【正文】 些設備實際上是虛擬設備。虛擬機具有統(tǒng)一的硬件（少數(shù)選項可以由系統(tǒng)管理員控制）。統(tǒng)一硬件使得虛擬機可以跨 vSphere 主機進行遷移。圖：虛擬硬件ESXi 主機將為每個虛擬機提供一個 x86 基礎平臺，可以選擇要在該平臺中安裝的設備?；A虛擬機完全符合 x86 架構的系統(tǒng)標準。下圖是所有 Windows 虛擬機中均配備的標準 VMware 設備驅(qū)動程序。標準虛擬設備驅(qū)動程序具有可移植性，您無需為每臺虛擬機重新配置操作系統(tǒng)。如果將這些文件復制到其他 ESXi 主機，則即使硬件截然不同，這些文件仍然可以正常運行，且無需重新配置硬件。圖：虛擬機看到的硬件 資源分配方式 主機、集群、資源池可以在非集群（獨立式）vSphere 主機和集群中配置 CPU 和內(nèi)存資源池。主機、群集和資源池提供了靈活而動態(tài)的方法,來組織虛擬環(huán)境中聚合的計算和內(nèi)存資源,并將其鏈接回基礎物理資源。主機表示 x86 物理服務器的聚合計算和內(nèi)存資源。例如,如果 x86 物理服務器具有四個雙核 CPU(每個以 4 GHz 速度運行)和 32 GB 的系統(tǒng)內(nèi)存,主機將提供 32 GHz 計算能力和 32 GB 內(nèi)存來運行分配給它的虛擬機。群集可作為單個實體發(fā)揮作用和進行管理。它表示共享相同網(wǎng)絡和存儲陣列的 x86 物理服務器組的聚合計算及內(nèi)存資源。例如,如果服務器組中包含 8 臺服務器,每臺服務器有四個雙核 CPU(每個 CPU 以 4 GHz 的速度運行)和 32 GB 內(nèi)存,群集將聚合 256GHz 的計算能力和 256GB 的內(nèi)存來運行虛擬機。資源池是單個主機或群集的計算及內(nèi)存資源的分區(qū)。資源池可以是分層的,也可以是嵌套的。您可以將任何資源池劃分為較小的資源池,以進一步劃分資源并將其分配給不同的組或用于各種不同的目的。借助資源池，您可以根據(jù)業(yè)務需要分層次地劃分并分配 CPU 和內(nèi)存資源。劃分并分配 CPU 和內(nèi)存資源的原因包括維護行政界限、執(zhí)行收費政策，或者適應地域或部門劃分。資源池還用于向其他用戶和組委派權限。圖：資源池 份額、限制、預留vSphere 使用份額、限制和預留來確保主機上（或集群中）一起運行的虛擬機能夠獲得足夠的資源，如 CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡和存儲。216。 份額份額可以保證為虛擬機提供資源（CPU、RAM、網(wǎng)絡或存儲 I/O）的特定百分比。默認情況下，每個虛擬機將能夠訪問相同比例的資源。例如，如果 vSphere 主機上運行 4 個虛擬機，則每個虛擬機可以訪問 25% 的可用 CPU 資源。如果有多余的容量可用，則虛擬機可以利用更多。份額指定虛擬機（或資源池）的相對重要性。如果某個虛擬機的資源份額是另一個虛擬機的兩倍，則在這兩個虛擬機爭用資源時，第一個虛擬機有權消耗兩倍于第二個虛擬機的資源。份額通常指定為高、正常或低，這些值將分別按 4:2:1 的比例指定份額值。還可以選擇自定義為各虛擬機分配特定的份額值（表示比例權重）。指定份額僅對同級虛擬機或資源池（即在資源池層次結構中具有相同父級的虛擬機或資源池）有意義。同級將根據(jù)其相對份額值共享資源，該份額值受預留和限制的約束。為虛擬機分配份額時，始終會相對于其他已打開電源的虛擬機來為該虛擬機指定優(yōu)先級。216。 限制限制則可以為資源分配提供硬性上限。即使有更多 CPU 容量可用，也可以將虛擬機可獲得的虛擬 CPU 頻率設置為不超過 1 GHz。限制通常會在客戶支付資源使用費的共享基礎架構配置中使用。限制功能為可以分配到虛擬機的 CPU、內(nèi)存或存儲 I/O 資源指定上限。服務器分配給虛擬機的資源可大于預留，但決不可大于限制，即使系統(tǒng)上有未使用的資源也是如此。