73、VMware vSphere 资源管理与性能监控全解析

VMware vSphere 资源管理与性能监控全解析

1. 资源分配管理

在虚拟数据中心中，资源分配管理至关重要，涉及虚拟设备导入、vApp 操作、虚拟机内存和 CPU 分配以及资源池创建等多个方面。

1.1 虚拟设备导入

如果收到一个包含 VMDK 和 VMX 文件的 Zip 文件形式的虚拟设备，无法使用 vCenter Server 的 Deploy OVF Template 功能导入，因为该功能需要虚拟设备配有 OVF 文件。不过，可以使用 vCenter Converter 进行 V2V 转换，前提是源环境兼容。

1.2 导出 VM 为 OVF 模板

若要将 VM 导出为 OVF 模板以便在 VMware vSphere 安装之间传输，若希望模板便于通过 USB 密钥或便携式硬盘传输，OVA 格式更合适，因为它将整个 OVF 模板作为单个文件分发，而 OVF 则涉及多个文件。

1.3 vApps 操作

vSphere vApps 利用 OVF 将多个 VM 组合成一个管理单元，开机和关机时按管理员指定顺序操作，还类似资源池。添加 VMs 到 vApp 有四种方式：
- 在 vApp 中创建新 VM
- 将现有 VM 克隆到 vApp 中的新 VM
- 从模板部署 VM 到 vApp
- 将现有 VM 拖放到 vApp 中

1.4 虚拟机内存分配

在虚拟数据中心，内存通常是首先出现竞争的资源。为保证性能，可将 VM 配置为 8GB RAM 并指定 2GB 保留。ESXi 保证每个 VM 获得 2GB RAM，超出部分不保证，未使用时会被主机回收。对于大规模 VDI 环境，可使用透明页面共享（TPS）技术，避免使用交换文件，因为 TPS 能对相同内存块只分配一次。

1.5 CPU 利用率管理

ESXi 主机控制 VM 对物理 CPU 的访问，管理员需理解如何使用保留、限制和份额分配 CPU 资源。对于 CPU 保留，不会“锁定”资源，未使用的保留容量可被其他 VM 使用，但内存保留可能存在此问题。

1.6 资源池创建与管理

为减少大量 VM 资源分配管理的管理开销，可创建资源池。若公司在同一硬件上运行测试/开发和生产工作负载，可创建资源池将测试/开发 VMs 放入，配置 CPU 限制和较低 CPU 份额值，确保测试/开发工作负载不影响生产工作负载性能。

2. 资源利用率平衡

资源利用率平衡涵盖网络和存储 I/O 控制、vMotion 相关操作以及 Flash 存储利用等内容。

2.1 网络和存储 I/O 控制

网络 I/O 控制有两个限制：仅适用于 vSphere 分布式交换机，且需要 vCenter Server 运行；系统网络资源池不能分配给用户创建的端口组。使用存储 I/O 控制要求所有参与的 datastore 和 ESXi 主机由同一 vCenter Server 实例管理，不支持原始设备映射（RDMs），datastore 必须只有单个范围。

2.2 Flash 存储利用

对于 I/O 需求大的 VM，应配置 vFlash Cache 功能，它可作为缓冲区加速 VM 磁盘的 I/O，而 Swap to Host Cache 用于内存过度使用的环境。

2.3 vMotion 操作

vMotion 可在不影响用户的情况下将运行中的 VM 从一个 ESXi 主机迁移到另一个，但不能解决来宾操作系统内的停机问题，也不能防止计划外停机。它要求源和目标 ESXi 主机的 CPU 家族兼容，可使用增强型 vMotion 兼容性（EVC）来屏蔽 CPU 家族差异。不能在集群中有运行的 VM 时更改 EVC 级别。

2.4 Storage vMotion 操作

Storage vMotion 用于迁移运行中 VM 的虚拟磁盘，还可转换虚拟磁盘类型。它有助于实现无停机存储迁移、在不同存储类型间迁移以及转换 VMDK 类型。同时进行 vMotion 和 Storage vMotion 可提高 VM 迁移的灵活性和效率。

