虚拟化“秘籍”的特性

我们都知道云计算只是一种模式，而虚拟化才是一种技术，而云计算1.0时代就是以虚拟化为主的，那为什么虚拟化能成为云计算中很重要的部分呢？
之前，我们知道虚拟化的特点是分区，隔离，封装，独立。基于这些特性，从集群和虚拟机两个角度介绍。

虚拟化集群特性

一、虚拟化集群特性
集群是一种把一组计算机组合起来作为一个整体向用户提供资源的方式，在虚拟化集群中可以提供计算资源、存储资源和网络资源，只有包含了这些资源以后，该集群才是完整的。
1、HA特性
HA实现的基本原理：
使用集群技术，克服单台物理主机的局限性，最终达到业务不中断或者中断时间减少的效果。在虚拟化中的HA只保证计算层面，具体来说，虚拟化层面的HA是虚拟机系统层面的HA，即当一台计算节点出现故障时，在集群中的另外一台节点中能快速自动的将其启动起来。
虚拟化集群一般都会使用共享存储，虚拟机由配置文件和数据盘组成，而数据盘是保存在共享存储上的，配置文件则保存在计算节点上。当计算节点出现故障时，虚拟化管理系统（如vCenter、VRM等）会根据记录的虚拟机配置信息在其它节点重建出现故障的虚拟机。
而在实现的过程中，解决两个问题：
①如何发现是否发生故障
②虚拟机不能正常启动怎么办

要检测到计算节点是否故障，管理员需要定期和集群内所有的节点建立通讯，一旦某个节点无法通讯，则证明该节点可能出现了故障。以华为的 FusionCompute为例，CNA主机和VRM通过心跳机制来保证VRM有效的感知CNA节点是否发生了异常，具体过程如下：
①CNA主机侧有某个进程或服务承载着心跳机制的任务；
②主机每间隔3s会向VRM主动上报心跳，如果连续10 次，即30s内主机没有向VRM上报心跳，则会置此主机为“故障”状态，此时FC-Portal上会有“主机与VRM心跳异常”的告警出现；
③主机每次向VRM上报心跳的时候都有超时机制，socket连接、接收、发送超时时间均为10s，如果VRM服务有异常或网络出现异常，都可能导致超时出现，而每次打印超时日志的时机=“超时探测时间间隔3s”+“socket超时时间10s”= 13s 的日志时间戳；
④VRM侧每收到一个主机侧发来的心跳就会将心跳频率heartBeatFreq变量设置为10（默认为10，此值可以通过修改配置文件修改），检测线程每3s会将该值减1，同时对该参数当前值进行判断，如果<=0，则认为此值对应的主机节点异常，在FC-Portal 上报告警，同时会把此主机异常的消息发送给VRM进行虚拟机HA 机制判断。

