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1、word深信服超融合架构技术白皮书深信服科技修订记录 / 第1章、前言8IT时代的变革8白皮书总览9第2章、深信服超融合技术架构11超融合架构概述11超融合架构的定义11深信服超融合架构组成模块11系统总体架构11计算虚拟化平台12概述12技术原理13的Hypervisor架构14虚拟化实现17的技术特性26存NUMA技术262728虚拟机生命周期管理29虚拟交换机30动态资源调度31的特色技术31快虚31虚拟机热迁移32虚拟磁盘加密33虚拟机的HA34多USB映射34存储虚拟化36存储虚拟化概述36虚拟后对存储带来的挑战36分布式存储技术的开展36深信服aSAN概述37技术原理37主机管理3
2、7文件副本38磁盘管理39读缓存原理46写缓存原理52磁盘故障处理机制55深信服aSAN功能特性68存储精简配置68私网链路聚合69数据一致性检查69网络虚拟化69网络虚拟化概述69网络虚拟化技术原理707071底层的实现72功能特性76分布式虚拟交换机76767777深信服aNet的特色技术77网络探测功能77全网流量可视78所画即所得业务逻辑拓扑78深信服超融合架构产品介绍79产品概述79产品定位79第3章、深信服超融合架构带来的核心价值81可靠性：81安全性81灵活弹性81易操作性81第4章、超融合架构最优实践82第1章、1.1 IT时代的变革20 世纪 90 年代，随着 Windows
3、 的广泛使用与 Linux 服务器操作系统的出现奠定了 x86服务器的行业标准地位，然而 x86 服务器部署的增长带来了新的 IT 根底架构和运作难题，包括：根底架构利用率低、物理根底架构本钱日益攀升、IT 管理本钱不断提高以与对关键应用故障和灾难保护不足等问题。X86 服务器虚拟化技术的出现，通过将 x86 系统转变成通用的共享硬件根底架构，充分挖掘硬件的潜力，提高硬件的利用效率，降低硬件和运营本钱，并且简化运维降低管理本钱，最终帮助用户把更多的时间和本钱转移到对业务的投入上。随着云计算和虚拟化技术向构建新一代数据中心方向开展，关键以虚拟化为根底，实现管理以与业务的集中，对数据中心资源进展动
4、态调整和分配，重点满足企业关键应用向X86 系统迁移对于资源高性能、高可靠、安全性和高可适应性上的要求，同时提高根底架构的自动化管理水平，确保满足根底设施快速适应业务的商业诉求，支持企业应用云化部署。云计算并不是一种新的技术，而是在一个新理念的驱动下产生的技术组合。在云计算之前，企业部署一套服务，需要经历组网规划，容量规划，设备选型，下单，付款，发货，运输，安装，部署，调试的整个完整过程。这个周期在大型项目中需要以周甚至月来计算。在引入云计算后，这整个周期缩短到以分钟来计算。IT 业有一条摩尔定律，芯片速度容量每 18 个月提升一倍。同时， IT 行业还有一条反摩尔定律，所有无法追随摩尔定律的
5、厂家将被淘汰。 IT 行业是快鱼吃慢鱼的行业，使用云计算可以提升 IT 设施供给效率，不使用如此会拖慢产品或服务的扩脚步，一步慢步步慢。云计算当然还会带来别的好处，比如提升复用率缩减本钱，降低能源消耗，缩减维护人力本钱等方面的优势，但在反摩尔定律面前，已经显得不是那么重要。业界关于云计算技术的定义，是通过虚拟化技术，将不同的根底设施标准化为一样的业务部件，然后利用这些业务部件，依据用户需求自动化组合来满足各种个性化的诉求。云着重于虚拟化，标准化，和自动化。深信服的超融合架构是一款成熟的 Iaas 层的云计算解决方案，除满足上面所述的虚拟化，标准化和自动化诉求外，秉承深信服公司产品的优秀基因，向
