第二章 计算虚拟化技术

华为计算虚拟化技术,本节介绍FusionCompute计算虚拟化的关键技术并展开阐述。学员需充分把握特性内涵以助于后续实际环境中进行功能的合理引用与优化,学完本课程后，您将能够:了解虚拟化的基本能力了解虚拟化迁移与可用性了解虚拟化高级特性,虚拟计算资源基础，QoS及在线调整虚拟机迁移与可用性虚拟化的高级特性虚拟机管理登录窗口,虚拟机vCPU,系统虚拟化最主要是虚拟出CPU、内存及I/O设备。虚拟出的CPU称之为vCPU,虚拟机内存分配,Hostphysicalmemory指虚拟机管理程序可用的内存Guestphysicalmemory指的是运行在VM上的GuestOS可用的内存Guestvirtualmemory指GuestOS向应用程序提交的一个连续的虚拟地址空间。它是在虚拟机中运行的应用程序的内存,主机内存超分配,HostMemory和GuestMemory之间并不是一一对应可以超额分配内存给VM通过内存复用技术实现超分配功能例如，Hypervisor的总内存共4G，但上层三个GuestOS的分配的总内存达到了6G,内存复用技术，提高50%虚拟机密度,华为虚拟化平台，通过智能复用以上三种技术将内存复用比提升至150%同等内存资源条件下，虚拟机密度提升150%，降低50%的硬件(内存)采购成本,内存共享虚拟机之间共享同一物理内存空间（蓝色），此时虚拟机仅对内存做只读操作写时复制当虚拟机需要对内存进行写操作时（红色），开辟另一内存空间，并修改映射,内存置换虚拟机长时间未访问的内存内容被置换到存储中，并建立映射，当虚拟机再次访问该内存内容时再置换回来,内存气泡Hypervisor通过内存气泡将较为空闲的虚拟机内存释放给内存使用率较高的虚拟机，从而提升内存利用率,QoS,特性简介虚拟机支持针对计算资源（CPU、内存）灵活的QoS（QualityofService）服务质量控制客户价值虚拟机QoS功能，实现了可衡量的计算能力，用来保证虚拟机的计算能力在一定范围内，隔离了虚拟机间由于业务变化而导致的计算能力的相互影响，满足了不同业务虚拟机的计算性能要求。同时可以更好地控制计算资源，最大程度复用资源，降低成本，提高用户满意度,QoS精细化资源管控，保障VIP业务可用,按业务优先级进行Qos控制以企业内部应用重要程度设置资源优先级,按用户优先级进行QoS控制以客户的重要程度设置资源优先级,华为虚拟化解决方案支持:CPUQoS；内存QoS；网络QoS和存储QoS,虚拟机CPUQoS,CPUQoS功能包括三个特性：CPU上限：控制虚拟机占用物理资源的上限以一个两vCPU的虚拟机为例。设置该虚拟机CPU上限为3GHz，则其每个虚拟CPU计算能力被限制为1.5GHzCPU份额：CPU份额是在多个虚拟机竞争物理CPU资源时候按比例分配计算资源以一个主频2.8GHz单核物理主机为例。A，B，C是运行有三台单CPU的虚拟机，份额分别为1000，2000，4000。当三个虚拟机CPU满负载运行时，份额为1000的虚拟机A的计算能力约为400MHz的，份额为2000的虚拟机B获得的计算能力约为800MHz，份额为4000的虚拟机C获得的计算能力约为1600MHzCPU预留：CPU预留是在多个虚拟机竞争物理CPU的时候最低分配的计算资源以一个主频为2.8GHz的单核物理机为例，如果运行有三台单CPU的虚拟机A、B、C，份额分别为1000、2000、4000，预留值分别为700MHz、0MHz、0MHz。当三个虚拟机满CPU负载运行时：虚拟机A按照份额分配本应得400MHz，由于其预留值大于400MHz，最终计算能力按照预留值700MHz算，多出的(700-400)MHz按照B和C各自的份额比例从B和C处扣除，虚拟机B获得的计算能力约为(800-100)MHz，虚拟机C获得的计算能力约为(1600-200)MHz注意：CPU份额和预留只在各虚拟机竞争计算资源时发挥作用，如果没有竞争情况发生，有需求的虚拟机可以独占物理CPU资源,虚拟机CPU热插拔,不启用：调整CPU资源控制策略时，在线生效；增加CPU数量或减少CPU数量时，需重启虚拟机后生效启用CPU热添加：增加CPU数量、调整CPU资源控制策略时，在线生效；减少CPU数量，需重启虚拟机后生效注意：热添加CPU需要操作系统支持。目前支持的操作系统有WindowsServer08,2012，SuseLinux，其他操作系统不支持热添加,虚拟机内存QoS,内存QoS功能包括两个特性：份额和预留内存预留：虚拟机预留的最低物理内存预留的内存被会虚拟机独占。