vSphere体系架构_vsphere架构图

**

1、vSphere的虚拟数据中心基础架构

vSphere 可加快现有数据中心向云计算的转变,同时还支持兼容的公有云服务,从而为业界唯一的混合云模式奠定了基础。vSphere，许多群体称之为“ESXi”，即底层虚拟化管理程序体系结构的名称，这是一种采用尖端技术的裸机虚拟化管理程序。
vSphere 是市场上最先进的虚拟化管理程序，具有许多独特的功能和特性，其中包括：

• 磁盘空间占用量小，因此可以缩小受攻击面并减少补丁程序数量

• 不依赖操作系统，并采用加强型驱动程序

• 具备高级内存管理功能，能够消除重复内存页或压缩内存页

• 通过集成式的集群文件系统提供高级存储管理功能

• 高I/O可扩展性可消除 I/O瓶颈

基于VMware vSphere 的虚拟数据中心由基本物理构建块（例如 x86 虚拟化服务器、存储器网络和阵列、IP 网络、管理服务器和桌面客户端）组成。

图：vSphere 数据中心的物理拓扑

vSphere 数据中心拓扑包括下列组件:

• 计算服务器

在祼机上运行 ESXi 的业界标准 x86 服务器。ESXi 软件为虚拟机提供资源，并运行虚拟机。每台计算服务器在虚拟环境中均称为独立主机。可以将许多配置相似的 x86 服务器组合在一起，并与相同的网络和存储子系统连接，以便提供虚拟环境中的资源集合（称为群集）。

• 存储网络和阵列光纤通道

SAN 阵列、iSCSI SAN 阵列和 NAS 阵列是广泛应用的存储技术，VMware vSphere 支持这些技术以满足不同数据中心的存储需求。存储阵列通过存储区域网络连接到服务器组并在服务器组之间共享。此安排可实现存储资源的聚合，并在将这些资源置备给虚拟机时使资源存储更具灵活性。

• IP 网络

每台计算服务器都可以有多个物理网络适配器，为整个 VMware vSphere 数据中心提供高带宽和可靠的网络连接。

• vCenter Server

vCenter Server 为数据中心提供一个单一控制点。它提供基本的数据中心服务，如访问控制、性能监控和配置功能。它将各台计算服务器中的资源统一在一起，使这些资源在整个数据中心中的虚拟机之间共享。其原理是：根据系统管理员设置的策略，管理虚拟机到计算服务器的分配，以及资源到给定计算服务器内虚拟机的分配。
在 vCenter Server 无法访问（例如，网络断开）的情况下（这种情况极少出现），计算服务器仍能继续工作。服务器可单独管理，并根据上次设置的资源分配继续运行分配给它们的虚拟机。在vCenter Server 的连接恢复后，它就能重新管理整个数据中心。

• 管理客户端

VMware vSphere 为数据中心管理和虚拟机访问提供多种界面。这些界面包括 VMware vSphere Client (vSphere Client)、vSphere Web Client（用于通过 Web 浏览器访问）或 vSphere Command-Line Interface (vSphere CLI)。

2、ESXi体系结构

2.1、ESXi架构和组件

ESXi是组成vSphere基础架构核心的虚拟化管理器，可直接安装在物理服务器之上，并允许多个虚拟机运行于虚拟化层之上。每个虚拟机与其他虚拟机共享相同的物理资源，并且它们可以同时运行。与其他虚拟化管理程序不同，ESXi的所有管理功能都可以通过远程管理工具提供。由于没有底层操作系统，安装空间占用量可缩减至 150 MB 以下。
ESXi 体系结构独立于任何通用操作系统运行，可提高安全性、增强可靠性并简化管理。紧凑型体系结构设计旨在直接集成到针对虚拟化进行优化的服务器硬件中，从而实现快速安装、配置和部署。
如下图所示，从体系结构来说ESXi包含虚拟化层和虚拟机，而虚拟化层有两个重要组成部分：虚拟化管理程序VMkernel和虚拟机监视器VMM。ESXi主机可以通过vSphere Client、vCLI、API/SDK和CIM接口接入管理。

图：ESXi体系结构

2.2 VMkernel

VMkernel 是虚拟化的核心和推动力，由 VMware 开发并提供与其他操作系统提供的功能类似的某些功能，如进程创建和控制、信令、文件系统和进程线程。VMkernel控制和管理服务器的实际资源，它用资源管理器排定VM顺序，为它们动态分配CPU时间、内存和磁盘及网络访问。它还包含了物流服务器各种组件的设备驱动器——例如，网卡和磁盘控制卡、VMFS文件系统和虚拟交换机。
VMkernel 专用于支持运行多个虚拟机及提供如下核心功能：

• 资源调度
• I/O 堆栈
• 设备驱动程序

VMkernel 可将虚拟机的设备映射到主机的物理设备。例如，虚拟 SCSI 磁盘驱动器可映射到与 ESXi 主机连接的 SAN LUN 中的虚拟磁盘文件；虚拟以太网 NIC 可通过虚拟交换机端口连接到特定的主机 NIC。

