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本文描述如何在虚拟环境下采集资源利用率。

如何估算资源利用率:

如何确定自己环境所需的资源利用率？每一个组织的环境都是唯一的，不同公司的用例极有可能是不同的。除了特定虚拟机资源需求，ESXi所安装的主机也有所区别，可用物理资源同样会影响到整合率（一台主机上所配置的虚拟机数量）。例如，假设你想要虚拟化为10台服务器，每一台需要4 GB RAM，在一台48 GB内存的主机上可能很容易实现这10台虚拟机；但如果主机只有16 GB内存，也许就需要两到三台主机才能满足所需性能。

另一个需要考量的因素是何时采集资源利用率统计信息。以财务部门为例。如果在月中采集数据，但财务人员可能在月初才会频繁使用该系统，那么就误失了一次增长需求，从而导致系统无法达到预期。

Windows平台收集统计数据：

Windows服务器上，第一步要做的事情是性能监测。按照以下步骤来执行：

1. 进入Start | Run并输入perfmon。
2. 打开Performance Monitor窗口之后，扩展Monitoring Tools并点击Performance Monitor。这里可以添加各种计数器。在Windows 2008/Windows 7版本中，Performance Monitor也包括了Data Collect Sets。
3. 扩展Data Collect Sets文件夹和System文件夹，右键System Performance并选择Start。Performance Monitor会开始收集系统的关键统计数据以及资源利用率。
4. 当收集到合适的数据之后，点击System Performance并选择Stop。报告会保存至Reports文件夹。进入Reports | System，点击System Performance文件夹，并双击来查看报告。

在下列域控制器的截图中，可看到使用了10%的可用CPU资源，54%内存，18 IOPS，并且没有使用到网络资源。

现在将使用的资源与实际可用的物理资源做比较。服务器有两个双核处理器（总共是4核），每个内核2 GHz（共8 GHz可用），4 GB内存，2个200 GB 配置为RAID 1的SAS磁盘，以及1块1 Gbps网卡。

这里Performance Monitor显示的是平均值，但是同时也应当关注峰值利用率。报告下方会看到标签为CPU的菜单。进入CPU | Process，这里你会看到很多数据，找到名为Processor User Time by CPU的部分，这里平均值一栏与报告中overview相符，但也有不一致的地方，比如，CPU有一个内核有35%的利用率，明显高于均值。

如果采用10%的平均CPU利用率，这意味着理论上只需要800 MHz的CPU，单个物理内核很容易达到要求。内存也只用了可用内存的一半。可以适当将内存减至3 GB，在将来可能遇到的变更情况下还留有一些余量。最后，18IOPS表明磁盘还有很多性能余量，即便是7200 RPM SATA盘也能提供大约80 IOPS。

Linux平台收集统计数据：

现在看一下Linux Web服务器如何获取这一整套数据，使用sar以及sysstat能够对资源利用率进行监测，返回结果与top或iotop类似。sysstat可以通过运行yum install sysstat方便的安装。

安装完成之后，它会每10分钟收集一次资源利用率信息并以7天为周期保存信息。 要查看该信息，只需要运行sar命令，有不同的选项来显示不同的信息，后文会介绍。

在%idle栏中，可以看到系统当前为空闲状态。

可以通过运行dd if=/dev/zero of=/dev/null在系统上产生一些流量，会将CPU利用率升至100%，所以不要在生产系统上做此操作。下图是负载下CPU利用率数据：

这里有一个问题：CPU spike可能无法持续至少10分钟，sar在10分钟的窗口可能会错失这些spike。 可以通过编辑/etc/cron.d/sysstat来改变，该文件告知系统每10秒运行一次sysstat。窗口采集过程中，1至2分钟可能会提供更有价值的信息。本例中将间隔从10分钟改为5分钟，有更大机会找到CPU最大利用率。

除了CPU需要关注以外，内存和磁盘利用率也需要采集。运行sar加上以下选项来获取这些统计信息：

• sar –r会显示内存统计信息。该命令返回的基本信息包括内存的使用百分比，可用来确定实际使用的内存。
• sar –b会显示磁盘I/O。该命令可获得磁盘每秒的交易总数，以及每秒读写交易数量。

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本文介绍ESXi磁盘layout。

系统启动时，ESXi加载到memory中，并从RAM中运行。在内存中，它使用静态文件形式的tardisk以及可伸缩的ramdisk。除了内存中的tardisk和ramdisk，还可以看到一些磁盘分区。ESXi的部署方式以及部署时检索到的硬件决定了会呈现哪些附加分区以及附加分区所在位置。如果存在附加分区，就会在文件系统中挂载。安装时，无法手动定义分区布局。下图显示了本地磁盘上ESXi可安装的分区布局。