即，一旦内存被某个虚拟机预留，即使虚拟机实际内存使用量不超过预留量，其他虚拟机也无法抢占该虚拟机的空闲内存资源内存份额：适用资源复用场景，按比例分配内存资源以6G内存规格的主机为例，假设其上运行有三台4G内存规格的虚拟机，内存份额分别为20480、20480、40960，那么其内存分配比例为1:1:2。当三个虚拟机内部均逐步加压，策略会根据三个虚拟机的份额按比例分配调整内存资源，最终三个虚拟机获得的内存量稳定为1.5G、1.5G、3G注意：内存份额只在各虚拟机竞争内存资源时发挥作用，如果没有竞争情况发生，有需求的虚拟机可以最大限度地获得内存资源。例如，如果虚拟机B和C没有内存压力且未达到预留值，虚拟机A内存需求压力增大后，可以从空闲内存、虚拟机B和C中获取内存资源，直到虚拟机A达到上限或空闲内存用尽且虚拟机B和C达到预留值,虚拟机计算资源在线调整,特性简介平台支持在虚拟机运行情况下调整CPU和内存规格，虚拟机下次重启后生效对于少量支持在线生效的操作系统，可以不用重启实时生效,计算资源在线调整,虚拟计算资源基础，QoS及在线调整虚拟机迁移与可用性虚拟机的高级特性虚拟机管理登录窗口,虚拟机热迁移特性,特性描述：将运行中的虚拟机迁移至站点内指定的主机上特性实现：将虚拟机配置和设备信息传送到目标主机上传送虚拟机内存将虚拟机迁移时的初始内存及内存变更分片同步到目标主机上暂停源虚拟机并传送状态在原主机上暂停虚拟机将最后的变更内存传到目标主机恢复目标虚拟机在目标主机上恢复虚拟机，并在原主机上停止虚拟机,异构迁移功能特性与应用建议,背景：热迁移要求物理机的CPU特性必须相同或兼容，否则无法进行迁移。为解决虚拟机在CPU异构的物理机间进行热迁移，引入异构热迁移技术应用建议：主机列表信息中，可以看到每个主机最大支持的异构迁移模式，用户可以在集群设置中设置异构迁移模式，可通过由高到低逐步尝试设置，当校验通过时，为当前集群所能设置的最高值如果集群中某台主机型号明显低于其它主机，一般来讲该主机将决定集群只能设置为较低的模式。因此，建议在规划集群时，节点间的CPU模式支持能力不要差距太大，导致整体性能较低，资源浪费,异构迁移功能特性配置,集群高级设置中增加IMC(IncompatibleMigrationCluster)模式支持六种Baseline：MeromPenrynNehalemWestmereSandyBridgeIvyBridge,虚拟机热迁移技术,技术特点基于内存压缩传输技术，虚拟机热迁移效率提升1倍同时支持共享存储与本地存储热迁移适用场景可容忍短时间中断，但必须要快速恢复业务。比如轻量级数据库业务，桌面云业务,虚拟机热迁移过程中，不中断虚拟机业务，用户无感知,集群计算资源调度调度自动化,技术特点同一集群内，VM由系统根据策略自动负载均衡负载均衡算法优化，避免VM无效迁移,适用场景负载均衡确保业务性能削峰填谷，避免高峰期的拥塞,FusionCompute,FusionCompute,FusionCompute,FusionCompute,集群计算资源调度电源管理,技术特点系统自动选择合适的物理机上下电，减小迁移VM数量保证小部分物理机处理休眠态，以快速满足新增业务所需资源,适用场景晚上业务量降低时，物理机资源利用不充分，自动合并虚拟机，腾出空闲物理机后下电白天业务早上升时，物理机资源不够用，物理机自动上电，并迁移重载物理机上虚拟机到新上电物理机，保证业务质量,FusionCompute,FusionCompute,FusionCompute,FusionCompute,计算资源调度联合调度结果示例,负载均衡和节能减排策略联合作用效果,VM2,VM1,VM4,VM3,VM6,VM7,VM5,VM8,VM8,VM1,Host1,Host2,Host3,集群计算资源调度高级调度规则,高级调度规则有哪些分类？聚集虚拟机：列出的虚拟机必须在同一主机上运行，一个虚拟机只能被加入一条聚集虚拟机规则中虚拟机互斥：一组虚拟机两两运行在不同主机上虚拟机到主机：一组虚拟机运行在指定的一组主机上高级调度规则与负载均衡和电源管理间关系优先级高于负载均衡优先级低于电源管理,虚拟机HA功能,特性描述：物理服务器或虚拟机故障时，系统在资源池中自动启动虚拟机到另一可用物理服务器上物理机故障类型：主机下电，重启，宕机虚拟机OS故障类型：Windows蓝屏，LinuxPanic等特性实现：VM故障或计算节点故障管理节点查询VM状态，发现VM故障管理节点判断VM有HA属性，则根据保存的VM信息（规格、卷），选择可用的CNA启动VMCNA节点收到HA请求，根据VM规格、卷信息启动新的VM启动过程中，将VM之前的卷重新挂载，包括用户卷,基于HA的业务自动恢复,定时进行故障探测,根据调度算法选择计算节点，并在此节点上启动虚拟机,5,6,5,6,物理机故障,将原来的存储卷挂载到此节点上并