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1 2 Übersicht VMware vsphere Übersicht der VMware vsphere Komponenten und sonstigen Zusatzprodukten. 2.1 Übersicht Themen des Kapitels Übersicht VMware vsphere Themen des Kapitels Übersicht Virtualisierung Komponenten und Funktionen von vsphere Produkte von VMware Lizenzierung von vsphere Struktur des ESXi Servers Im Kapitel Übersicht VMware vsphere werden die einzelnen Produkte von VMware, deren Komponenten und die Lizenzierung von VMware vsphere erläutert. NetQuest GmbH Seite 2-1

2 2.2 Übersicht Virtualisierung Funktion und Einsatz der Virtualisierung Was ist Virtualisierung Was ist Virtualisierung? Ein Host Computer mit einem Software-Layer, der die Ausführung von virtuellen Maschinen ermöglicht, die ein Intel basierendes Betriebssystem verwenden Innerhalb einer virtuellen Maschine wird Hardware und BIOS zur Verfügung gestellt und kann wie eine existierende physische Maschine konfiguriert werden Mit Hilfe der Virtualisierung können auf einem Host Computer so genannte Virtuelle Maschinen (VM) ausgeführt werden. Diese VMs bilden eine komplette Maschine nach, in der ein Gastbetriebssystem ausgeführt wird. Die VM stellt eine standardisierte virtuelle Hardware (SCSI Platten, CPU, Speicher, usw.) und ein BIOS zur Verfügung. NetQuest GmbH Seite 2-2

3 2.2.2 x86 Architektur ohne Virtualisierung x86 Architektur ohne Virtualisierung Die x86 Betriebssysteme (Operating System - OS) sind ursprünglich dafür konzipiert worden, direkt auf der Hardware ausgeführt zu werden. Die Hardware stellt dafür vier Ringe 0 3 zur Verfügung, die vom Betriebssystem und von den Anwendungen verwendet werden um auf die Hardware zuzugreifen. Anwendungen werden typischerweise im Ring 3 ausgeführt (maximaler Schutz), währen das Betriebssystem direkten Zugriff auf die Hardware benötigt und im Ring 0 ausgeführt wird. NetQuest GmbH Seite 2-3

4 2.2.3 Vollvirtualisierung Vollvirtualisierung VMware kann jede Art von x86 Betriebssystem ausführen und verwendet eine Kombination aus Binary Translation und direkter Ausführung. Bei der Vollvirtualisierung wird der Kernel-Code übersetzt und nicht virtualisierbare Befehle übersetzt. Die Befehle aus dem Ring 3 (Anwendungen) werden direkt ausgeführt. Durch die Vollvirtualisierung wird das Gastbetriebssystem komplett von der Hardware des Host Computers abstrahiert (entkoppelt). Das Betriebssystem muss dabei nicht modifiziert werden. NetQuest GmbH Seite 2-4

5 2.2.4 Paravirtualisierung Paravirtualisierung Bei der Paravirtualisierung wird zwar ein zusätzliches Betriebssystem virtuell neu gestartet, jedoch wird keine Hardware virtualisiert oder emuliert, sondern die virtuell gestarteten Betriebssysteme verwenden eine abstrakte Verwaltungsschicht, um auf gemeinsame Ressourcen (Netzanbindung, Festplattenspeicher, Benutzerein- und - ausgaben) zuzugreifen. Die Paravirtualisierung stellt eine Softwareschnittstelle bereit, die ähnlich, aber nicht identisch zur tatsächlichen Hardware ist. Das Betriebssystem muss portiert werden um auf der virtuellen Maschine (VM) ausgeführt werden zu können. Die Portierung ermöglicht den darauf ausgeführten virtuellen Maschinen eine höhere Leistung. Die VMware-Tools verwenden paravirtualiserte Treiber um die Performance bestimmter Funktionen in der VM zu optimieren (z.b. der vmxnet Treiber für die Netzwerkkarten). NetQuest GmbH Seite 2-5

6 2.2.5 Hardware-unterstützte Virtualisierung HW-unterstützte Virtualisierung Die Hardware-unterstützte Virtualisierung verwendet spezielle Erweiterungen der CPUs (Intel VT, AMD-V) und führt einen zusätzlichen Layer unterhalb des Ring 0 ein. Die privilegierten Aufrufe werden ohne Binary Translation oder Paravirtualisierung an den Hypervisor umgeleitet. VMware verwendet diese Hardware-Unterstützung momentan für die Unterstützung von 64-bit Gastbetriebssystemen und andere Zusatzfunktionen. NetQuest GmbH Seite 2-6

