虚拟交换器

以5.1版的vSphere而言,VMware在VDS上提供一些新功能。例如,现在可以用快照的方式,来备份还原VDS组态及网络端口群组(port group)的组态,以因应vCenter Server数据库万一发生毁损的状况,或者将这些储存起来的设定信息作为模板,以便在其他环境套用相似的网络组态。

另一个改变,是vSphere现在对于管理网络联机设定,提供了更完善的回复(rollback and recovery)机制。管理网络(Management Network)的联机是ESXi主机和vCenter Server之间能否正常运作的关键,如果遇到管理网络的设定错误时,在vSphere标准交换器(VSS)的环境下,可以从主机端透过DCUI的本机主 控台接口重新设定,以便修复网络;而在VDS环境下,若遇到网络故障或管理网络端口群组设定错误,vCenter Server因为无法连接到所有的ESXi主机,因此就无法集中变更VDS网络端口群组,并将这些异动部署到所有主机上。在vSphere 5.0时,只能一台台主机去建立VSS交换器,并透过VSS重新设定之后,管理网络开始运作,此时vCenter Server才能管理ESXi主机,并重新设定VDS。

5.1版开始,vSphere开始提供自动回复网络组态的方式,系统会侦测任何管理网络设定上的异动,一旦ESXi主机不能连上vCenter Server,就会自动回复到先前的设定。同时,用户也可以透过每台ESXi主机上的DCUI接口,来重设VDS的管理网络设定。

此外,vSphere 5.1还提供下列功能。像是VLAN、MTU和网络卡聚合(Network Adapter Teaming)等网络运作状态的定期检查、分布式网络端口的自动扩展(Distributed Port -Auto Expand)、可自行管理虚拟网卡MAC地址,并且支持LACP协议。在单台vCenter Server能配置的VDS、静态网络端口群组、分布式网络端口,以及单台VDS能链接主机的最大数量,vSphere 5.1也比5.0版的规则扩增1.5倍以上。

网络监控与管理

在网络监控的功能强化上,vSphere 5.0开始提供网络端口封包数据复制(Port Mirroring)和支持NetFlow,而在5.1版也接续改良。

例如在Port Mirroring的应用上,vSphere可用RSPAN(Remote SPAN)和ERSPAN(Encapsulated Remote SPAN)等两种架构来实作,前者需建立在受控端与管理端建立不同的VLAN,后者则是透过封装起来的封包(GRE通道)来传送流量,因此管理端即使位在 另一个IP网络,仍能跨越过去而接受到相关数据。

NetFlow规格的使用上,vSphere 5.1版开始支持第10版的规格,也就是IPFIX(Internet Protocol Flow Information eXport),在NetFlow v10,用户可以定义NetFlow记录,让VDS能够收集这些数据,以及将之传到其他收集工具,而vSphere也允许用户透过模板的形式来定义记 录格式,这模板也能用于在VDS与收集引擎的沟通,同时也能回报IPv6、MPLS和VXLAN的流量信息。

周边装置虚拟化

至于I/O虚拟化的功能发展上,VMware在先前的vSphere版本中,支持了VMDirectPath I/O,让硬件周边装置的资源能够穿透(pass-through)虚拟层,直接供应给特定的虚拟机存取,而非将这些硬件资源虚拟化后,再让所有虚拟机 器共享。在5.1这一版,vSphere开始支持SR-IOV(Single Root I/O Virtualization)的标准,它可以让单一PCIe适配卡虚拟成多个独立的逻辑设备,让虚拟机可以使用。例如,当你在服务器虚拟化环境使用了 支持SR-IOV的网络卡,这个适配卡可以提供直接的I/O处理,这可以降低延迟,以及对ESXi主机处理器的使用率。

原本的VMDirectPath I/O当然也可以达到类似效果,但每台虚拟机只能对应一个实体I/O周边装置,而在SR-IOV上,可让单一装置的实体功能透过虚拟化的功能去服务多个 虚拟机。不过这两者使用上都有类似的需求和限制,例如必须在支持IOMMU(I/O Memory Management Unit)的服务器环境上运作,这条件并不难,因为Intel和AMD近期推出的服务器处理器平台,都支持这样的架构(Intel VT-d和AMD IOMMU),此外,它们不兼容于vMotion等虚拟化环境需要用的功能(对于VMDirectPath I/O,目前可以搭配Cisco UCS Fabric Extender来解决),因此与vMotion密切相关的DRS(Distributed Resources Scheduler)也连带不能使用。

