华为虚拟化解决方案FusionSphere学习笔记

华为虚拟化解决方案FusionSphere学习笔记

华为FusionSphere虚拟化套件是业界领先的虚拟化解决方案,能够帮助客户带来如下的价值:

  • 帮助客户提升数据中心基础设施的资源利用率。
  • 帮助客户成倍缩短业务上线周期。
  • 帮助客户成倍降低数据中心能耗。
  • 利用虚拟化基础设施的高可用和强恢复能力,实现业务快速自动化故障恢复,降低数据中心成本和增加系统应用的正常运行时间。

FusionSphere虚拟化套件通过在服务器上部署虚拟化软件,使一台物理服务器可以承担多台服务器的工作,提高整合率。


FusionSphere虚拟化套件逻辑架构

部件 说明
FusionSphere 必选部件FusionCompute是云操作系统软件,主要负责硬件资源的虚拟化,以及对虚拟资源、业务资源、用户资源的集中管理。它采用虚拟计算、虚拟存储、虚拟网络等技术,完成计算资源、存储资源、网络资源的虚拟化。同时通过统一的接口,对这些虚拟资源进行集中调度和管理,从而降低业务的运行成本,保证系统的安全性和可靠性,协助运营商和企业构筑安全、绿色、节能的云数据中心能力。
eBackup 可选部件eBackup是虚拟化备份软件,配合FusionCompute快照功能和CBT(Changed Block Tracking)备份功能实现FusionSphere的虚拟机数据备份方案。
UltraVR 可选部件UltraVR是容灾业务管理软件,利用底层SAN存储系统提供的异步远程复制特性,提供虚拟机关键数据的数据保护和容灾恢复。

FusionCompute详解

通俗的说,FusionCompute就是虚拟化操作系统。

特点:

  • 支持X86和ARM架构
  • 单集群最大可支持128台主机,8000台虚拟机

FusionCompute架构

FusionCompute是由VRM(统一虚拟化平台)和CNA(计算节点代理)组成,他们之间通过REST协议进行通信。

模块 功能
CNA 提供虚拟计算功能, 管理计算节点上的虚拟机,计算节点上的计算、存储、网络资源。
VRM 通常主备部署,管理集群资源。 为虚拟机分配IP地址。 管理集群内虚拟机的生命周期以及虚拟机在计算节点上的分布和迁移。 提供统一的操作维护管理接口和WebUI,对整个系统进行操作维护,包含资源管理、资源监控、资源报表等。

CNA架构

CNA是由VNA(虚拟节点代理,VRM的狗腿子)和UVP(统一虚拟化平台,实现虚拟化功能)组成的。


FusionCompute功能

一、虚拟化计算

资源池化:之前系统软硬件是紧耦合的,一个操作系统安装在一台物理服务器上,现在将多台虚拟机的资源池化,形成虚拟化资源池,对外提供资源。


二、虚拟化网络

,可以向虚拟机提供独立的网络平面。提供虚拟网卡,网络I/O控制 ,分布式虚拟交换机等功能。


三、虚拟化存储

支持以下类型存储

  • SAN(Storage Area Network )存储(包括iSCSI或光纤通道的SAN存储)上划分的LUN(Logical Unit Number)。
  • NAS(Network Attached Storage)存储上划分的文件系统。
  • FusionStorage Block上的存储池。
  • 主机的本地硬盘。

数据存储可支持如下文件系统格式:

  • 虚拟镜像管理系统(VIMS)

    为存储虚拟机而优化的高性能文件系统。主机可以将虚拟镜像管理系统数据存储部署在任何基于SCSI的本地或联网存储设备上,包括光纤通道、以太网光纤通道和iSCSI SAN设备。

  • 网络文件系统(NFS)

    NAS设备上的文件系统。FusionSphere支持NFS V3协议,可以访问位于NFS服务器上制定的NFS磁盘,挂载该磁盘并满足任何存储需求。

  • EXT4

    FusionSphere支持服务器的本地磁盘虚拟化。

支持虚拟存储精简置备(精简磁盘),快照,存储热迁移等功能。


FuisonCompute网络平面

  • BMC平面:主机BMC网口所使用的平面。通过BMC平面可远程访问服务器的BMC系统。
  • 管理平面:用于管理系统统一管理所有节点,以及节点间内部通信所使用的平面。
    • 使用管理平面的IP地址包括:所有主机的管理IP地址,即主机管理网口使用的IP地址。管理节点虚拟机的IP地址。存储设备控制器的IP地址。
  • 存储平面:主机与存储设备的存储单元互通所使用的平面。
    • 使用存储平面的IP地址包括:所有主机的存储IP地址,即主机存储网口使用的IP地址。存储设备的存储IP地址。
  • 业务平面:用户虚拟机业务数据在网络中使用的平面。

