FusionSphere架构详解

当年剩女图书馆 2015-12-03

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FusionSphere架构详解

关键字：云计算XEN Hypervisor FusionSphere

摘要：本技术案例主要针对Huawei FusionSphere云计算软件架构进行深入分析，总结概括出我们的FusionSphere云计算产品技术及课程内容中的关键点，为产品技术学习和云计算授课能力提升提供支持。

案例背景：

随着云计算技术的发展，越来越多的企业和组织开始接受和使用云计算的相关产品和技术，越来越多的厂商开始加入到云计算这个IT产业的新一轮潮流中，华为的云计算平台FusionSphere经过多年发展也越来越成熟，在业界的项目越来越多。

培训中，学员要么对云计算云里雾里，摸不到门道，要么已经被各个厂商的概念架构先入为主，因此我们在讲解FusionSphere的架构和技术时，要做到清晰准确，将华为云计算平台的架构和内部关系清楚而准确的传达给学员。

以下就是我对于FusionSphere架构的概述及关系描述，掌握架构并明确了彼此关系，再对其中的各个组件进行学习时就不会出现一团乱麻，云里雾里的感觉，极大的提升学习效率。

案例内容：

要了解FusionSphere，我们就要看其底层技术，FusionSphere底层使用的是Xen的架构，这种架构最重要的有两个点：

一是在单台物理机上建立hypervisor系统；

二是将所有单个hypervisor系统整合起来进行管理使用。

我们先看第一点：

安装CNA节点，所有的物理服务器都会先成为CNA节点（CNA: Computing Node Agent），安装CNA节点的过程其实就是安装FusionSphere底层操作系统的过程，裸物理服务器在安装了FusionSphere底层操作系统后成为CNA，并成为了UVP（Universal Virtualization Platform）平台的一个成员，该操作系统我们可以称之为Cloud OS。

再看第二点：

在多个物理服务器安装Cloud OS之后，我们还需要将所有的已经虚拟化的资源用起来，这时候就需要用到VRM（Virtual Resource Management）这个组件了，VRM的功能体现在对FusionSphere hypervisor的统一化管理上，简单的说就是把安装了Cloud OS的各个独立CNA节点统一管理起来，并对各个节点中的计算资源，存储资源和网络资源三大资源进行统一管理和分配，具体就表现在虚拟机的创建和管理，分布式虚拟交换机的创建和管理，存储资源的应用，datastore的创建和管理等功能。

FusionCompute就是VRM功能的外化管理界面，同时为更好的使用FusionCompute 所提供的虚拟化资源管理功能，有了FusionManager这个组件，FusionManager是一个在FusionCompute上层的hypervisor管理软件，除了可以管理FusionCompute外还可以管理vSpere，Hyper-V等其他厂商和平台的hypervisor，通过不同平台所提供的开放接口调用平台的基础功能，在这些功能上做进一步的资源调度管理就是FusionManager的作用了。

在FusionSphere这个系统中，FusionCompute，FusionManager等组件都是以虚拟机形式存在于hypervisor之上，安装了FusionCompute和FusionManager虚拟机的节点作为MCNA，也就是管理节点；拥有管理节点的集群为管理集群。我们在安装VRM和FusionCompute等组件时都是用华为所提供的虚拟机模板进行直接导入的。

这里我们再单独说一下XEN这种虚拟化架构中最为重要的几个概念，XEN Hypervisor, Domain0和DomainU

Xen Hypervisor是计算机硬件的软件抽象层，它直接运行于硬件之上，并将其计算能力通过抽象接口(虚拟机)提供给运行于其上的任何操作系统。它的首要任务在各虚拟机之间进行CPU资源调度、内存资源分配及中断请求管理，并负责控制共享处理环境的各虚拟机的执行。但它并不负责实现计算机系统应该具备的网络、外部存储设备、显示设备或其它通用I/O功能等。

Domain0

Xen虚拟化环境中用域(domain)来描述各虚拟机，每个域都有其ID等属性，因此各虚拟机常表示为domain 0、domain 1等，也可以使用简写的方式，如dom0。Dom0是运行Xen Hypervisor上的一个独特的虚拟机，其操作系统内核为经过特殊修改的Linux内核，其能够直接访问硬件I/O资源及与其它虚拟机进行交互。其它的域没有直接直接访问硬件I/O资源的权限，并且彼此间是高度隔离的。因此，dom0也被称作特权域，其它域则统一称为DomU(Unprivileged Domain)。需要注意的是，DomU通过Dom0来实现I/O功能，因此，在DomU运行之前必须先启动Dom0。

DomainU

DomU是非特权域，它们均无权限直接访问硬件资源。Xen支持两种不同类型的虚拟模式：PV(Paravirtualization)和HVM(Hardware-assisted or Full Virtualization)，它们可以同时运行于同一个Xen Hypervisor上，并且甚至可以在HVM环境使用PV技术，这也称作PV on HVM。

Xen半虚拟化(Xen Paravirtualization)

半虚拟化(Paravirtualization，简称为PV)是由Xen开发的高效且轻量级的虚拟化技术，现已经为众多虚拟化平台所借用。PV不要求CPU支持虚拟化扩展，但依赖于Xen-PV-enabled内核和PV驱动程序，因此，客户机(guest)明确知道自己运行于hypervisor之上，它不需要仿真硬件，从而能高效运行。

PV客户机中包含两类特殊驱动：网络前端驱动(Network Frontend Driver)和块设备前端驱动(Block Frontend Driver)，分别用以与Dom0中对应的后端驱动通信以完成网络访问和块设备访问。

Xen完全虚拟化(Xen Full Virutalization)

完全虚拟化也称作硬件辅助的虚拟化(Hardware-assisted virtualizion)技术，它利用CPU的特殊扩展功能实现客户机的虚拟。HVM依赖于Intel VT或AMD-V硬件扩展，同时，Xen还使用Qemu来为HVM模拟PC硬件，如BIOS、IDE磁盘控制器、VGA图形适配器、USB控制器及网络适配器等，而CPU的虚拟化扩展技术还能够大大提升这些仿真硬件的性能。HVM不要求操作系统做出任何修改即可正常运行，故此，windows等操作系统均可支行于HVM环境。但需要注意的是，HVM虚拟机需要仿真多种硬件，因此其性能不如PV虚拟机。