限制用具體單位（兆赫茲 (GHz) 或兆字節(jié) (MB) 或每秒 I/O 操作數(shù)）表示。CPU、內(nèi)存和存儲 I/O 資源限制默認為無限制。如果內(nèi)存無限制，則在創(chuàng)建虛擬機時為該虛擬機配置的內(nèi)存量將成為其有效限制因素。216。 預留預留指定保證為虛擬機分配的最少資源量。僅在有足夠的未預留資源滿足虛擬機的預留時，vCenter Server 或 ESXi 才允許打開虛擬機電源。即使物理服務器負載較重，服務器也會確保該資源量。預留用具體單位（兆赫茲 (GHz) 或兆字節(jié) (MB)）表示。例如，假定有 2GHz 可用，并且為 VM1 和 VM2 各指定了 1GHz 的預留量。現(xiàn)在每個虛擬機都能保證在需要時獲得 1GHz。但是，如果 VM1 只用了 500MHz，則 VM2 可使用 。預留默認為 0?？梢灾付A留以保證虛擬機始終可使用最少的必要 CPU 或內(nèi)存量。4 計算功能特性 虛擬機計算性能 CPU虛擬化VMware通過CPU虛擬化技術解決了如何在一個操作系統(tǒng)實例中運行多個應用的難題。實現(xiàn)這一任務的困難之處在于每一個應用都與操作系統(tǒng)之間有著密切的依賴關系。一個應用通常只能運行于特定版本的操作系統(tǒng)和中間件之上。這就是Windows用戶常常提到的“DLL地獄”。因此，大多數(shù)用戶只能在一個Windows操作系統(tǒng)實例上運行一種應用，操作系統(tǒng)實例獨占一臺物理服務器。這種狀況會導致物理服務器的CPU資源被極大地浪費。能夠使多個操作系統(tǒng)實例同時運行在一臺物理服務器之上，是VMware所提供的CPU虛擬化技術的價值所在。通過整合服務器充分利用CPU資源，可以給用戶帶來極大的收益。服務器整合的益處能夠得以實現(xiàn)的前提是工作負載并不需要知曉它們正在共享CPU，虛擬化層必須具備這種能力。這是CPU虛擬化與其它虛擬化形式所不同的地方。具體實現(xiàn)方式是為每個虛擬機提供一個或者多個虛擬CPU（vCPU）。多個vCPU分時復用物理CPU。VMM必須為多個vCPU合理分配時間片并維護所有vCPU的狀態(tài)，當一個虛擬機vCPU的時間片用完需要切換時，要保存當前vCPU的狀態(tài)，將被調(diào)度的vCPU的狀態(tài)載入物理CPU。VMkernel在調(diào)度vCPU的時候采用“插槽核心線程”的拓撲邏輯?！安宀邸敝柑幚砥鲉蝹€封裝件，該封裝件可以具有一個或多個處理器內(nèi)核且每個內(nèi)核具有一個或多個邏輯處理器。當vCPU需要運行時，VMkernel 會將一個vCPU映射到處理器調(diào)度一個執(zhí)行線程的能力，它對應于一個 CPU 核心或一個超線程（如果 CPU 支持超線程）。超線程或多核 CPU 提供兩個或多個調(diào)度vCPU運行的硬件基礎。可以將虛擬機配置為最多具有128個vCPU。主機上許可的 CPU 數(shù)量、客戶機操作系統(tǒng)支持的 CPU 數(shù)量和虛擬機硬件版本決定著您可以添加的vCPU 數(shù)量。與vCPU和管理vCPU相關技術和概念如下：216。 處理器管理：從客戶操作系統(tǒng)vCPU發(fā)往ESXi VMkernel的指令被VMM攔截。在固定時間間隔內(nèi)，VMKernel動態(tài)地在服務器和不同處理器（或多核處理器的內(nèi)核）中分配VM工作負載。因此，VM指令根據(jù)每個處理器的工作負載從一個處理器（或內(nèi)核）轉(zhuǎn)移到另一個處理器。216。 多內(nèi)核和虛擬化多核處理器為執(zhí)行虛擬機多任務的主機提供了很多優(yōu)勢。Intel 和 AMD 均已開發(fā)了將兩個或兩個以上處理器內(nèi)核組合到單個集成電路（通常稱為封裝件或插槽）的處理器。例如，雙核處理器通過允許同時執(zhí)行兩個虛擬 CPU，可以提供幾乎是單核處理器兩倍的性能。