6、您提供简单易用，安全可靠的产品。本文档向您讲述深信服超融合架构解决方案中所用到的相关技术，通过阅读本文档，您能够了解到：云的虚拟化，标准化，易用性，易管理这些关键技术是如何在深信服的超融合架构解决方案中表现的；超融合架构解决方案是如何做到简单，安全可靠的；超融合解决方案所包含的部件，所涉与的主要技术领域，使用的主要的一些技术；针对超融合架构提供的各种技术选择，您怎样使用它们来满足您的业务诉求。1.2 白皮书总览本书介绍的容大致如下：第一章、在前言局部，给您对云计算，云平台有一个概括性的认识，并对本文档的阅读给出指导。第二章、讲述超融合架构中的主要功能模块，各个功能模块的技术细节介绍。第三章、向
7、您介绍深信服超融合架构中的技术在为客户带来的核心价值。第四章、分享超融合架构在客户中的实际应用场景，并给出深信服超融合架构产品的体验途径，非常欢迎您来试用。第2章、1.1 超融合架构概述1.1.1 超融合架构的定义超融合根底架构，这是一种将计算、网络和存储等资源作为根本组成元素，根据系统需求进展选择和预定义的一种技术架构，具体实现方式上一般是指在同一套单元节点x86服务器中融入软件虚拟化技术包括计算、网络、存储、安全等虚拟化，而每一套单元节点可以通过网络聚合起来，实现模块化的无缝横向扩展scale-out，构建统一的资源池。1.2 深信服超融合架构组成模块1.2.1.1 系统总体架构深信服超融
8、合架构图深信服超融合架构在基于底层根底架构标准的X86硬件上将计算、存储、网络、安全软件化，通过这种软件化的方式，即计算虚拟化aSV、存储虚拟化aSAN、网络虚拟化aNet，构建了数据中心里所需的最小资源单元，通过资源池中的最小单元，提供了数据中心IT根底架构中所需的全部资源。1.2.1.2 aSV计算虚拟化平台1.2.1.2.1 概述计算资源虚拟化技术就是将通用的 x86 服务器经过虚拟化软件，对最终用户呈现标准的虚拟机。这些虚拟机就像同一个厂家生产的系列化的产品一样，具备系列化的硬件配置，使用一样的驱动程序。虚拟化技术起源于大型机，最早可以追溯到上世纪六、七十年代大型机上的虚拟分区技术，即
9、允许在一台主机上运行多个操作系统，让用户尽可能充分地利用昂贵的大型机资源。随着技术的开展和市场竞争的需要，虚拟化技术向小型机或 UNIX 服务器上移植，只是由于真正使用大型机和小型机的用户还是少数，加上各厂商产品和技术之间的不兼容，使得虚拟化技术不太被公众所关注。注：由于 X86 架构在设计之初并没有考虑支持虚拟化技术，它本身的结构和复杂性使得在其之上进展虚拟化非常困难，早期的 X86 架构并没有成为虚拟化技术的受益者20 世纪 90 年代，虚拟化软件厂商采用一种软件解决方案，以VMM(Virtual Machine Monitor, VMM 虚拟机监视器)为中心使 X86 服务器平台实现虚拟
10、化。然而这种纯软件的“全虚拟化模式，每个 Guest OS客户操作系统获得的关键平台资源都要由 VMM 控制和分配，需要利用二进制转换，而二进制转换带来的开销使得“完全虚拟化的性能大打折扣。为解决性能问题，出现了一种新的虚拟化技术“半虚拟化，即不需要二进制转换，而是通过对客户操作系统进展代码级修改，使定制的Guest OS 获得额外的性能和高扩展性，但是修改 Guest OS 也带来了系统指令级的冲突与运行效率问题，需要投入大量优化的工作。当前，虚拟化技术已经开展到了硬件支持的阶段，“硬件虚拟化技术就是把纯软件虚拟化技术的各项功能用硬件电路来实现，可减少 VMM 运行的系统开销，可同时满足 C