储存相关功能的提升

vSphere 5.1新增或改良的储存相关功能中,有不少是为了强化桌面虚拟化平台VMwareView,或数据中心管理软件vCloud Director所设计的。

SE Sparse Virtual Disk

对于虚拟机操作系统,vSphere 5.1提供了所谓的储存空间回收(Guest OS Storage Reclamation)功能。以往系统可以透过Thin Provisioning的方式,动态增加虚拟机的储存容量,但之后虚拟机的操作系统若不再使用,空间并无法释放、回归到共享资源池;现在有了这项机 制,若在虚拟机操作系统中,删除了档案,VMDK档的空间占用量会降低,并且将这些储存空间送还磁盘阵列的资源池。

该功能背后用的技术,是vSphere 5.1开始出现的储存新功能之一:有效空间重整虚拟磁盘(Space Efficient Sparse Virtual Disk或称为SE Sparse Virtual Disk)。这样的磁盘格式,主要用于View的Composer上,在透过连结式复本(linked clones)方式来快速建立虚拟机映像,以及后续快照时,能够应用Space Efficient Sparse Virtual Disk来节省空间。

SE Sparse Virtual Disk的出现,是为了解决传统Thin Provisioning所无法处理的状况——对于虚拟机操作系统删除数据后不再使用的空间,无法回收,而导致占用的磁盘空间日渐增加。现 在,vSphere 5.1可以在虚拟机的操作系统内,回收这些空间,而且还可以根据不同应用程序的需求,对虚拟机的磁盘设定区块配置的粒度大小——过去这是无法调整 的,ESXi上的虚拟磁盘区块配置的扇区单位默认为4KB,连结式复本所存取的Redo logs和快照的单位为512 bytes,现在后者若搭配SE Sparse Virtual Disk,也可以将每扇区的单位设定为4KB。

SE Sparse Disk的磁盘空间回收流程

VAAI

对于储存设备的整合API,vSphere 5.1继续发展更进阶的应用。vSphere从vSphere 4.1开始提供VAAI(vStorage APIs for Array Integration)的API接口,让特定的储存作业可以无需透过ESXi主机执行,而由储存设备来担纲,5.0时,vSphere利用VAAI NAS机制,可让View的虚拟机快照作业改由储存设备进行,而5.1接续扩大相关功能的应用范围——vCloud Director现在可将连结式复本的建立,由支持VAAI的NAS储存设备执行,以便快速建立vApp或虚拟机。

在储存I/O的控制上,vSphere 5.1现在有更自动的作法。针对储存I/O控制的存取延迟门坎,原本预设是30ms,这是为了因应不同装置而取的中间值,但有些装置本身的访问速度太快, 根本不会被管制到,但手动调降延迟的设定值来精准对应又太困难了,因此储存I/O控制开始提供自动设定门坎的功能,以避免统一套用默认值或手动选择的缺 点。

在这个功能中,VMware主要是透过一个I/O注入器(injector),来计算吞吐量的尖峰值,透过吞吐量数值90%的数据来衡量延迟值的门坎。管 理者可以自行调整这个百分比或所要观察的期间长短(单位是ms)。此外,储存I/O的控制还支持被动的统计模式(statistics-only mode)。

强化从系统到虚拟机层级的可用性,提供更强大的备份还原与远程复制功能

除了提升虚拟机效能,使其能担负关键应用系统的执行,vSphere对于服务器虚拟化环境的可用性,也提供多种保障机制。像是能在ESXi主机故障后, 自动在其他ESXi主机上重启原本虚拟机的High Availability(HA),或是可让不同ESXi主机上的两台虚拟机同步运作,以确保高可用性的Fault Tolerance(FT),此外,vSphere 5.1还提供了备份∕还原软件Data Protection(VDP),以及内建在Hypervisor中的远程复制功能vSphere Replication(VR)。

