頻繁的恢復(fù)點(diǎn)，可以快速通過(guò)不同時(shí)間點(diǎn)的快照恢復(fù)數(shù)據(jù)。

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