启动虚拟机,5,4,3,6,VRM模块功能下发主机配置,虚拟机兼容性列表，存储心跳等配置信息接收HADTOPO上报协调维护DataStore上保存启动虚拟机时的网络规则信息HAD模块功能根据配置选举Master节点Master节点负责监控每个Slave主机的主机状态(通过管理心跳，存储心跳同时监控)Slave主机异常时将上面的虚拟机在其他节点上启动识别主机当前状态(隔离分区),并在分区恢复后融合，主节点异常时重新选举VNA模块功能保存虚拟机配置信息及在网络配置信息保存在共享存储上支持通过配置信息在节点上启动虚拟机支持HAD的运行虚拟机列表查询,HA自治功能,功能介绍：集群下主机通过选举一个主节点，来监控每个主机的状态并维护虚拟机列表；当主机发生故障时，主节点负责将故障节点上的虚拟机在其他主机上启动,高可用性FT技术,技术特点秒级切换时间，IT业务无感知（丢包数1%）支持2vCPU虚拟机（V虚拟平台仅支持单vCPU虚拟机开启FT）性能损耗控制范围：530%适用场景高可用性要求系统，比如：交易系统、ERP系统,虚拟计算资源基础，QoS及在线调整虚拟机迁移与可用性虚拟机的高级特性虚拟机管理登录窗口,NUMA技术,NUMA服务器的基本特征是具有多个CPU模块，每个CPU模块由多个CPU(如4个)组成，并且具有独立的本地内存、I/O槽口等。由于其节点之间可以通过互联模块进行连接和信息交互，因此每个CPU对本地内存的访问速度要快于对共享和其他CPU本地内存的访问速度。在数据和特定任务或用户强相关业务服务器上，利用NUMA可以显著提高性能,HostNUMA,HostNUMA简介HostNUMA自动把VM的CPU和内存资源分配在同一个node上，并对主机node间的CPU资源做负载均衡应用价值HostNUMA保证VM访问本地物理内存，减少了内存访问延迟，VM访问内存是基本操作，对VM性能有提升，性能提升的幅度与VM虚拟机访问内存大小和频率相关初始放置当启动VM时，HostNUMA根据当时主机内存和CPU负载，选择一个负载较轻的node放置该VM，使VM的CPU和内存资源分配在同一个node上CPU负载均衡VM的CPU负载是动态变化的。在初始放置的node上，node的CPU资源负载也会随之变化，这会导致某个node的CPU资源不足，而另一个node的CPU资源充足。在此情况下，HostNUMA会从CPU资源不足的node上选择VM，把VM的CPU资源分配在CPU资源充足的node上。CPU负载均衡解决了node的CPU资源不足引起的VM性能瓶颈问题,HostNUMA原理示意,HostNUMA把VM的物理内存放置在一个node上，对VM的vCPU调度范围限制在同一个node的物理CPU上,为保证VM的CPU和内存资源在一个node上，对于VM的vCPU个数超过node中CPU的核数的VM，HostNUMA把该VM的内存均匀的放置在每个node上，vCPU的调度范围为所有node的CPU,GuestNUMA,GuestNUMA简介通过向虚拟机呈现NUMA结构，使GuestOS及其内部应用识别NUMA结构，以达到提升应用性能的目的应用价值GuestNUMA能够使得虚拟机内部程序运行时针对NUMA结构进行优化，CPU会优先使用同一个Node上的内存，从而减小内存访问延时、提高访问效率，以达到提升应用性能的目的初始放置根据虚拟Node规格和物理Node负载情况，将虚拟Node和物理Node关联起来，属于该虚拟Node的vcpu和虚拟机内存会被部署在同一物理Node上运行和分配拓扑呈现根据物理NUMA结构和虚拟机配置，由用户指定或虚拟化平台自动生成虚拟机的NUMA拓扑结构，并呈现给虚拟机。GuestOS和应用程序就会根据该拓扑结构进行优化,基于NUMA架构的中断亲和性调度,中断亲和性调度：虚拟化层自动绑定涉及的I/O操作的虚拟设备，服务和虚拟中断线程，并基于资源的NUMA节点进行分配。由于中断，线程和数据都是相同的在NUMA节点处理，从而提高了I/O数据处理效率应用价值：针对大规格、高性能虚拟机场景，适用Oracle、SQLServer等关键应用,虚拟机直通,GPU直通支持将物理服务器上的GPU（GraphicProcessingUnit）直接关联给特定的虚拟机，来提升虚拟机的图形视频处理能力，以满足客户对于图形视频等高性能图形处理能力的需求；在华为桌面云场景下，支持图形处理桌面iNIC网卡直通支持将物理服务器上的iNIC网卡虚拟化后关联给多个虚拟机，以满足用户对网络带宽的高要求。关联了iNIC网卡的虚拟机仅支持在同一集群内使用iNIC网卡的主机上手动迁移USB设备直通支持将物理服务器上的USB设备直接关联给特定的虚拟机，以满足用户在