这四种功能在vSphere 5.1的各种版本都提供。前两种主要是针对ESXi主机故障的状况因应,而后两者则是针对虚拟机来保护。

除了网络管理的功能,在系统管理上,vSphere在ESXi主机上也支持SNMP代理程序的执行,在5.0版以前,系统中内含的SNMP代理程序仅支持 SNMPv1和SNMPv2,到了5.1版,ESXi开始支持安全性更佳的SNMPv3,这当中使用了SNMP身分认证机制与SSL加密,而且SNMP代 理程序也和ESXi操作系统核心VMkernel脱钩,改以独立的程序执行,让SNMP程序的更新、漏洞修补更容易,不会因为与VMkernel捆绑而受 限。

在没有共享储存的环境中,虚拟机的在线迁移现在可单靠网络进行

在小型环境架设服务器虚拟化平台时,为了要使用在线迁移的功能,最让人伤脑筋的是,需要先准备一个共享的网络储存环境,除了透过硬设备提供相关功能之 外,有很多人架设软件式储存系统来达到目的,例如OpenFiler、FreeNAS、DataCore SANSymphony/SAN Melody、Starwind iSCSI SAN & NAS,以及Nexenta等。

共享式储存系统VSA 5.1

VMware从vSphere 5.0版起,也开始提供vSphere Storage Appliance(VSA),以软件式的共享储存系统来提供服务器虚拟化环境使用。

随着vSphere 5.1版上市,VSA同时从1.0版提升为5.1版,规格和功能也有所扩充。例如,在每台ESXi主机上,对于VSA所能配置的最大磁盘规格,5.1版也 提升到8台3TB硬盘(5.0版时是4台3TB硬盘);若是2TB以下的硬盘,可配置12台本机硬盘,而主机透过扩充机箱所整合的外部硬盘,可配置到16 台,因此加起来,整台服务器总共可以配置到28台硬盘之多。

同时,多台VSA所组成的储存丛集环境,现在也可纳入vCenter Server控管的范围,做到集中管理,而vCenter Server和VSA即使不在同个子网内,也能适用这种方式。而且,在这些VSA丛集中,vCenter Server本身也可以安装在其中一个节点的Datastore上。

若需要建置VSA,一般来说是需要额外选购的,若从VMware网站在线购买,价格最便宜的选项是4,229美元(含1年基本的技术支持),但从vSphere 5.1之后,除Essentials之外的vSphere整合式套件,都直接内含一个VSA实体的用户许可证。

无共享储存的网络环境下,也能做到VM在线迁移

上述都是关于共享储存的应用,但vSphere 5.1版现在也可以在不需搭配SAN或共享储存系统的环境下,直接执行虚拟机的在线迁移,这样的功能VMware仍以vMotion统一称呼,而网络上 有些人则称为Unified vMotion或Enhanced vMotion,倒也满贴切的。

这当中将vMotion和Storage vMotion整合在同一个操作下,系统会同时复制虚拟机的内存与磁盘,并透过网络,将这些数据从一台ESXi主机传送到另一台ESXi主机上。在小 型环境应用这种方式,好处是不需额外建置共享储存系统,在大型环境,它可以让虚拟机在丛集之间搬移,但彼此不需要搭配一组通用的Datastore。

vMotion的执行上,在vSphere 5.0时已支持多张网络卡的应用,到了5.1版,更进一步改良,系统可以让多张网络卡的vMotion流量做到负载平衡,将多张网络卡配对并聚合为一张网 路卡,而这些网络卡配对之后所形成的每一个群组,都会开启一个TCP联机,来传输因为虚拟机迁移而产生的流量,而这些TCP联机彼此会进行负载平衡的机 制,以便完整利用其中的存取带宽。

5.1版的vMotion可支持无共享储存的架构

一些进阶功能的取得成本变低了

整体而言,vSphere 5.1乍看只是基于5.0的小改版,但在取消vRAM限制等授权方式的改变,以及上述各层面功能和规格的提升,仍有许多值得我们注意的地方。

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