本文档介绍了虚拟化的基本概念、类型和特性，包括虚拟化的优缺点及其对服务器资源利用率的影响。内容涵盖了硬件与虚拟化的关系、各类虚拟化技术应用实例，以及对比物理和虚拟环境的不同特点。文中也讨论了实施虚拟化时需要考虑的因素和常见的误解。

1. BAS010
虛擬化基礎
2018年10月
莊尚儒
2019 年 3 月
莊尚儒

2. 2
• 莊尚儒 Jerry (jerry_chuang@syscom.com.tw)
• 凌群台中 (2005.11-Now)
講師介紹

3. 3
• 虛擬化基本觀念
• 虛擬化種類
• 虛擬化特點
• 虛擬化帶來的好處
• 虛擬化的限制
• 虛擬網路說明
課程大綱

4. 虛擬化基本觀念

5. 5
What is Virtualization?
• 將實體機器、作業系統及其應用程式打包成檔
案，稱之為虛擬機器 (Virtual Machine)
• 可將多台虛擬機器放在一部實體主機上“同時”運
作
• 每台虛擬機器都是一個獨立個體，彼此環境互不
影響

6. 6
硬體使用率 ≠ 投資報酬率
伺服器資源使用率
低於20%

7. 只見新人笑，不見舊人哭

8. 8
Machines: Physical v.s. Virtual

9. 9
Architecture: Physical v.s. Virtual
Virtual Architecture
x64 Architecture
Hypervisor
Physical Architecture
x64 Architecture
Operating System
Application

10. 10
Encapsulation - 封裝檔案，備份容易
• 所有的資訊封裝為Virtual Disk檔
• 檔案是可攜式的
Hardware-Independence - 不受硬體限制
• 透過虛擬層和硬體的驅動程式及作業系統脫鉤
• 可支援不同廠牌的主機和作業系統
Resource Pooling - 資源池共享，彈性調整資源
• 資源可動態分享
• 資源可自動調度
Partitioning and Consolidation - 分割及整合
• 降低硬體的採購
• 增加資源的使用率
虛擬化特性

11. 11
虛擬化充分利用系統資源

12. 12
支援新～舊常用作業系統
Windows Server 2003-2016
(Windows XP-10)
CentOS 5-7
Red Hat Enterprise Linux 5-7
SuSE Linux Enterprise 10-12
Fedora 19-25
Ubuntu 15.04-16.10

13. 虛擬化種類
&
環境基本認識

14. 14
Virtualization Technology
• Host OS型
▪ VMware Workstation 7.x-15.x
▪ Oracle VM VirtualBox
• Hypervisor型 (Bare Metal)
▪ VMware ESX/ESXi 4.x-6.x (vSphere 4-6)
▪ Microsoft Hyper-V 2008-2016
▪ Citrix XenServer
▪ Nutanix AHV (Acropolis Hypervisor Virtualization)

15. 15
Virtualization - Host OS
• Host OS型 (Workstation/Player)
Windows 7
Windows 10
Ubuntu
CentOS
底層硬體
(PC/Notebook)
VMware Workstation
VMware Player
Oracle Virtual Box
Windows Server 2008
+ MS SQL Server
Red Hat Linux
+ Apache + PHP

16. 16
操作環境 - Host OS型
▪ 安裝在底層的作業系統上
▪ 直接執行軟體操作

17. 17
適用情境 - Host OS型
• 適用於測試環境、功能驗證
• 不要求系統穩定性
• 易發生資源競爭，且無法限制調整
• Guest支援較多種作業系統
• 對硬體種類接受度較高
• 底層作業系統仍可使用，較具彈性

18. 18
Virtualization - Hypervisor
• Hypervisor型 (ESX/ESXi)
VMware ESXi
Microsoft Hyper-V
Citrix XenServer
Nutanix AHV
底層硬體
(Server)
Virtual Hardware
Windows Server 2008
+ MS SQL Server
Red Hat Linux
+ Apache + PHP

19. 19
操作環境 - Hypervisor型 (VMware)
• vSphere Client
• Web Client
• Host Client
• vSphere Client (HTML5)

20. 20
操作環境 - Hypervisor型 (VMware)
• vSphere Client
▪ 安裝在Windows的應用軟體
▪ 可連線到ESXi & vCenter Server
▪ 需對應連線目標版本，常需要裝多個版本
▪ 用瀏覽器到vCenter Server網頁，會有下載連結
▪ 適用版本vSphere 4.0 - 6.0
▪ 從5.1起不再加入新功能

21. 21
操作環境 - Hypervisor型 (VMware)
▪ vSphere Client

22. 22
操作環境 - Hypervisor型 (VMware)
• Web Client
▪ 為取代vSphere Client而出現
▪ 使用瀏覽器連線(https)
▪ 僅可連線到vCenter Server
▪ 需額外安裝數個元件、Flash Player
▪ 瀏覽器新版本開始不支援Flash
▪ 適用版本vSphere 5.0 - 6.7
▪ 隨版本演進，移植vSphere Client功能，並大力改
善反應速度
▪ 較推薦使用Chrome