7 2.2.6 Vorteile der Virtualisierung Vorteile von Virtuellen Maschinen Physische Maschine Kompliziertes Verschieben oder Kopieren (clonen) Gebunden an eine spezifische Hardware Virtuelle Maschine Einfaches Verschieben oder Kopieren (VMDK Dateien) Isolation der VMs untereinander Isoliert von Hardwareänderungen des Host- Systems Die Virtualisierungs-Technologie macht es möglich, einen Computer so aufzugliedern, dass verschiedene Betriebssysteme auf demselben Gerät laufen. Damit können zum Beispiel auch alte Anwendungen auf neueren Geräten weiterlaufen, wenn die IT- Abteilung den Kauf neuer Geräte durchführt - die alten PCs samt Software werden einfach per System-Snapshot festgehalten und in einem virtualisierten Teil des neuen Gerätes wieder so aktiviert, wie sie vorher liefen. Was die Server angeht, liegen die Vorteile der Virtualisierung auf der Hand. Server- Hardware wird oft nicht voll ausgenutzt, weil Prozessoren für längere Zeiträume untätig bleiben. Mit einer Architektur, bei der jeder physische Server mehrere virtuelle Server fahren kann, lässt sich eine weit bessere Maschinen-Ausnutzung erzielen. Außerdem ist es wesentlich leichter, bei Bedarf virtuelle Server zu ergänzen, als physische Geräte neu aufzubauen und zu konfigurieren. NetQuest GmbH Seite 2-7

8 2.2.7 Komponenten der Virtualisierung Modell der Virtualisierung 4. Guest Operating System 3. Virtual Machine 2. Virtualization Software 1. Host System Komponenten der Virtualisierung: 1. Das Host System mit der entsprechenden Hardware 2. Software zur Virtualisierung, die die virtuelle Umgebung bereitstellt und verwaltet 3. Die eigentliche Virtuelle Maschine (VM) 4. Das Gastbetriebssystem, das in der Virtuellen Maschine (VM) installiert ist NetQuest GmbH Seite 2-8

9 Begriffe der Virtualisierung Host Virtual Software Virtual Machine (VM) Gast-Betriebssystem Begriff Host Virtualisierungs Software Virtual Machine (VM) Gast-Betriebssystem Beschreibung Der Host stellt für die virtuelle Umgebung die notwendigen Hardware Resourcen zur Verfügung. Der Virtualisierungs Software Layer ermöglicht und kontrolliert den Zugriff der Virtual Machines (VM) auf die Hardware des Host. Als Virtual Machine (VM) wird die Kombination aus virtueller Hardware und virtuellem BIOS bezeichnet. Als Gast-Betriebssystem wird das in der Virtual Machine (VM) installierte Betriebssystem bezeichnet. NetQuest GmbH Seite 2-9

10 2.3 Funktionen von vsphere Funktionen von VMware vsphere und dessen Komponenten Übersicht - Komponenten von vsphere vsphere Komponenten Eine vsphere Infrastruktur besteht aus ein oder mehreren ESXi Servern und einem vcenter Server für die Verwaltung und einer Datenbank, in der die Performance-Daten des vcenter Server gespeichert werden. Über den vsphere Client kann die Verwaltung der einzelnen Komponenten durchgeführt werden. NetQuest GmbH Seite 2-10

11 2.3.2 VMware vcenter Server VMware vcenter Server Mit dem vcenter Server können viele ESXi Server als ein logischer Pool von Ressourcen verwaltet werden Zum vcenter Server gehört auch das Produkt vmotion mit dem aktive VMs von einem ESXi Host zum anderen / ESXi Host verschoben werden können Im vcenter ist noch der Update Manager und der vcenter Converter integriert Der VMware vcenter Server (früher VirtualCenter) ermöglicht die zentrale Verwaltung von vielen Virtuellen Maschinen, die auf einem oder mehreren ESXi Hosts verteilt sind. Mit dem vcenter Server können zusätzlich Performance-Messwerte von allen Hosts und Virtuellen Maschinen zentral erfasst und ausgewertet werden. NetQuest GmbH Seite 2-11