不同于之前使用MBR分区的版本，ESXi 5开始使用GPT分区表。使用partedUtil命令查看分区列表。

System 位于磁盘开始位置的4 MB 启动加载分区。该系统盘负责引导一个bootbank。

Bootbank bootbank分区是系统主引导镜像。该分区挂载于文件系统/bootbank目录。启动时，该分区中的镜像特别是s.v00文件被解压缩到RAM中，并成为运行文件系统的root。

Alt bootbank该分区保留为备份镜像，可用于升级故障时。Altbookbank存储最近可用镜像作为安全备份。启动时，可以按Shift+R翻回之前版本。该分区挂载于运行文件系统/altbookbank目录。

vmkDiagnostic 该分区在系统紫屏时存储memory dump。在故障排查时用于分析。该分区正常时为空并且不挂载入文件系统。

Store Store分区保存VMware Tools ISO文件，可挂载到虚拟机。用来存储任意辅助文件。作为/store挂载。

Scratch 4GB VFAT分区。首次启动时，若本地磁盘空间不小于5.2GB时，默认创建该分区。Scrath分区保存状态归档并抓取状态文件，如日志和诊断数据（vm-support），可在故障排查时创建。如果Scratch分区不存在，并且没有找到其他可替换本地空间，则scratch目录重定向到ramdisk的/tmp/scratch。这意味着scratch分区的内容在重启后将丢失。

VMFS Datastore如果首次启动时有足够空间，会创建一个VMFS-5 datastore。Datastore按照剩余磁盘空间大小裁剪。

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本文描述了VMware虚拟系统中，CPU调度算法是如何维持虚机以及pCPU之间的高效运作。

超线程技术能够使一个内核对操作系统呈现为双核并帮助在单个CPU内核上一次处理多个请求。它的原理很简单，就是把一颗CPU当成两颗来用，将一颗具Hyper-Threading功能的“实体”处理器变成两个“逻辑”处理器而逻辑处理器对于操作系统来说跟实体处理器并没什么两样，因此操作系统会把工作线程分派给这“两颗”处理器去执行，让多种应用程序或单一应用程序的多个执行绪（thread），能够同时在同一颗处理器上执行；不过两个逻辑处理器是共享这颗CPU的所有执行资源。如果启用了HT，OS（有hypervisor如ESXi的支持）会将超线程识别为一个可用的物理处理器核。一个运行HT的四核超线程Intel 至强处理器，会呈现给ESXi hypervisor八个可用内核。尽管超线程增加了可用虚拟内核的数量，用户仍需按照物理内核的数量来设计集群负载。

因此，理解服务器及应用的资源需求是很重要的。相对低CPU资源要求的服务器或应用在每物理内核配10至12个vCPU时还可能工作顺畅，但如果应用是处理器密集型的，你会发现每物理内核只能运行两三个vCPU。按照负载以及CPU中物理内核数的不同，可能会产生一定的整合率。

VMware开发了一种先进的CPU调度算法以确保环境中虚机的高效运作。如果虚机有一个vCPU，所运行的主机有四个pCPU，则CPU调度器需要为虚机找到可用的pCPU。这还是较容易实现的，那么，在虚机有多个vCPU时怎么办呢？

以vCenter为例，vCenter推荐至少两个vCPU。但是，在一些特定时间点，它可能并不要求同时两个vCPU的处理能力。如果vCenter安装在自己的物理机上，OS可以访问所有CPU或该服务器上的内核，并能够按要求正常访问。但是，如果一台虚机上的pCPU被多台虚机共享，pCPU可能已经忙于处理另一台虚机的请求。由于OS希望所有分配到的CPU都维持可用，由于它分配给了两个vCPU，因此必须等待两个pCPU可用。

下图中，一台ESXi主机有两个四核pCPU，一共八个pCPU，五台虚机，每台虚机分配两个vCPU：

当所有八个内核都可用，第一个虚机发送一个请求，CPU调度器能够让vCPU访问两个pCPU内核，所以虚机的操作系统能够正常访问。CPU调度器能够支持一台主机上的最多三个虚机同时发送的请求。当第五台虚机发送请求时，CPU调度器访问不了任何一台pCPU内核。由于虚机不知道这是虚拟的，它认为能够访问到所分配的服务器。