FusionCompute关键特性

一、跨主机热迁移

定义:热迁移就是将一台运行中的虚拟机从一台主机上迁移到另一台主机上的过程,迁移过程中,业务无中断,用户无感知。

迁移过程:

  1. 将源虚拟机的设备信息(cpu个数,内存大小,磁盘网卡信息)和配置信息(操作系统类型,引导方式,引导次序)发送到目标主机上。

二、内存复用

定义:内存复用就是指当物理服务器内存一定的情况下,通过综合运用内存复用单项技术对内存进行分时复用,现在主流的内存服用技术有内存共享写时复制,内存置换,内存气泡。最大支持150%的复用率,提高50%的虚拟机密度。

  • 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。
  • 内存交换: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。
  • 内存共享:多台虚拟机共享数据内容相同的内存页。

注意:

主机支持的最大内存复用率=1+(主机swap空间大小-虚拟化域物理内存大小*0.1)/虚拟化域物理内存大小

内存复用与SRIOV直通、GPU直通、NVME SSD盘直通特性互斥。直通设备的虚拟机必须内存独占,内存独占后虚拟机的内存不会被交换到交换空间。

当主机内存占用率达到70%以上时,主机上承载的虚拟机业务是高内存消耗型,不建议开启内存复用。这种情况下如果开启内存复用,将大概率导致主机内存不足并通过内存交换策略产生空闲内存,进而导致非全内存预留的虚拟机性能较差。

开启内存复用时进行热迁移,若虚拟机部分内存位于内存交换磁盘,会导致迁移时间较长。


三、虚拟机高可用

定义:当硬件发生故障或操作系统蓝屏时,虚拟机可在几分钟内在正常运行的硬件上自动启动并恢复业务运行。

场景:

  • 计算节点掉电恢复或重启

    当计算节点掉电恢复或重启时,系统将计算节点上具有HA属性的虚拟机重新创建至其他计算节点。

  • 虚拟机蓝屏(X86)

    当系统检测到虚拟机蓝屏故障且该虚拟机蓝屏处理策略配置为HA时,系统选择其他正常的计算节点重新创建虚拟机。


四、存储热迁移

定义:虚拟机正常运行时,管理员可通过手动操作,将虚拟机的磁盘迁移至其他存储单元。存储热迁移可在存储虚拟化管理下的同一个存储设备内、不同存储设备之间进行迁移

  • 不支持迁移已挂载的“共享”类型的磁盘和链接克隆虚拟机的磁盘。
  • 不支持非持久化磁盘的迁移。在条件允许的情况下,建议将虚拟机关闭后迁移。
  • 不支持跨FusionStorage Block存储资源之间进行迁移。

五、虚拟化防病毒(X86)

定义:FusionSphere提供了防病毒所需API,防病毒厂家可基于API进行二次开发,形成虚拟化防病毒解决方案,做到仅需在一台特殊的安全虚拟机中部署防病毒引擎,其他用户虚拟机在本地安装轻量级驱动,通过安全服务虚拟机提供的服务即可完成杀毒。


六、动态资源调度

定义:动态资源调度DRS(Dynamic Resource Scheduler),指采用智能负载均衡调度算法,通过周期性检查集群内各个主机的负载情况,在不同的主机间迁移虚拟机,从而实现主机间的负载均衡。

限制:

  • 绑定主机
  • 绑定USB设备
  • 绑定直通设备
  • 绑定GPU资源组(X86)

七、用户态交换模式(X86)

定义:使用DPDK(Data Plane Development Kit,数据平面开发套件,DPDK是一系列库和驱动的集合)技术,用来在X86平台进行快速的数据包处理。它通过环境抽象层旁路内核协议栈、轮询模式的报文无中断收发、优化内存/缓冲区/队列管理、基于网卡多队列和流识别的负载均衡等多项技术,实现了在X86处理器架构下的高性能报文转发能力,提高虚拟机网络性能。

限制:用户态交换模式支持的网卡型号为Intel 82599ES、Intel XL710和Mellanox MT27712A0。


八、GPU直通和GPU虚拟化

定义:将物理服务器上的GPU(Graphic Processing Unit)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。

定义:将X86物理服务器上的GPU(Graphic Processing Unit)在硬件的支持下创建出多个vGPU设备,实现被多个虚拟机共享,并向多个虚拟机提供2D图像处理和3D图形渲染的加速服务,同时兼顾了性能和成本,从而满足客户对GPU卡的共享使用,降低了用户的使用成本。


其余具体信息查看FusionSphere产品文档


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