2.3 虚拟机监视器VMM

每个 ESXi 主机的关键组件是一个称为 VMM 的进程。对于每个已开启的虚拟机，将在 VMkernel 中运行一个 VMM。虚拟机开始运行时，控制权将转交给 VMM，然后由 VMM 依次执行虚拟机发出的指令。VMkernel 将设置系统状态，以便 VMM 可以直接在硬件上运行。然而，虚拟机中的操作系统并不了解此次控制权转交，而会认为自己是在硬件上运行。
VMM 使虚拟机可以像物理机一样运行，而同时仍与主机和其他虚拟机保持隔离。因此，如果单台虚拟机崩溃，主机本身以及主机上的其他虚拟机将不受任何影响。

2.4 虚拟机

虚拟机是一个由VMkernel控制的软件构造体。所有虚拟机配置信息、状态信息和数据都封装在存储在数据存储中的一组离散文件中。这使虚拟机具有可移动性，并且易于备份或克隆。

图：虚拟机文件
2.4.1 虚拟机的特性
虚拟机具有如下基本特性：
分区：可在一台物理机上运行多个操作系统，并在多个虚拟机之间分配系统资源
隔离：虽然多个虚拟机可以共享一台计算机的物理资源，但它们相互之间保持完全隔离。由于隔离的原因，虚拟环境中运行的应用在可用性和安全性方面远优于在传统的非虚拟化系统中运行的应用。
封装：虚拟机实质上是一个软件容器，它将一整套虚拟硬件资源与操作系统及其所有应用捆绑或封装在一起。通过封装，虚拟机获得了超强的移动性并且易于管理。
硬件抽象化: 虚拟机完全独立于其底层物理硬件。可以为虚拟机配置与底层硬件上存在的物理组件完全不同的虚拟组件。
由于虚拟机独立于硬件，再加上它具备封装和兼容性这两个特性，因此可以在不同类型的 x86 计算机之间自由地移动它，而无需对设备驱动程序、操作系统或应用进行任何更改。事实上，您可以在一台物理计算机上混合运行不同类型的操作系统和应用。

2.4.2 虚拟机的组件
虚拟机通常有一个操作系统、VMware Tools 以及虚拟资源和硬件，其管理方式与物理计算机非常相似。在虚拟机上安装客户操作系统与在物理计算机上安装操作系统完全一样。您必须拥有操作系统供应商提供的包含安装文件的 CD/DVD-ROM 或 ISO 映像。

• 操作系统

虚拟机与所有标准 x86 操作系统和应用程序完全兼容。在一台物理主机的不同虚拟机里，可以根据应用需求同时运行不同的x86操作系统，彼此之间不会冲突，且对x86操作系统无需进行任何修改。

• VMware Tools

VMware Tools 是一套实用程序，能够提高虚拟机的客户操作系统的性能，并改善对虚拟机的管理。在客户操作系统中安装 VMware Tools 十分必要。虽然客户操作系统可以在未安装 VMware Tools 的情况下运行，但是您将无法使用某些重要功能，并失去一些便利性。VMware Tools 服务是一项在客户操作系统内执行各种功能的服务。该服务在客户操作系统启动时自动启动。
该服务可执行的功能包括：
• 将消息从 ESXi 主机传送到客户操作系统。
• 向 ESXi 主机发送心跳信号，使其知道客户操作系统正在运行。
• 实现客户操作系统与主机操作系统之间的时间同步。
• 在虚拟机中运行脚本并执行命令。
• 为使用 VMware VIX API 创建的与客户操作系统绑定的调用提供支持，除 Mac OS X 客户操作系统外。
• 允许指针在 Windows 客户操作系统的客户机和 Workstation 之间自由移动。
• 帮助创建 Windows 客户操作系统中由特定备份应用程序使用的快照。

在客户操作系统中安装 VMware Tools 后，它还会提供 VMware 设备驱动程序，包括 SVGA 显示驱动程序、用于某些客户操作系统的 vmxnet 网络连接驱动程序、用于某些客户操作系统的 BusLogic SCSI 或 LSI Logic 驱动程序、用于在虚拟机之间进行有效内存分配的内存控制驱动程序、用于将 I/O 置于静默状态（使用 VMware Data Recovery 或 VMware vStorage API for Data Recovery）以进行备份的同步驱动程序、用于实现文件夹共享的内核模块以及 VMware 鼠标驱动程序。

• 虚拟硬件

每个虚拟机都有虚拟硬件，这些虚拟硬件在所安装的客户操作系统及其应用中显示为物理硬件。每个客户操作系统都能识别出常规硬件设备，但它并不知道这些设备实际上是虚拟设备。虚拟机具有统一的硬件（少数选项可以由系统管理员控制）。统一硬件使得虚拟机可以跨 vSphere 主机进行迁移。

图：虚拟硬件
ESXi 主机将为每个虚拟机提供一个 x86 基础平台，可以选择要在该平台中安装的设备。基础虚拟机完全符合 x86 架构的系统标准。下图是所有 Windows 虚拟机中均配备的标准 VMware 设备驱动程序。标准虚拟设备驱动程序具有可移植性，您无需为每台虚拟机重新配置操作系统。如果将这些文件复制到其他 ESXi 主机，则即使硬件截然不同，这些文件仍然可以正常运行，且无需重新配置硬件。