2.5 资源调度器

vSphere 分布式资源调度器（DRS）可自动进行 vMotion 迁移以平衡 ESXi 主机负载，可设置自动化级别。对于不想被 DRS 自动迁移的 VM，可配置 VM 覆盖为手动。存储 DRS 可自动平衡存储容量和 I/O 利用率，管理员可通过 Storage DRS 选项卡和警报选项卡获取推荐信息。但使用拖放方式添加 datastore 到 datastore 集群可能导致部分 ESXi 主机无法访问迁移后的 VM 虚拟磁盘。

以下是 vMotion 和 Storage vMotion 操作流程的 mermaid 流程图：

graph LR
    classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px
    classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px

    A([开始]):::startend --> B{选择操作类型}:::decision
    B -->|vMotion| C(确认源和目标 ESXi 主机 CPU 兼容性):::process
    B -->|Storage vMotion| D(选择源和目标 datastore):::process
    C --> E(检查源和目标 ESXi 主机状态):::process
    D --> F(确认虚拟磁盘可迁移):::process
    E --> G(执行 vMotion 迁移):::process
    F --> H(执行 Storage vMotion 迁移):::process
    G --> I([结束]):::startend
    H --> I

3. 性能监控

性能监控包括使用警报、性能图表、vCenter Operations Manager 以及命令行工具等。

3.1 警报使用

vCenter Server 提供广泛警报，创建自定义警报前需考虑以下问题：
- 是否有现有警报满足需求？
- vC Ops 能否在无自定义警报的情况下发出警报？
- 警报的合适范围是什么？
- 警报需要使用哪些值？
- 警报触发时应采取什么行动？

3.2 性能图表操作

vCenter Server 的性能图表可帮助确定 ESXi 主机或 VM 性能不佳的原因。若反复使用 Chart Options 链接设置相同图表，可使用 Save Chart Settings 按钮保存设置，后续可从 Switch To 下拉列表访问。

3.3 vCenter Operations Manager 理解

vCenter Operations Manager 辅助性能监控和故障排除，其 Foundation 版本有四个主要功能：主动智能警报、智能操作组、vSphere 健康监控和自学习性能分析。

3.4 命令行工具使用

VMware 提供的命令行工具可收集性能信息，如在 VMware vMA 上运行 resxtop 可获取 ESXi 主机的实时 CPU、内存、网络或磁盘利用率信息。运行命令 vm-support -p -i 10 -d 180 可创建 resxtop 快照，每 10 秒捕获一次数据，持续 180 秒。

以下是性能监控工具的对比表格：
| 工具类型 | 功能特点 | 使用场景 |
| ---- | ---- | ---- |
| 警报 | 监控资源消耗和特定事件，触发操作 | 主动发现资源过度消耗或负面事件 |
| 性能图表 | 展示大量性能计数器，可保存设置和导出 | 分析 ESXi 主机或 VM 性能问题 |
| vCenter Operations Manager | 辅助监控和故障排除 | 全面监控和分析 vSphere 环境 |
| 命令行工具（resxtop、vm-support） | 收集实时或可回放的性能信息 | 快速获取特定主机性能数据 |

通过以上对 VMware vSphere 资源管理与性能监控的全面解析，管理员可以更有效地管理资源、平衡利用率并监控性能，确保虚拟数据中心的高效运行。

VMware vSphere 资源管理与性能监控全解析（续）

4. 资源管理与性能监控的综合应用

在实际的 VMware vSphere 环境中，资源管理和性能监控并非孤立的操作，而是相互关联、相互影响的。下面将通过一些具体的场景来展示如何综合运用前面介绍的各项技术和工具。

4.1 应对业务增长的资源调整

随着业务的发展，企业的虚拟环境中的工作负载可能会不断增加。这就需要管理员根据实际情况对资源进行动态调整。
- 步骤 1：性能监控与分析
- 使用 vCenter Server 的性能图表和 vCenter Operations Manager 监控 CPU、内存、网络和磁盘的使用情况。例如，通过性能图表查看某个时间段内 VM 的 CPU 使用率是否持续超过 80%。
- 利用 vCenter Operations Manager 的自学习性能分析功能，预测未来一段时间内的资源需求趋势。
- 步骤 2：资源池调整
- 如果发现某个资源池的资源不足，可考虑调整该资源池的 CPU 限制和份额。例如，将测试/开发资源池的 CPU 限制适当提高，以满足不断增长的测试需求。
- 若整体资源紧张，可考虑添加新的物理主机到集群中，扩展资源总量。
- 步骤 3：vMotion 和 Storage vMotion 迁移
- 对于一些对资源需求较高的 VM，可使用 vMotion 将其迁移到资源更充足的 ESXi 主机上。
- 若存储容量不足，可使用 Storage vMotion 将 VM 的虚拟磁盘迁移到更大容量的 datastore 中。

