(ZZ) 剖析系统虚拟化(3)——VMware vSphere的简介

在上篇文章介绍了X86虚拟化技术的发展之后，本篇将把重点对准X86虚拟化技术的领导者VMware和它核心产品VMware vSphere。

在某种意义上来说，VMware就是X86虚拟化技术的代名词，不论是从客户端的VMware Workstation系列，还是服务器端的VMware Infrastructure（最近改名为vSphere）系列，都属于X86虚拟化技术的代表之作。而且估计VMware也知道“不进则退”的道理，所以其在客户端和服务器都占据大半份额之后，VMware也已经做好向其他方面进军的努力，那么下面就和大家稍微聊一下VMware在发展方面的总体思路。

 

VMware 的思路

在VMworld2009大会上，VMware CTO Steve Herrod在提到VMware总体发展方向的时候，他主要提到了三个方面：

1. vSphere，这系列之前的产品名称为 VMware Infrastructure，而且之前已经推出了3代产品，但在2009年初，为了烘托它的第4代产品在云计算所起的作用，将产品更名为“VMware vSphere”，同时官方也称其为Cloud OS或者VDC（Virtual Data Center）-OS。vSphere主要用于服务器端虚拟化，通过在一台物理服务器上虚拟出多台虚拟机来起到服务器整合和资源优化等目的。本篇的下半部分将重点介绍vSphere。
2. vCloud，是VMware的云计算计划，旗下有两个分支，其一是名为VMware vCloud Express的IaaS（基础设施即服务）解决方案，其二是名为VMware Platform as a Service的PaaS（平台即服务）解决方案。
3. VMware View，是VMware桌面虚拟化产品，通过VMware View能够在一台普通的物理服务器上虚拟出很多台（桌面整合率普遍为服务器整合率的两倍左右，一般为1：16）虚拟桌面（Virtual Desktop）来供远端的用户使用，这样做的优点是简化IT的管理，并节省了开支。

图1 VMware 三大战略方向（参【3】）

当然，在VMware产品库中还有客户端虚拟化产品的VMware Workstation，估计因为这块市场已经比较成熟的原因，所以Steve Herrord并没有在演讲中非常强调。当然除了云计算之外，智能手机也是业界另一个热门词汇，VMware也有一款名字为VMware Mobile的智能终端虚拟化产品，它的作用在一台智能终端上虚拟出多台虚拟机，以满足不同的需求，比如虚拟两台虚拟机，其一是用于打电话和玩游戏等个人事务，而另一台则是用于接入公司VPN，发Email和使用CRM等企业事务，通过隔离这两种事务并随时切换，来达到安全和方便的效果。

 

VMware vSphere

VMware vSphere 主要可被为两部分：其一是VMM（虚拟化管理器）部分，VMware ESX 4，其二是用于整合和管理VMM的VMware vCenter。下面是vSphere的架构图：

图1. VMware vSphere 架构图

 

VMware ESX 4

VMware ESX 4是属于本系列第一篇提到的Hyperviosr形式的VMM，是直接安装硬件（Bare Metal)上面，也称为“Type 1”。VMware ESX 4和之前VMware ESX 3.5/3相比，在功能和特性上有很多更新和扩展，其中最大的区别过于VMware ESX 4只支持64bit运行模式，所以其只能安装在支持64位计算的X86物理机上。除了ESX，VMware还推出了精简版的ESXi，ESXi与ESX的最大区别在于其去除Service Console。还有，本系列常使用“主机”来表示装有Hyperviosr形式的VMM的物理机。

VMware ESX 4 主要有三方面功能：

1. Infrastructure Service：就是VMM的功能，也是整个产品的基础。通过一个在物理机之上的虚拟层能抽象处理器，内存和I/O等资源来运行多个虚拟机。虚拟机能支持高达8个的vCPU和256GB内存，这样的资源配置能满足高性能应用程序的性能需求。还支持热添加功能，来向虚拟机热添加虚拟CPU、内存和网络设备，使应用程序能无缝扩展。
2. 增强型的Infrastructure Service：除了基本的Infrastructure Service之外，ESX 4还提供一些增强型的功能，以更好为虚拟化服务，比如，VMDirectPath能增强网络和存储I/O性能，vStorage的 Thin Provisioning和Linked Clone这两个技术可减少存储空间达50%左右。
3. Application Service：主要作用是提供一个VMware vCenter Agent，来将本机的管理和性能信息上传给VMware vCenter，同时还能根据VMware vCenter 发来的指示来协助执行诸如vMotion和HA这类高级功能。

 

VMware vCenter

VMware vCenter是用于VMware vSphere环境的管理程序，它作为管理节点来控制和整合属于其域的vSphere主机，其既可以安装物理机的操作系统上，也可以安装在虚拟机的操作系统（官方推荐）。在实现上面，它是基于Java技术的，后台连接自带的微软SQL Server Express，也可以使用Oracle的数据库，并可以使用其“链接模式”来集群多个vCenter来支持大量用户的访问。在通信方面，它通过vSphere主机内部自带vCenter Server Agent来与ESX进行联系，并提供API供外部程序和vCenter客户端调用。在扩展性方面，它支持很多第三方的插件。