同一處理器中的內(nèi)核通常配備由所有內(nèi)核使用的最低級別的共享緩存，這有可能會減少訪問較慢主內(nèi)存的必要性。如果運行在邏輯處理器上的虛擬機正運行爭用相同內(nèi)存總線資源且占用大量內(nèi)存的工作負載，則將物理處理器連接到主內(nèi)存的共享內(nèi)存總線可能會限制其邏輯處理器的性能。研究顯示使用多核心可以導致可觀的耗電下降，并提供良好的性能。虛擬化是最好地利用多內(nèi)核提供的高性能的技術之一，因為ESXi能夠像管理物理處理器一樣地管理核心。216。 對稱多處理器vSphere 虛擬對稱多處理技術(Virtual SMP) 可以使單個虛擬機同時使用多個物理處理器，并能夠在處理器之間均衡負載。必須具有虛擬 SMP，才能打開多處理器虛擬機電源。一些關鍵業(yè)務，比如數(shù)據(jù)庫類應用（Microsoft SQL、Oracle、IBM DBSAP）和商業(yè)、科研應用，在開發(fā)的的時候就考慮了并行執(zhí)行任務的需求，具有多個物理處理器的服務器就能利用SMP并從中獲益。216。 超線程超線程是在一個物理處理器或者內(nèi)核上創(chuàng)建兩個邏輯內(nèi)核實例，從而在核心中并行執(zhí)行任務，提高效率。在vSphere虛擬機的處理器分配中，一個超線程可以對應一個vCPU。216。 CPU虛擬化類型從架構上看，傳統(tǒng)的X86平臺并不是為支持多操作系統(tǒng)并行而設計的。因此CPU廠商如AMD和Intel都需要重新設計CPU，增加虛擬化特性，以解決上述問題。當前x86 虛擬化平臺的主要廠商如VMware等，也已經(jīng)開始充分利用芯片廠商在處理器架構中構建的硬件輔助功能，以提高系統(tǒng)運行效率，降低Hypervisor帶來的系統(tǒng)開銷。在傳統(tǒng)的x86運行環(huán)境下，操作系統(tǒng)使用保護環(huán)提供保護級別以完成不同任務代碼的執(zhí)行。這些環(huán)以等級排列，從最有特權的（Ring 0）到最少特權的（Ring 3）。在未虛擬化的服務器上，操作系統(tǒng)擁有在Ring 0運行設備I/O等核心指令的權利，同時應用運行在Ring 3。在虛擬化系統(tǒng)上，Hypervisor和虛擬機監(jiān)控器（VMM）需要運行在Ring0，因此虛擬機子操作系統(tǒng)必須運行在Ring1。但由于多數(shù)操作系統(tǒng)的設備I/O等核心指令必須運行Ring 0，那么VMM工具通過捕獲特許指令和模擬Ring 0到子虛擬機，讓子操作系統(tǒng)以為它運行在Ring 0。這樣就產(chǎn)生了延時和開銷。因此，Intel和AMD等芯片廠商在CPU內(nèi)引入了一個新的、具有超級特權和受保護的Ring1位置來運行虛擬機監(jiān)控器(VMM)，因此VMM能運行在新的叫做Ring 1的環(huán)里，這允許GuestOS天生運行在Ring 0里。這種CPU架構上的虛擬化支持擴展提升了性能。VMM不再讓GuestOS以為自己運行在Ring 0里，因為GuestOS已經(jīng)能在此操作，并且不會與VMM沖突——VMM已經(jīng)移動到新的Ring 1級別。選擇支持這些虛擬化優(yōu)化擴展的CPU，這可以更好地降低系統(tǒng)開銷、提升虛擬化效率。基于以上設計，Intel和AMD分別推出了VTx和 AMDv這兩種主要的X86處理器架構的虛擬化硬件輔助功能。216。 CPU負載均衡CPU調(diào)度器可以讓多個虛擬機復用邏輯處理器（邏輯處理器的單位是一個 CPU 核心或一個超線程），提供給虛擬機類此于傳統(tǒng)對稱多處理器（SMP）的執(zhí)行能力，并使他們之間相互獨立。例如，配有2個VCPU的虛擬機可以讓虛擬處理器運行在屬于相同內(nèi)核的邏輯處理器上，或運行在不同物理內(nèi)核的邏輯處理器上。VMkernel智能地管理處理器時間來保障工作負載在處理器內(nèi)核間的遷移。