[云计算]HCIP-5-计算虚拟化

目录

• 1.CPU虚拟化
• 2.内存虚拟化
• 3.I/O虚拟化
• 4.虚拟化的功能特性

1.CPU虚拟化

CPU虚拟化需要解决的两个问题：

• 如何模拟CPU指令（所有敏感指令）？

  • 敏感指令：可以读写系统关键资源的指令
  • 特权指令：绝大多数的敏感指令是特权指令，特权指令只可以在内核态执行

  CPU虚拟化漏洞：x86架构存在19条敏感指令

• 如何让多个虚拟机共享CPU？

  • 利用与Native操作系统类似的机制—通过定时器中断，在中断触发时陷入VMM，从而根据调度机制进行调度。

CPU虚拟化类型：

• 硬件辅助的虚拟化

• 全虚拟化

• 半虚拟化

  FusionCompute使用的是硬件辅助的全虚拟化

CPU与vCPU的对应关系：vCPU数 = 总线程数（路数*内核数*2）- 预留CPU数

2.内存虚拟化

内存虚拟化的问题：

• Native操作系统对内存的认识与管理达成以下共识

  • 内存都是从物理地址0开始的
  • 内存都是连续的

• 内存虚拟化需要解决的两个问题：

  • 从物理地址0开始的：物理地址0只有一个，无法同时满足所有客户机从0开始的要求
  • 地址连续：虽然可以分配连续的物理地址，但是内存使用效率不高，缺乏灵活性

内存虚拟化：把物理机的真实内存统一管理，包装成多个虚拟机的内存给若干虚拟机使用。KVM通过内存虚拟化共享物理系统内存，动态分配给虚拟机。

映射关系：HPA ←→ HVA ←→ GPA ←→ GVA （宿主机与虚拟机之前的物理内存/虚拟内存之间的映射页）

3.I/O虚拟化

I/O虚拟化：做好隔离减轻虚拟化带来的I/O开销。

1. 全虚拟化-无需安装特定驱动(使用的原生驱动),性能差

2. 半虚拟化-需要安装特定驱动,性能好

   FC 6.3.1+的版本,使用的都是半虚拟化,所以没装驱动=没有对应设备

4.虚拟化的功能特性

CPU-内存

• 预留：资源留给特定虚拟机，其他虚拟机无法使用
• 限制：设置特定虚拟机可使用的资源量
• 份额：当资源不够用的时候，按比例分配

内存复用（三种方式）

• 内存共享，写时复制：共享一个空的内存页，要写的时候做复制

• 内存置换：长时间不用的放到数据存储

• 内存气泡：通过气泡进程将VM1的空闲内存给VM2用

  通过内存复用，可以使得主机内存超额分配。

虚拟机HA（高可用）

• 虚拟机热迁移是后续动态资源调度和分布式电源管理技术的基础

• 支持主机、虚拟平台、虚拟机内部多种故障场景的检测和虚拟机恢复

• 支持集中控制HA和集群自治HA两种机制，可自选

• 可设置HA心跳消息的网络平面，降低网络压力

• 多种故障判断机制，避免漏判、误判故障

• 支持共享存储与本地存储虚拟机HA

虚拟机热迁移

• 特点：虚拟机磁盘数据位置不变，只更改映射关系
• 适用场景：可容忍短时间终端，但是需要快速恢复业务（例如轻量级数据库/桌面云业务）

动态资源调度 DRS

• 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

NUMA亲和性调度

• 系统会根据虚拟机配置、NUMA高级参数以及物理主机NUMA配置自动计算虚拟机NUMA拓扑结构并设置虚拟机NUMA与物理NUMA亲和性，使虚拟机内存访问性能达到最优

DPM分布式电源管理

• 特点：迁移低负载CNA到高负载CNA，下电

• 适用场景

  • 夜间低负载，自动迁移，下电空闲主机
  • 日间业务上升，自动上电，迁移虚拟机到新上电的主机

IMC

• 设置集群的IMC策略，使虚拟机可以在不同CPU类型的主机之间进行迁移。

• IMC可以确保集群内的主机向虚拟机提供相同的CPU功能集，即使这些主机的实际CPU不同，也不会因CPU不兼容而导致迁移虚拟机失败。

• 设置集群IMC策略时，如果集群中有主机或虚拟机，则必须满足下面的条件：

  • 集群下主机的CPU功能集必须等于或高于设置的目标基准功能集。
  • 集群下运行或休眠状态的虚拟机CPU功能集必须等于或低于目标基准功能集。如果存在不满足条件的虚拟机，需要将该虚拟机关机或迁移出该集群后设置。

规则组

• 特点：设定规则组可以控制虚拟机与虚拟机、虚拟机与主机之间的位置关系，以满足不同应用场景的需求

• 类型

  • 聚集虚拟机：列出的虚拟机必须在同一主机上运行
  • 互斥虚拟机：列出的虚拟机必须在不同主机上运行
  • 虚拟机到主机：虚拟机组的成员是否能在特定主机组的成员上运行