11、PU 半虚拟化和二进制转换技术的需求，深信服的超融合架构解决方案中的计算虚拟化采用aSV虚拟化系统，通过将服务器资源虚拟化为多台虚拟机。最终用户可以在这些虚拟机上安装各种软件，挂载磁盘，调整配置，调整网络，就像普通的 x86 服务器一样使用它。计算虚拟化是超融合的架构中必不可少的关键因素，对于最终用户，虚拟机比物理机的优势在于它可以很快速的发放，很方便的调整配置和组网。对于维护人员来讲，虚拟机复用了硬件，这样硬件更少，加上云平台的自动维护能力，这样整个IT系统的本钱显著降低。1.2.1.2.2 aSV技术原理服务器务器虚拟化前后的巨大差异，源于虚拟机与物理服务器的本质区别上：虚拟机的定义：虚拟
12、机 (Virtual Machine) 是由虚拟化层提供的高效、独立的虚拟计算机系统，每台虚拟机都是一个完整的系统，它具有处理器、存、网络设备、存储设备和BIOS，因此操作系统和应用程序在虚拟机中的运行方式与它们在物理服务器上的运行方式没有什么区别。虚拟机的本质区别：与物理服务器相比，虚拟机不是由真实的电子元件组成，而是由一组虚拟组件文件组成，这些虚拟组件与物理服务器的硬件配置无关，关键与物理服务器相比，虚拟机具有以下优势：抽象解耦：1.可在任何 X86 架构的服务器上运行；2.上层应用操作系统不需修改即可运行；分区隔离：1.可与其他虚拟机同时运行；2.实现数据处理、网络连接和数据存储的安全隔
13、离；封装移动：1.可封装于文件之中，通过简单的文件复制实现快速部署、备份与复原；2.可便捷地将整个系统包括虚拟硬件、操作系统和配置好的应用程序在不同的物理服务器之间进展迁移，甚至可以在虚拟机正在运行的情况下进展迁移；1.2.1.2.2.1 aSV的Hypervisor架构Hypervisor是一种运行在物理服务器和操作系统之间的中间软件层,可允许多个操作系统和应用共享一套根底物理硬件，因此也可以看作是虚拟环境中的“元操作系统，它可以协调访问服务器上的所有物理设备和虚拟机，也叫虚拟机监视器Virtual Machine Monitor。Hypervisor是所有虚拟化技术的核心。非中断地支持多工
14、作负载迁移的能力是Hypervisor的根本功能。当服务器启动并执行Hypervisor时，它会给每一台虚拟机分配适量的存、CPU、网络和磁盘，并加载所有虚拟机的客户操作系统。虚拟化技术架构Hypervisor，常见的 Hypervisor 分两类：Type-I裸金属型指 VMM 直接运作在裸机上,使用和管理底层的硬件资源，GuestOS 对真实硬件资源的访问都要通过 VMM 来完成，作为底层硬件的直接操作者，VMM 拥有硬件的驱动程序。裸金属虚拟化中Hypervisor直接收理调用硬件资源，不需要底层操作系统，也可以理解为Hypervisor被做成了一个很薄的操作系统。这种方案的性能处于主机
15、虚拟化与操作系统虚拟化之间。代表是VMware ESX Server、Citrix XenServer和Microsoft Hyper-V，LinuxKVM。Type-II 型宿主型指 VMM 之下还有一层宿主操作系统，由于 Guest OS 对硬件的访问必须经过宿主操作系统，因而带来了额外的性能开销，但可充分利用宿主操作系统提供的设备驱动和底层服务来进展存管理、进程调度和资源管理等。主机虚拟化中VM的应用程序调用硬件资源时需要经过:VM核-Hypervisor-主机核，导致性能是三种虚拟化技术中最差的。主机虚拟化技术代表是VMwareServerGSX、Workstation和MicrosoftVirtualPC、VirtualServer等。由于主机型Hypervisor的效率问题，深信服的aSV采用了裸机型Hypervisor中的Linux KVM虚拟化，即为Type-I裸金属型。KVM(Kenerl-based Virtual Mach