23. 23
操作環境 - Hypervisor型 (VMware)
▪ Web Client

24. 24
操作環境 - Hypervisor型 (VMware)
• Host Client
▪ 為補足Web Client無法連線ESXi而出現
▪ 使用瀏覽器連線(https)
▪ 僅可連線到ESXi
▪ 適用版本vSphere 6.0 - 6.7
▪ 相較以往ESXi所提供的網頁介面更豐富完整

25. 25
操作環境 - Hypervisor型 (VMware)
▪ Host Client

26. 26
操作環境 - Hypervisor型 (VMware)
• vSphere Client (HTML5)
▪ 為取代Web Client而出現
• 因Flash反應慢且容易Crash，影響操作感受
• Flash常有安全問題，且Adobe已宣佈2020停止支
援，逐漸不被瀏覽器支援
▪ 使用瀏覽器連線(https)
▪ 僅可連線到vCenter Server
▪ 適用版本vSphere 6.0 - 6.7
▪ 隨版本演進，操作功能逐漸增加，目前已和
Web Client接近

27. 27
操作環境 - Hypervisor型 (VMware)
▪ vSphere Client (HTML5)

28. 28
操作環境 - Hypervisor型 (Hyper-V)
▪ Hyper-V Manager

29. 29
操作環境 - Hypervisor型 (Nutanix)
▪ Web Console / Prism

30. 30
適用情境 - Hypervisor型
• 適用於正式環境
• 強調系統穩定性
• 可調配限制資源的分配
• Guest主要支援商用作業系統
• 僅支援適用硬體種類
• 為專用作業系統，無法作其他用途

31. 虛擬化特點
VMware vSphere

32. 32
提供不同情境的備份備援機制

33. 33
整合各項硬體資源 - vCompute
• 利用vSphere向外延展超越實體效能

34. 34
整合各項硬體資源 - vCompute (cont.)
• vSphere為需要大量資源的應用程式提供絕佳效能

35. 35
vSphere對硬體擴展支援度及效能倍增

36. 36
整合各項硬體資源 - vStorage
• 使用VMFS建立儲存抽象層

37. 37
整合各項硬體資源 - vNetwork
• vSwitch提供VM與
實體網路間交換資
訊的能力
• 可利用多片實體網
卡來達成
▪ 頻寬負載平衡 (Traffic
Load Balance)
▪ 故障容錯 (Failover)

38. 38
降低主機停機時間 - Availability
• 網路及儲存的存取路徑容錯

39. 39
靈活的擴充性 - Scalability
ESX
OS
APP
OS
APP
OS
APP
Datastore
Virtual
Disks
20GB
40GB
20GB
20GB
60GB
20GB
100GB
Thick Thin Thin
40GB 100GB
• Hot add virtual devices
▪ CPU
▪ Memory
▪ Storage devices
▪ Network devices
• Thin Provisioning / Hot Add

40. 40
保護重要資料 Data Protection
• 可對運作中VM作備份/還原

41. 41
主機負載最佳化 Dynamic Resource Allocation
• VMware DRS (Distributed Resource Scheduler)
▪ 依據需求和優先順序縮減和擴充應用程式
▪ 動態回應式的負載平衡

42. 42
彈性分配資源 Resource Management
Resource Pool
可針對CPU,
Memory作資源
分配及使用限制

43. The growth of virtualization

44. 虛擬化帶來的好處

45. 常見虛擬化基本架構

46. 46
虛擬化的優點
• 減低實體主機故障的衝擊
• 減少主機維護費用
• 低成本達到高可用性

47. 47
虛擬化的優點(續)
• 無硬體更換的系統轉移問題
• 讓老舊系統繼續存活
• 降低微軟作業系統授權費用

48. 48
虛擬化的優點(續)
• 節省機房設備空間
• 節省機房運作電費及冷氣
• 保留未來擴充性

49. 49
導入虛擬化的好時機
• 汰舊換新
▪ 舊主機已使用多年，效能及容量已不敷使用
• 空間不足
▪ 機房即將被機櫃和設備佔滿

50. 50
導入虛擬化的好時機(續)
• 新案導入
▪ 新增專案應用，需採購新主機
• 資源餘裕
▪ 兩年內採購的新主機
▪ 應用負載不高

51. 51
虛擬化迷思(1) - 虛擬化好貴
• VMware中小企業方案
▪ 價格比商用版本優惠許多
▪ 未來若要擴充，有提供升級管道
• VMware免費版本
▪ 可先行使用免費版Hypervisor功能，往後有預算
再採購付費授權
▪ 免費版安裝License Key後，就會變成付費版本
▪ 不需要打掉重裝，免擔心白作工

52. 2 CPU Sockets Server * 2
(1,268 * 2 * 2)+7,472 = 12,544 / STD
(4,350 * 2 * 2)+7,472 = 24,872 / ENT-PLUS
標準版 - 軟體試算 @ VMware Store