12 2.3.3 VMware vsphere Client VMware vsphere Client Der vsphere Client ermöglicht das Management von ESXi Servern Die ESXi Server können entweder direkt oder über den vcenter Server verwaltet werden. Dazu wird der selbe Client verwendet NetQuest GmbH Seite 2-12

13 2.3.4 VMware vsphere Web Client VMware vsphere Web Client Der vsphere Web Client ermöglicht die Verwaltung von Virtuellen Maschinen, den Zugriff auf deren Konsole und die Überwachung der ESXi / vcenter Server Für den Zugriff wird nur ein Web Browser benötigt und ein Flash Player benötigt NetQuest GmbH Seite 2-13

14 2.3.5 VMware Virtual SMP VMware Virtual SMP Mit der Virtual SMP Funktion können pro VM bis zu acht virtuelle CPUs genutzt werden Diese virtuellen CPUs werden durch jeweils einen Prozess (vmm) auf dem ESXi Host realisiert. Dadurch ist es möglich, die Performance von bis zu 32 (nur Enterprise Plus Lizenz) physischen CPUs zu nutzen Mit Virtual SMP können in einer Virtuellen Maschine (VM) maximal acht virtuelle CPUs verwendet und damit die Leistung von 32 physischen CPUs genutzt werden. NetQuest GmbH Seite 2-14

15 2.3.6 VMware vmotion und Storage vmotion vmotion und Storage vmotion VMware vmotion ermöglicht das verschieben von aktiven VMs zwischen ESXi Servern ohne Unterbrechung VMware Storage vmotion ermöglicht das verschieben von virtuellen Platten einer VM zwischen Storage Systemen ohne Unterbrechung NetQuest GmbH Seite 2-15

16 2.3.7 VMware High Availability (HA) VMware High Availability (HA) HA (High Avalability) durch diese Funktion können VMs automatisch auf einem anderen ESXi Server neu gestartet werden, wenn der ESXi Server auf dem die VMs aktiv waren, z.b. durch einen Defekt nicht mehr verfügbar ist NetQuest GmbH Seite 2-16

17 2.3.8 VMware Fault Tolerance (FT) VMware Fault Tolerance (FT) VMware Fault Tolerance (FT) ermöglicht den unterbrechungsfreien Betrieb einer VM beim Ausfall eines ESXi Servers Dazu wird von einer primären VM eine Kopie (Secondary) auf einem anderen ESXi Server erzeugt und jede Änderung an der primären VM auch an der Kopie durchgeführt NetQuest GmbH Seite 2-17

18 2.3.9 VMware DRS VMware DRS DRS (Dynamic Allocation of Resources) VMs können abhängig von der Last des ESXi Host zwischen den ESXi Servern anhand von Regeln automatisch verschoben werden ( mit der vmotion Funktion) Als Erweiterung existiert noch das Distributed Power Management (DPM) das ESXi Server bei geringer Last in den Standby Mode versetzt. Die VMs werden vorher auf andere ESXi Server verteilt NetQuest GmbH Seite 2-18

19 VMware DPM DPM Das Distributed Power Management (DPM) ist eine Erweiterung des DRS. Es ermöglicht dem vcenter nach bedarf ESXi Server bei geringer Last in einen Suspend-Modus herunterzufahren. Steigt die Last in der Farm wieder an werden die Server aus dem Suspend-Modus hochgefahren. NetQuest GmbH Seite 2-19

20 Storage DRS Storage DRS Storage Systeme können zu Storage Clustern zusammengefasst werden Dies ermöglicht die virtuellen Platten der VMs dynamische abhängig von verschiedenen Messgrößen und Regeln zu verteilen: Auslastung der Platten (Füllstand) I/O Loadbalancing Anti-Affinity Regeln (trennen von VMs/Platten) NetQuest GmbH Seite 2-20

21 VMware Data Recovery VMware Data Recovery VMware Data Recovery ist eine LINUX Appliance (VM) für den Backup und Restore von VMs Für die Verwaltung wird ein Plugin im vsphere Client verwendet VMware Data Recovery kann die Backups deduplizieren bzw. nicht verwendete Teile der virtuellen Platten werden nicht gesichert NetQuest GmbH Seite 2-21

22 vshield Zones vshield Zones vshield Zones ist ein Firewall die den Datenverkehr zwischen Client und Server bzw. zwischen VMs überwacht vshield Zones ist eine Application-Level Firewall NetQuest GmbH Seite 2-22