这种情况下，按照下图所示，虚机需要等待所有指定的vCPU能够访问pCPU来服务该请求。即使只请求了一个vCPU，OS还是需要等待，直到所有的vCPU能够被服务。

这就是正确规划尺寸所蕴含的意义。在虚拟化之前，OS能够访问服务器中所有pCPU，不管是否需要访问。因此，一台拥有两个四核处理器的服务器按照它的工作负载，可能大部分时间在空闲状态。如果我们在虚机上使用相同的配置，即分配八个vCPU，虚机可能需要等待直到CPU调度器可以一次提供八台pCPU的访问，无论它是否需要所有八台pCPU。

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尽管物理内存像CPU一样是通过hypervisor分配给虚机的，但计算内存需求的方法简单很多。很多情况下，用户可能会overcommit内存以实现更好的整合率或增加每个主机的虚机密度，因为虚机不太可能一直使用全部的内存容量。如同虚拟环境中所有资源一样，用户需要合理配置内存。尽管你可以给所有虚机配置一样的16 GB内存，但分配给虚机的内存对于架构和vSphere cluster会带来一些其他的影响，本文会对此进行阐述。VMware有一些内存管理技术以减少内存争用的可能性。

内存开销:

内存开销（Memory overhead）是各虚机为了ESXi管理而额外请求的内存资源。与分配给虚机的内存总量相比，这一部分所占空间是很小的。以vCenter为例，一个双vCPU，16 GB内存的虚机可能需要144 MB内存开销。另一个例子，8个vCPU, 16 GB内存可能也只需要169 MB内存开销。

可以展开Memory，然后可以在summary页面查看特定虚机的内存开销，如下图所示：

以下表格用于分配给虚机的内存开销参考：

透明页分享与内存压缩：

ESXi用以提升内存利用率的两种内存管理技术是透明页分享（transparent page sharing, TPS）与内存压缩。顾名思义，ESXi在争用时将内存页面进行压缩，以防止换页。这样做的原因是，需要时压缩与解压缩的过程仍然比磁盘换页要快。

透明页分享是指相同内存页面在多个虚拟机之间共享。对于这一技术的实用性有一些争议，相比4 KB，操作系统使用的是更大的2 MB内存页面。4 KB页面理论上更容易找到适合的内存页面，ESXi之后可以做基本的冗余页面删除。当多个虚拟机在一个主机上运行时，可能有些内存页是一样的，比如一样的Guest OS。hypervisor通过周期性的扫描内存页生成hash值在内存hash总表中查找，一旦hash匹配就会进行完整比较，确认内存页完全一样后hypervisor会删除冗余内存页以指针代之，如果ESXi找到1000个4 KB页面，它会删除至一个内存页面，从而分配更多内存给虚机和其他进程。2 MB的情况下，ESXi仍然扫描页面但不是匹配整个2 MB页面，而是在MB页面内扫描4 KB页面。如果ESXi发现争用，就会尝试共享，压缩，或替换这些小页面。

气球膨胀（Ballooning）：

VMware Tools安装时，客户机会安装一个驱动，让ESXi从虚机请求要被置为空闲的内存。由于hypervisor无法得知虚拟机中哪些内存是空闲的，因此依靠VMware Tools在Guest OS中的气球驱动(balloon driver)来回收内存。ESXi向客户机OS上运行的balloon driver进程发起请求，从OS申请内存。客户端OS知晓当前的工作负载，分配内存时不会影响活动进程的性能。当需要从该虚拟机回收内存时，气球膨胀从Guest OS中请求内存，分配给气球驱动的内存可被hypervisor安全的回收，Guest OS自行决定将哪些内存swapping交换到硬盘上以保证分配给气球驱动内存。

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本文介绍如何在VMware vSphere典型配置向导下创建虚机。

启动虚机创建向导，右键选择New Virtual Machine，

Create New Virtual Machine启动之后，有两个选项，Typical和Custom，典型配置按照客户机操作系统使用通用虚拟硬件以及配置。自定义方式允许用户更改虚拟硬件规格。

Name and Location:

启动虚机创建向导，右键选择New Virtual Machine，指定虚机的名字。不管虚机指定什么名字都会导致所有虚机文件命名为相同名字。Inventory Location也需要指定，表明虚机在vCenter中VM和Template视图中所在位置。如下图所示：

选中VM和Template之后，点击Next。

Storage:

Storage面板，让用户选择在哪一个datastore上创建虚机路径及文件。这并不是一个永久的选择，虚机文件可以通过Storage vMotion在任意时刻迁移到另一个datastore。如果虚机存储profile或datastore cluster在vCenter上创建，选择虚机所关联的VM Storage Profile或datastore cluster。