每隔240毫秒，VMkernel檢查把vCPU從一個邏輯處理器遷移到另一個來保障負載均衡。如果存在超線程，VMkernel盡量把相同虛擬機的vCPU負載分散到不同內(nèi)核的線程上來實現(xiàn)性能的優(yōu)化。圖：CPU負載平衡ESXi CPU 調(diào)度程序可以解釋處理器拓撲（包括插槽、內(nèi)核和邏輯處理器之間的關系）。調(diào)度程序使用拓撲信息優(yōu)化虛擬 CPU 在不同插槽上的放置位置，以最大化總體的緩存利用率，并通過最小化虛擬 CPU 遷移來改善緩存關聯(lián)性。在未過載的系統(tǒng)中，ESXi CPU 調(diào)度程序在默認情況下將負載分配到所有插槽。這樣便可通過最大化可供正在運行的虛擬 CPU 使用的緩存總量來改善性能。因此，單個 SMP 虛擬機的虛擬 CPU 在多個插槽之間分配（除非每個插槽本身還是 NUMA 節(jié)點，在這種情況下，NUMA 調(diào)度程序會限制虛擬機的所有虛擬 CPU 都駐留在同一插槽上。）綜上所述，對CPU的調(diào)度管理功能要求如下：支持基于Intel/AMD X86指令集架構的處理器，支持最新的處理器硬件輔助虛擬化功能；支持處理器多核技術；u 支持虛擬多路運算，每個虛擬機可以支持多達128個虛擬CPU（vSMP）以滿足高負載應用環(huán)境的要求；u 可以靈活分配調(diào)度物理服務器上的CPU資源，如可按主頻赫茲分配給虛擬機計算時間片；u 對CPU的調(diào)度應能實現(xiàn)虛機按需使用，隨用隨取，不用即釋放，使得計算資源能被充分利用；u 在虛擬機操作系統(tǒng)支持的前提下，應能支持虛擬機的CPU熱添加技術。 內(nèi)存虛擬化當運行一個虛擬機時，vSphere的VMKernel為虛擬機生成一段可編址的連續(xù)內(nèi)存，與普通操作系統(tǒng)提供給上層應用使用的內(nèi)存具有相同的屬性特征。引入內(nèi)存虛擬化之后，同樣的內(nèi)存地址空間，允許VMkernel同時運行多個虛擬機并保證它們之間使用內(nèi)存的獨立性。 VMware vSphere的三層內(nèi)存映射結構如下圖所示：圖：內(nèi)存三層映射ESXi 裸機體系結構的強大功能主要體現(xiàn)在內(nèi)存優(yōu)化方面，這些功能可提高內(nèi)存使用效率。ESXi 主機的內(nèi)存管理支持安全地過量分配內(nèi)存。分配給每個虛擬機的內(nèi)存總和可超過主機上安裝的物理內(nèi)存總和。ESXi 主機采用了幾種有效方法來支持安全的內(nèi)存過量分配。例如，過量分配率為 2:1 時，通常只會對性能產(chǎn)生非常小的影響。圖：內(nèi)存的過量分配內(nèi)存通常是最有限的資源，vSphere VMkernel 管理服務器的 RAM，可進行多種資源節(jié)約操作。通過 VMware 設計的若干功能，vSphere 可支持實現(xiàn) RAM 的高效使用和更高的整合率，包括透明頁共享、客戶機內(nèi)存回收和內(nèi)存壓縮。實現(xiàn)過量分配的內(nèi)存管理機制如下：216。 透明頁共享TPS（Transparent page sharing）TPS 是 VMware 獨有的一種內(nèi)存優(yōu)化方法。VMkernel 可檢查虛擬機存儲的每個內(nèi)存頁面，以便識別相同的頁面，并僅存儲一個頁面副本。圖：透明頁共享216。 氣球內(nèi)存回收 ESXi 主機使用一種隨 VMware Tools 提供的內(nèi)存釋放驅(qū)動程序，該程序安裝在每個虛擬機中。如果內(nèi)存不足，則 VMkernel 將選擇一個虛擬機并擴充其內(nèi)存，也就是說，它會通知該虛擬機中的釋放驅(qū)動程序從客戶操作系統(tǒng)要求更多的內(nèi)存?？蛻舨僮飨到y(tǒng)通過生成內(nèi)存滿足這一需求，然后 VMkernel 會將釋放出的頁面分配給其他虛擬機。圖：