23 Distributed Virtual Networking (DVN) Distributed Virtual Networking Das Distributed Virtual Networking (DVN) ermöglicht eine konsistente Konfiguration der Netzwerkebene über mehrere ESXi Server Diese konsistente Konfiguration ist z.b. erforderlich um eine VM zwischen ESXi Servern zu verschieben NetQuest GmbH Seite 2-23

24 Host Profiles Host Profiles Mit einem Host Profile kann eine identische Konfiguration auf mehrere ESXi Server verteilt werden Die Konfiguration wird in sogenannten Policies festgelegt NetQuest GmbH Seite 2-24

25 Pluggable Storage Array (PSA) Pluggable Storage Array (PSA) Das Pluggable Storage Array (PSA) ist ein Framework für Storage System Partner um eigene Storages Systeme besser in vsphere integrieren zu können Dazu wird eine Multipathing I/O Schnittstelle zur Verfügung gestellt die vom jeweiligen Hersteller angepasst und erweitert werden kann NetQuest GmbH Seite 2-25

26 2.4 Produkte von VMware Verschiedene Produkte von VMware zur Virtualisierung Produkte zur Virtualisierung Produkte zur Virtualisierung VMware Player Verwendung von vorkonfigurierten VMs Workstation primär für Testzwecke VMware Server (vorm. GSX Server) begrenzter produktiver Einsatz ESXi Server produktiver Einsatz z.b. für die Serverkonsolidierung Die verschiedenen Virtualisierungs Produkte von VMware (Workstation, VMware Server und ESXi Server) unterscheiden sich durch ihre Leistungsfähigkeit und durch zusätzliche Verwaltungs-Funktionalitäten. Der VMware Player kann nur vorkonfigurierte VMs ausführen. NetQuest GmbH Seite 2-26

27 2.4.2 Management- und Automatisierungs-Produkte Management und Automatisierung VMware vcenter Server (VirtualCenter) VMware vcenter Lab Manager (VMware Lab Manager) VMware View (früher VMware Virtual Desktop Infrastructure (VDI)) VMware ACE VMware vcenter Site Recovery Manager Neben den Produkten zur Virtualisierung von Betriebssystemen stehen auch eine Reihe von Produkten zur Verwaltung der Virtuellen Infrastruktur und der VMs bzw. zur Automatisierung (z.b. Testen von verschiedenen Versionen, Patches usw. mit dem VMware vcenter Lab Manager) der Verteilung von Gastsystemen zur Verfügung. NetQuest GmbH Seite 2-27

28 2.4.3 VMware Converter VMware Converter Konvertieren von Virtuellen Maschinen zwischen verschiedenen VMware Produkten und Produktgenerationen, z.b. von Workstation 4.x zum VMware Server Migration der Plattendaten einer physischen Maschine in VM Die Migration kann in eine VM einer Workstation eines VMware Servers oder eines ESXi Servers erfolgen Mit dem VMware Converter können existierende Maschinen mit verschiedenen unterstützten Windows Betriebssystemen in Virtuelle Maschinen migriert werden. Dies kann z.b. bei der Konsolidierung von Alt -Systemen verwendet werden. Eine zusätzliche Funktion ist das Konvertieren von Virtuellen Maschinen zwischen verschiedenen VMware Produkten (Workstation, VMware Server und ESXi Server) bzw. verschiedenen Produktgenerationen. NetQuest GmbH Seite 2-28

29 2.5 Lizenzierung von vsphere Erforderliche Lizenzen für den Betrieb der vcenter bzw. ESXi Server. Lizenzierung vsphere (1) Versionen der von vsphere Kostenfreie Lizenz für den ESXi Server vsphere Essentials (3 phy. Server und vram) vsphere Essentials Plus (3 phy. Server und vram) vsphere Standard (pro CPU Sockel und vram) vsphere Enterprise (pro CPU Sockel und vram) vsphere Enterprise Plus (pro CPU Sockel und vram) Über die verschiedenen Versionen von vsphere wird der ESXi Server lizenziert. Dabei werden Lizenzen für CPU Sockel erworben. Z.B. 12 CPU Sockel Lizenzen können für 6 Maschinen mit jeweils 2 Sockeln oder drei Maschinen mit jeweils 4 Sockeln verwendet werden. Zusätzlich stehen je nach Version pro Sockel eine bestimmte Menge von vram (virtueller RAM, den die VMs nutzen) zur Verfügung (z.b. Standard Edition 32 GByte). Der vcenter Server muss noch zusätzlich lizenziert werden, um die zusätzlichen Funktionen, wie z.b. vmotion, nutzen zu können. NetQuest GmbH Seite 2-29