选择datastore之后，点击Next。

Guest Operating System:

在选择列表中选择客户机操作系统，这一选项比较重要，相应的虚拟硬件会按照与客户机OS的兼容性呈现给虚机。下图列出了各种客户机操作系统的选项：

选择正确的客户机操作系统后，点击Next。

Network:

下图列出了Network面板。首先，指定虚机要配置的网卡数量，一台虚机最多配置10个vNIC。对于每一个网卡，选择要连接的网络以及要使用的适配器类型。默认情况下，开机后vNIC就会连接，但也可以取消选中。

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本文承接上文。

Disk:

下一个面板是Create a Disk，反映了所选择的datastore，并显示datastore上的可用空间。在此面板中选中Virtual disk size以及调配类型，vSphere 5.5虚拟磁盘容量可达到62 TB。

ESXi支持以下虚拟磁盘类型：

Thin Provision：该情况下，磁盘只有在需要时才会分配并写零，而不是如thick provisioning那样在创建时就全部分配。因此thin磁盘在创建时花费的时间较短。之后的块写入性能与eager-zeroed thick磁盘相同。这对于datastore空间的利用率更高，但也会导致datastore的过度调配。

Thick Provision Eager Zeroed：这种情况下，磁盘空间在创建时就分配，并将磁盘写零。这增加了创建磁盘所需的时间，但使用这种磁盘性能最优，即使是第一次对块写入也是如此。需要在虚机使用Fault Tolerance功能。

Thick Provision Lazy Zeroed：该情况下磁盘空间在创建时就分配，但直到第一次写入时才将磁盘写零。相比eager-zeroed情况创建时间较短，这是vSphere Client中的默认选项，适用于大多数情况。

Create a Disk面板如下图所示：

虚拟磁盘配置好之后选择Next。

即将完成:

Create New Virtual Machine的最后一步是review，如下图所示：

保证所有信息都正确，选择Finish，或点击checkbox，Edit the virtual machine settings before completion并选择Continue。

编辑设定：

如果选择了前文的复选框，之后设置对话框会如下图所示：

通过虚机的设置，用户可以review默认配置。之前的截屏显示了虚机的客户机操作系统默认内存大小。可以按照需要调整。虚机的CPU配置如下图所示：

注意默认虚机CPU值设置为1。如果不知道虚机的应用需要多少个vCPU，则建议从1个vCPU开始，需要时再调整vCPU的数量。

虚机配置被review之后，用户可以为客户操作系统挂载ISO镜像。看如下截屏：

要挂载镜像文件，选择CD/DVD drive，Datastore ISO File，然后选择Browse。为客户机操作系统选择正确的ISO镜像并确保Connect at power on之后的复选框被选中。点击OK，power on虚机。

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要启动Create New Virtual Machine向导，右键选择New Virtual Machine。配置向导启动后，选择Custom选项。客户配置允许指定特定的虚机，而典型配置使用基于客户机操作系统的默认硬件。Configuration面板如下图所示：

选择Custom之后，点击Next。

Name and Location:

在Name and Location面板，需要指定虚机的Name。不管指定什么名字，都同样会用做虚机directory以及文件名。Inventory Location指定了虚机所在位置以及vCenter中需要指定的Template View。

选好文件夹放置虚机以及vCenter的Templete view之后，选择Next。

Storage:

在Storage面板提示用户选择虚机路径和文件所在的datastore。这并非永久绑定，虚机文件可以在任意时刻通过Storage vMotion迁移至其他datastore。如果虚机存储属性是在vCenter中建立的，选择与所创建虚机相关的VM Storage Profile。

注意到选项Disable Storage DRS for this virtual machine不可选。这是由于这些datastore目前不在Storage DRS所管理的datastore cluster。选择datastore之后，点击Next。

Virtual Machine Version:

在Virtual Machine Version面板，可以选择虚拟硬件版本。通常，用户想要选择最新的硬件版本从而应用最新的功能和更高级别的硬件。但是，出于后向兼容目的，也可能会选择较老版本。下表是一个兼容性列表。ESXi主机不能上电于一个高于所支持的虚拟硬件版本虚机。

注意vSphere Client中最高虚拟硬件级别是版本8。用vSphere Web Client创建虚机时可以使用版本9和10。

Guest Operating System:

下图显示了Guest Operating System面板。从列表中选择要安装的客户机操作系统，这是一个很重要的选项，因为这决定了按照与客户机OS的兼容性哪些虚拟硬件会呈现给虚机。