53. 中小企業版 - 軟體試算 @ VMware Store
2 CPU Sockets Server * 2
(577 * 1)+0 = 577 / Essentials
(5,596 * 1)+0 = 5,596 / Essentials Plus

54. 54
虛擬化迷思(2) - 錢不夠不能做
• 問題：我們預算不夠，現在無足夠資
金買整套硬體。
▪ 整體架構可分階段分期逐步建置
▪ 初期可考慮先將環境由實體機轉為虛擬機運作
• 可先使用Hypervisor免費版
▪ 初期雖無法達到高可用性，但可瞭解虛擬環境
的管理操作方便性
▪ 往後可附加資料備份、備援環境，讓客戶逐漸
體會到虛擬化的好處

55. Hypervisor free version
註冊 - Register My VMware account
啟動 - Activate your account
下載 - Download ESXi ISO
安裝 - Install ESXi on your server
金鑰 - Assign hypervisor license

56. Convert your free into paid version
金鑰 - Assign your paid license

57. 57
虛擬化迷思(3) - 前期投資會浪費
• 問題：到下一階段時，先前採購的軟
硬體不敷使用，需全部重新購買。
▪ 第一階段的伺服器硬體需考量擴充性
• CPU, Memory, NIC, FC HBA …
▪ 採購儲存設備需考量效能及擴充性
• FC 8Gb? 16Gb? / iSCSI 1Gb? 10Gb?
• 硬體元件具備HA功能
– Controller, Power Supply, FAN, Battery (Hot-Swappable)
• SAS(15K/10K)? SAS ML/SATA(7.2K)?
• 硬碟最大數量、系統最大容量
▪ 現階段的硬體投資不會浪費！

58. 58
虛擬化環境方便維護
• VM組成元素簡單
▪ 由各個設定檔和硬碟資料檔組成
▪ VM的Virtual Hard Disk = VMDK File
▪ VMDK檔就包含了OS+AP+Data

59. 59
虛擬化環境方便維護(續)
• VM環境備份較為容易
▪ VM可以Power off
• 手動匯出VM作備份
▪ VM不能Power off
• 使用備份軟體，透過VM Snapshot作該時間點的VM
整機備份

60. 60
虛擬化環境方便維護(續)
• 離線冷備援環境建置容易
▪ 無主機硬體不同的異機轉換問題
• 工具? 時間? 測試?
▪ 有別台ESXi Host
• 直接將VM的備份檔匯入
• 使用vSphere Replication複製
▪ 無其他ESXi Host
• 透過VMware vCenter Converter工具
• 將VM的備份檔案轉換至其他VMware平台
– VMware Workstation, VMware Player, …

61. 虛擬化的限制

62. 62
虛擬化不是萬靈丹
• 無法轉移的系統
▪ 較早期的作業系統 (虛擬平台不支援)
▪ 自行編譯核心或大量客制化的作業系統
• 非x86 CPU的作業系統
▪ IBM AIX, HP-UX, Sun Solaris Sparc
▪ 封閉式Mainframe大型主機系統
▪ 其他使用非x86 CPU硬體
• Itanium (IA64), Power PC, …

63. 63
虛擬化不是萬靈丹(續)
• 軟體需搭配特定介面/卡片才能運作
▪ Keypro硬體鎖
• USB Key金鑰
• 其他種類硬體鎖
▪ 特殊通訊介面
• Serial/RS-232
• Parallel Port
▪ 使用特定PCI-E/PCI/ISA介面卡

64. 64
評估是否適用虛擬化平台
• 虛擬化的概念 → 資源分享
• 不是所有架構皆可改為虛擬化
▪ 單一應用會耗費絕大多數的硬體資源
▪ 對I/O需求量特別高
▪ 對反應時間要求極低
▪ 需要大量GPU來輔助的影像處理或工程繪圖
• AutoCAD, Pro/E, 3DS Max
• CATIA, SolidWorks
• Photoshop, Premiere

65. 虛擬網路
VMware Virtual Network

66. 66
Virtual Network - Workstaion
• 預設會產生VMnet0, VMnet1, VMnet8
• 可自行修改Virtual Network
▪ 程式集 -> VMware -> Virtual Network Editor

67. 67
Virtual Network - Workstation
• VMnet0(Bridged)
▪ 和Host的實體網卡橋接在一起
▪ 會與Host在同一網段

68. 68
Virtual Network - Workstation
• VMnet1(Host-only)
▪ 由Host充當DHCP Server
▪ 為另一內部網段 (和實體網卡使用的不同)
▪ 只能和Host相通，無法連上internet

69. 69
Virtual Network - Workstation
• VMnet8(NAT)
▪ 由Host充當DHCP Server
▪ 為另一內部網段 (和實體網卡使用的不同)
▪ 能和Host相通，也可以連上internet

70. 70
Virtual Network - ESX/ESXi
• 預設會產生vSwitch0
▪ 裡面會有Management Network
▪ 作為連接ESXi的管理介面使用
▪ 可再自行新增其他的vSwitch

71. 問題討論