接下来看一下第二个问题。虚拟机在其它主机上启动的时候，有可能会虚拟机上的业务无法自启动，甚至可能操作系统都无法正常启动，所以虚拟机层面的业务不能恢复的风险很大，同时业务恢复的时间也较长，这时候我们需要启用业务层面的HA，一旦主用的虚拟机出现故障或者不能恢复时，业务会借助浮动IP、Keepalived等与高可用相关的技术，将业务在备用的虚拟机上恢复。虚拟机层面的HA一般会和应用层面的HA 配合使用，可以缩短业务恢复的时间，提高业务恢复的几率。
2、负载均衡
负载均衡是一种集群技术，它将特定的业务（网络服务、网络流量等）分担给多台网络设备（包括服务器、防火墙等）或多条链路，从而提高了业务处理能力，保证了业务的高可靠性。
具备以下优势：高性能，可扩展性，高可靠性，可管理性（大量的管理工作都集中在应用负载均衡技术的设备上，设备群或链路群只需要常规的配置和维护即可），透明性。
3、易扩容
在传统非虚拟化的环境中，所有的业务都部署在物理机上，有可能在系统建设的初期，业务量不是很大，所以为物理机配置的硬件资源是比较低的，随着业务量的增加，原先的硬件无法满足需求，只能不停的升级硬件，比如将原先的一路CPU升级为两路，将256G的内存升级为512G，这种扩容方式称为纵向扩容（Scale-up）。然而，物理机的所能承担的硬件是有上限的，如果业务量持续增加，最后只能更换服务器，停机割接是必然的。
在虚拟化中，将所有的资源进行池化，承载业务虚拟机的资源全部来自于这个资源池，当上面业务量持续增加的事情发生时，我们不需要升级单台服务器的硬件资源，只需要增加资源池中资源即可，具体在实施的时候，只需要增加服务器的数量即可，这种扩容方式称为水平扩容。
4、内存复用
内存复用是指在服务器物理内存一定的情况下，通过一定技术手段，使得虚拟机内存总和大于服务器物理内存总和，提高服务器中虚拟机密度。
内存复用的技术主要包括：内存气泡、内存置换、内存共享。一般情况下，这三种技术需要综合应用，同时生效。
内存气泡
系统主动回收虚拟机暂时不用的物理内存，分配给需要复用内存的虚拟机。内存的回收和分配均为系统动态执行，虚拟机上的应用无感知。整个物理服务器上的所有虚拟机使用的分配内存总量不能超过该服务器的物理内存总量。
每台虚拟机有2G 的虚拟内存，然而VM1的内存利用率仅为20%，而VM2和VM3的内存利用率都到了70%，此时，系统会自动将分配给VM1的物理内存在后台映射给VM2和VM3以达到缓解内存压力的效果。
内存置换
将外部存储虚拟成内存给虚拟机使用，将虚拟机上暂时不用的数据存放到外部存储上。系统需要使用这些数据时，再与预留在内存上的数据进行交换。
内存置换类似于windows的虚拟内存和linux的swap分区的作用，都是使用存储模拟内存的功能，将一部分已被调用到内存但是使用频率很低的数据先放到磁盘中，当这些数据到用到的时候，这些数据会再被调回到内存中。
内存共享
多台虚拟机共享数据内容相同的内存页。
使用了内存复用后，可在一定程度上降低客户的成本。
 当计算节点的内存数量固定时，可以提高计算节点的虚拟机密度。
 当计算节点的虚拟机密度固定时，可以节省计算节点的内存数量。
二、虚拟化特性介绍
1、虚拟机快速部署
虚拟机的快速部署可以通过两种方式实现——按模板部署和虚拟机克隆。
模板的本质也是一台虚拟机，可以理解为虚拟机的一个副本，它同样包含了虚拟机磁盘和虚拟机的配置文件，使用模板创建虚拟机能够大幅节省配置新虚拟机和安装操作系统的时间。虚拟机模板创建后，不允许开机，也不允许启动，这样的设计是为了保证这个模板不会被其它随意的编辑而改变，同时它永远不占用集群的计算资源。
与使用模板部署不同，虚拟机克隆是在某个时间点对源虚拟机进行完全的复制，每个被克隆出来的虚拟机的所有设置，包括主机名、IP 地址等个性化数据，都和源虚拟机一模一样。
2、虚拟机资源热添加
热添加指的是在虚拟机开机状态下为虚拟添加计算、存储和网络资源。
除了需要虚拟机本身支持热添加的功能，虚拟机的操作系统也要支持，才能使热添加上的资源立刻生效，否则，需要重启虚拟机，经过操作系统对硬件资源的识别后才可以使用。
3、虚拟机快照
虚拟机快照一般应用在当对虚拟机进行升级、打补丁、测试等破坏性试验前，一旦虚拟机出现了故障，使用快照可以对虚拟机进行迅速恢复。
快照技术有如下特点：
快照可迅速生成，并可用作传统备份和归档的数据源，缩小甚至消除了数据备份的窗口。
快照存储在磁盘上，可以快速直接存取，提高了数据恢复的速度。
常见的快照模式分为两种：写前拷贝（COW，Copy-On-Write）快照和写时重定向（ROW，Redirect-On-Write）快照。
4、NUMA
NUMA，全称为非统一内存访问（Non Uniform Memory Access Architecture），它是一种可以提高数据读写速度的技术。
计算机单个CPU的运算速度已经到达瓶颈，所以设计者采用多路多核CPU的方式来提高计算机的运算速度。CPU和内存是通过北桥的方式互相连接，由于CPU数量增多了，内存也相应的进行了增加，这就导致在北桥上的响应速度变慢，且越来越明显，于是，设计者就把内存平均的绑给每个CPU，这样就可以避免共享北桥而出现的拥塞。
修改完以后，内存和CPU做了绑定，CPU从绑定的内存（Local Access）中读取数据的响应时间较短，而如果跨CPU访问内存（Remote Access）读取数据的响应时间较长，既然Local Access速度快，那么就让程序在运行时全部使用一个CPU和与其相绑定的内存，这样就可以提高工作效率，这就是NUMA。
三、华为虚拟化产品特性
1、集群特性
HA
电源管理（DPM）
电源管理自动化功能会周期性地检查集群中服务器的资源使用情况，如果集群中资源利用率不足，则会将多余的主机下电节能，下电前会将虚拟机迁移至其它主机；如果集群资源过度利用，则会将离线的主机上电，以增加集群资源，减轻主机的负荷。
DRS规则
DRS可以通过一定的规则，为系统在进行负载均衡时提供迁移参考。
 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。
 互斥虚拟机：列出的虚拟机必须在不同主机上运行，一个虚拟机只能被加入一条互斥虚拟机规则中。
 虚拟机到主机：关联一个虚拟机组和主机组并设置关联规则，指定所选的虚拟机组的成员是否能够在特定主机组的成员上运行。
如果不同的规则发送冲突，调度顺序也是按照上面来处理。
IMC
使虚拟机可以在不同CPU类型的主机之间进行迁移。
2、虚拟机特性
（1）虚拟机资源QOS
CPU qos
虚拟机的CPU QoS用于保证虚拟机的计算资源分配，隔离虚拟机间由于业务不同而导致的计算能力相互影响，满足不同业务对虚拟机计算性能的要求，最大程度复用资源，降低成本。
CPU QoS包含如下三个参数：
CPU份额定义多个虚拟机在竞争物理CPU资源的时候按比例分配计算资源;
CPU预留定义了多个虚拟机竞争物理CPU资源的时候分配的最低计算资源;
CPU资源限额控制虚拟机占用物理CPU资源的上限。以一个两CPU的虚拟机为例，如果设置该虚拟机CPU上限为3GHz，则该虚拟机的两个虚拟CPU计算能力被限制为1.5GHz。
内存qos
提供虚拟机内存智能复用功能，依赖内存预留比。通过内存气泡等内存复用技术将物理内存虚拟出更多的虚拟内存供虚拟机使用，每个虚拟机都能完全使用分配的虚拟内存。
内存qos包含如下三个参数：
内存份额定义多个虚拟机竞争内存资源的时候按比例分配内存资源；
内存预留定义多个虚拟机竞争内存资源的时候分配的内存下限，能够确保虚拟机在实际使用过程中一定可使用的内存资源；
内存资源限额控制虚拟机占用物理内存资源的上限。
网络qos
网络QoS策略提供带宽配置控制能力，QoS功能不支持同一主机上虚拟机之间的流量限制：
基于端口组成员接口发送方向与接收方向的带宽控制
基于端口组的每个成员接口提供流量整形、带宽优先级的控制能力

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