图3 Virtual Center的架构图（参【2】）

基本功能

主要包括六项基本功能：

1. 资源和虚拟机的清单管理：通过这个功能能够列出和管理这个vCenter的管理域内所有的资源（比如存储，网络，CPU和Memory等）和虚拟机。
2. 任务调度：能够更好地支持那些定时或者立即执行的任务（比如vMotion），使各个任务之间不出现抢占资源或者冲突的情况。
3. 日志管理：通过记录任务和事件等日志，来更方便和更安全地管理。
4. 警告和事件管理：通过这个功能，能让用户及时获知系统出现新情况。
5. 虚拟机部署：通过Wizard，上传vApp和虚拟磁盘等方式部署虚拟机。
6. 主机和虚拟机的设置：通过这个功能，不仅能够让用户对一些主机和虚拟机的主要配置进行修改，而且还能对那些非常底层的特性进行设置，比如，是不是开启硬件辅助虚拟化。

高级功能

主要有七个方面：

1. 在动态迁移方面：VMware 提供了vMotion技术，这个技术能够在无需关机的情况下快速地将一台虚拟机从一台主机上迁移到另一台主机，但是虚拟机的虚拟磁盘不会被移动，还在存放在同一个存储上，但是访问和使用这个虚拟磁盘的主机已经做了相应地改变。为了也让虚拟磁盘做相应地迁移，VMware在VMware Infrastructure 3.5版中推出Storage vMotion，通过这个技术能够在移动虚拟机同时，移动虚拟磁盘从一个存储移到另一个存储。
2. 在资源优化方面：VMware提供了DRS（Distributed Resource Scheduler，分布式资源调度）技术，这个功能能在多个vSphere主机进行资源的优化，让每个虚拟机能找到其最合适的位置，比如，将一台虚拟机从一台资源紧张的主机迁移到另一台有剩余资源的主机。同时VMware也在VMware Infrastructure 3.5版中推出了DPM（Distributed Power Management），这个技术在DRS的基础上通过整合虚拟机来减少和关闭多余的主机，以达到节省资源的目的。
3. 在安全方面：VMware推出了两大技术来推进虚拟机的安全，其一是推出VMsafe API，通过这个API能够像X射线那样检测虚拟机的运行状况，并能及时发现和拦截之前无法检测到的病毒、rootkit和恶意软件等，以防止其感染系统。还有，Checkpoint、IBM、McAfee、Symantec和TrendMicro等安全巨头已经推出了基于VMSafe API的产品，通过这些产品能为虚拟机提供较物理机或其他虚拟化解决方案更优的保护。其二是VMware Shield Zones，它主要起到防火墙的作用，可监视、记录和阻止vSphere主机内部或集群中主机之间和虚拟机之间流量，从而保证了网络的安全。
4. 在容错方面：VMware Fault Tolerance是虚拟机“度身定做”的容灾技术，通过VMware的vLockstep技术来给运行中虚拟机创建一台Shadow虚拟机，并在这两台虚拟机之间保持同步，来保证所有应用程序的零宕机和零数据丢失，避免硬件故障，免去了硬件或软件等容灾解决方案的成本和复杂性。
5. 在高可用性方面，VMware High Availability提供了相关支持，这个技术通过heartbeat连检测虚拟机的运行状况，如果一台虚拟机不响应heartbeat或者是宕机了，程序将让这台虚拟机在另一台有空余空间的主机上重启。
6. 在备份方面，VMware推出了VMCB（VMware Consolidated Backup）技术，通过这种技术能够在没有安装Agent的情况下集中多个虚拟机的备份，这不仅能简化备份的工作，而且能减少由于备份而导致性能损失。
7. 在应用部署方面，vApp是VMware最新推出技术，它可以将新的或现有的应用程序转化为自描述和自管理型实体，并容纳了一个完整的多层应用的所有组件，以及与之相关的运行策略和服务级别。这项功能是基于开放式的OVF（Open Virtualization Format）协议。通过生成和部署vApp包能够非常方便地部署应用，并降低了相关的管理开支。

插件

主要有：

1. vCenter ConfigControl可以为整个虚拟数据中心的各个方面提供基于策略的更改和配置管理，并辅以自动化的实施。
2. vCenter CapacityIQ可以持续分析和规划容量，确保对虚拟机、资源池和整个数据中心提供最优的调配。
3. vCenter Chargeback支持对企业成本和支出的自动化跟踪，使IT部门能够实时了解运营成本，并作为实体来运行。
4. vCenter Orchestrator可以让用户能够通过简单的拖拉界面（无需编写脚本）实现运营任务自动化的定制流程开发。
5. vCenter AppSpeed可以自动保证应用程序的性能级别。它能够监控最终用户对应用程序的响应时间，将这些响应时间与基础架构中不同的元素进行关联，并触发修补措施来解决遇到的瓶颈问题。

vCenter插件的主要以模块的形式装置到vCenter进程中或者是以一台虚拟机的形式运行。

还有，除了这些常见插件，VMware还提供一些基于vCenter技术的管理程序，比如，用于自动精简配置的VMware Lifecycle Manager，用于应用程序开发的Lab Manager及用于应用程序部署Stage Manager和用于容灾的Site Recovery Manager等 。