4.2 故障排查与解决

当虚拟环境中出现性能问题时，需要快速定位问题并采取相应的解决措施。
- 步骤 1：初步排查
- 查看 vCenter Server 的警报信息，确定是否有异常事件触发了警报。例如，若收到 CPU 使用率过高的警报，可进一步查看是哪个 VM 或主机出现了问题。
- 使用性能图表查看相关资源的使用情况，分析是否存在资源瓶颈。
- 步骤 2：深入分析
- 对于复杂的问题，可使用命令行工具如 resxtop 收集更详细的性能信息。例如，在 VMware vMA 上运行 vm-support -p -i 10 -d 180 命令创建 resxtop 快照，分析 CPU、内存、网络和磁盘的实时使用情况。
- 结合 vCenter Operations Manager 的智能操作组和 vSphere 健康监控功能，对问题进行全面诊断。
- 步骤 3：解决问题
- 根据分析结果，采取相应的解决措施。例如，如果是某个 VM 的 CPU 使用率过高，可考虑调整该 VM 的 CPU 分配，或者优化其运行的应用程序。
- 若问题是由于硬件故障引起的，可使用 vMotion 将受影响的 VM 迁移到其他正常的主机上。

以下是故障排查流程的 mermaid 流程图：

graph LR
    classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px
    classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px

    A([发现性能问题]):::startend --> B(查看警报信息):::process
    B --> C{是否有相关警报}:::decision
    C -->|是| D(查看性能图表分析资源使用情况):::process
    C -->|否| E(使用命令行工具收集详细信息):::process
    D --> F(结合 vCenter Operations Manager 诊断问题):::process
    E --> F
    F --> G{确定问题原因}:::decision
    G -->|资源瓶颈| H(调整资源分配):::process
    G -->|硬件故障| I(使用 vMotion 迁移 VM):::process
    H --> J([问题解决]):::startend
    I --> J

5. 最佳实践总结

为了更高效地管理 VMware vSphere 环境，以下是一些总结的最佳实践：
- 资源分配方面
- 合理设置 VM 的内存和 CPU 保留值，避免资源浪费和性能瓶颈。例如，对于大多数日常办公的 VM，可将内存保留设置为实际使用量的 70%左右。
- 根据不同的工作负载类型创建资源池，并为每个资源池配置合适的 CPU 限制和份额。例如，将生产工作负载的资源池设置较高的 CPU 份额，以保证其性能稳定。
- vMotion 和 Storage vMotion 方面
- 定期检查 ESXi 主机的 CPU 兼容性，确保 vMotion 能够正常进行。可使用 EVC 功能屏蔽 CPU 家族差异。
- 在进行 Storage vMotion 迁移前，备份重要的 VM 数据，以防止迁移过程中出现数据丢失。
- 性能监控方面
- 建立定期的性能监控和分析机制，及时发现潜在的问题。例如，每天查看一次性能图表，每周进行一次全面的性能分析。
- 合理设置警报阈值，避免过多的误报。例如，将 CPU 使用率的警报阈值设置为 85%，当使用率超过该值时触发警报。

以下是最佳实践的列表总结：
1. 资源分配
- 合理设置保留值
- 按工作负载创建资源池
2. vMotion 和 Storage vMotion
- 检查 CPU 兼容性
- 迁移前备份数据
3. 性能监控
- 定期监控分析
- 合理设置警报阈值

通过遵循这些最佳实践，管理员可以更好地管理 VMware vSphere 环境，提高资源利用率，确保系统的稳定性和可靠性。

综上所述，VMware vSphere 的资源管理和性能监控是一个复杂而又关键的工作。通过综合运用各种技术和工具，以及遵循最佳实践，管理员可以有效地应对各种挑战，保障虚拟数据中心的高效运行。