30 Lizenzierung vsphere (2) Die Lizenzierung der ESXi Server erfolgt pro CPU Sockel (keine Unterschied zwischen Single Core, Dual Core und Hyperthreading CPUs). Zusätzlich wird je nach Version noch eine bestimmte Menge an vram pro Sockel erlaubt (z.b. Standard Edition 32 Gbyte vram pro Sockel) Zusätzlich muss noch ein Supportvertrag für einen definierten Zeitraum erworben werden NetQuest GmbH Seite 2-30

31 Lizenzierung vsphere (3) Die Lizenzierung des vcenter Server erfolgt nach Anzahl der Installationen (Instanzen) Es existieren drei Versionen des vcenter (Kit und Foundation haben den selben Funktionsumfang): Essentials Kit (in den Essential Kits enthalten) Foundation (max. drei ESXi Server können verwaltet werden) Standard NetQuest GmbH Seite 2-31

32 Lizenzierung vsphere (4) ESXi Free Essentials Essentials Plus Standard Enterprise Enterprise Plus vcenter Server Typ Keiner Kit Kit Foundation/Std. Foundation/Std. Foundation/Std. vsmp 8-Wege 8-Wege 8-Wege 8-Wege 8-Wege 32-Wege vram Entitlement 32 GByte 32 GByte 32 GByte 32 GByte 64GByte 96GByte VC Agent Update Manager Data Recovery High Availability (HA) VMotion Hot Add Fault Tolerance (FT) vshield Zones Serial Port Concentrator Storage VMotion Storage API für Array DRS / DPM Distributed Switches Host Profiles Network / Storage I/O Cont. Auto Deploy Policy-Driven Storage Storage DRS Übersicht der Funktionen und Eigenschaften der einzelnen vsphere Lizenzen. NetQuest GmbH Seite 2-32

33 2.6 Struktur des ESXi Servers Übersicht der Komponenten des ESXi Servers Aufbau des ESXi Servers ESXi Server Architektur Zugriff über SSH oder Console Anwendung Windows 2000 Anwendung Windows 2003 Anwendung LINUX Direct Console User Interface (DCUI) Agents für die Verwaltung Zugriff über HTTPS, usw. VMware Virtualisierungs Layer Intel Architektur NetQuest GmbH Seite 2-33

34 Komponenten des ESXi Servers Direct Console User Interface (DCUI) Der Virtual Machine Monitor (VMM) Verwaltungs-Agenten Common Information Model (CIM) Der ESXi Server besteht aus mehreren Hauptkomponenten: Direct Console User Interface (DCUI) Eine low-level Konfigurationsschnittstelle, die bei Bedarf aktiviert werden kann. Der Zugriff erfolgt direkt über die Konsole des Servers. Der Virtual Machine Monitor (VMM) Der Virtual Machine Monitor für die Umgebung der Virtuellen Maschinen bzw. zusätzliche Hilfsprozesse. Zusätzliche Verwaltungs-Agenten für das Management des Servers und der VMs. Das Common Information Model (CIM) System als Schnittstelle für die Remote- Verwaltung des ESXi Servers. CIM stellt dabei eine Reihe von APIs zur Verfügung.. NetQuest GmbH Seite 2-34

35 Virtualisierung CPU Virtualisierung Speicher Virtualisierung Platten Virtualisierung Netzwerk Virtualisierung Durch den VMware Virtualization Layer werden verschiedene Hardwarekomponenten, wie CPU, RAM, Festplatten und Netzwerkkarten virtualisiert und in den Virtuellen Maschinen (VM) eingebunden. NetQuest GmbH Seite 2-35

36 Private virtual Ethernet Networks Mit Hilfe der Virtual Switches, der virtuellen Netzwerkkarten der VMs und der Physical NICs können Netzwerke innerhalb eines ESXi Hosts konfiguriert werden. Es können bis zu 248 Virtual Switches angelegt werden. Diese Virtuellen Netzwerke können über Physical NICs mit dem LAN verbunden werden, können aber auch zur Verbindung von VMs ohne Kontakt zum LAN genutzt werden. NetQuest GmbH Seite 2-36

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