选择好客户机OS之后，点击Next按钮。

Memory:

在Memory面板，选择MB或GB级别的虚机Memory Size。默认为推荐值。该值在需要时可以调整。

Network:

为虚机选择需要配置的网卡以及虚机端口队列。确保所有adapter选中了Connect at Power On。

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本文承接上文。

SCSI控制器:

虚拟机使用虚拟SCSI控制器来访问虚拟磁盘。无论虚拟磁盘是IDE还是SCSI，都可以选择SCSI控制器。在Guest Operating System面板选择客户机操作系统。VMware Paravirtualized SCSI和LSI Logic SAS控制器仅对硬件版本7及以上版本可用。

半虚拟化SCSI适配卡可降低CPU利用率并提高吞吐量。PVSCSI适配器对于高I/O吞吐量虚机来说非常适合。

有快照的磁盘如果使用LSI Logic SAS和LSI Logic Parallel控制器则不会产生性能提升。

选择好SCSI适配器类别之后，点击Next。之后的面板用来选择所使用的磁盘类型。选项包括：Create a new virtual disk, Use an existing virtual disk, Raw Device Mappings，以及Do not create disk。

如果需要的是虚拟磁盘（默认选项），点击该选项之后点击Next。Select a Disk面板如下图所示：

创建虚拟磁盘:

创建虚拟磁盘选项勾选以后，选择Disk Size和Disk Provisioning类型。

虚拟磁盘的Location选项也需要指定。默认情况下，虚拟磁盘与其他虚机文件存放在一起；但是，也可以在另一个datastore上存放新的虚拟磁盘。选好之后点击Next。

在Advanced Options面板，选择Virtual Disk Node来创建虚拟磁盘。指定device number需要使用的SCSI或IDE控制器。默认情况下选择第一个可用控制器的第一个可用设备。如果虚机有多个磁盘，一些管理员会使用多个控制器做Raw Device Mapping (RDM).

在Mode选项下，选择磁盘是dependent还是independent。如果磁盘是independent，则无法进行backup操作，因为independent磁盘不支持snapshot操作。independent选项有两个选择：

Persistent：该选项立刻永久将改变写入磁盘。在snapshot操作时该磁盘不会产生delta file。虚拟磁盘文件继续工作，如同虚机没有进行snapshot，所有写入直接写入磁盘。

Nonpersistent：选择该选项时，生成redo log以抓取该磁盘的所有后续写入。如果snapshot被删除或虚机掉电，则redo log抓取的改变被丢弃。

使用现有虚拟磁盘:

Use an existing virtual disk选项允许用户浏览并选择之前配置的虚拟磁盘。例如，应用Symantec Ghost创建了一个预配置的镜像，该应用会输出一个.vmdk文件。文件可被挂载到虚拟机上。

如果需要该选项，选中之后点击Next。

要选择一个现有的虚拟磁盘，点击Browse按钮。这会列出datastore列表。

点击Next。

在Advanced Options面板，选择Virtual Device Node添加一块现有的虚拟磁盘。指定Mode选项，指定磁盘是否是independent。

点击Next来review所有虚机设定。

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Raw Device Mapping:

当选择使用哪一种磁盘时，另一个选项是RDM。RDM配置让虚拟机能够直接访问raw LUN。

选择Raw Device Mappings选项并点击Next。

下一个面板显示了哪个LUN可用于Raw Device Mapping。下图仅显示了一个可用的LUN，但是很多情况下会列出多个LUN。展开Name和Path ID列以验证所选LUN正确。

选好之后，点击Next按钮。

下一个面板显示了rdm.vmdk映射文件存储位置。默认情况下，该文件与虚机其他文件存放的datastore位置一样。但也可以指定其他datastore。

选好后，点击Next。

Select Compatibility Mode面板，需要选择RDM兼容性模式。有两种兼容模式：

• Physical：该模式指定映射设备的最小SCSI虚拟化要求并允许SAN管理软件有更大的弹性。VMkernel过滤了所有SCSI命令，除了REPORT LUN。REPORT LUN命令被虚拟化，从而VMkernel能够将LUN隔离给虚机。最大为64TB。
• Virtual：该模式指定映射设备的完整虚拟化，仅发送READ和WRITE命令。真实的硬件属性被隐藏了。映射文件在VMFS卷中作为虚拟磁盘文件呈现给客户机。因此，虚拟模式在存储硬件中有更好的可移植性。vSphere 5.5中最大size为63TB。

选择好之后点击Next。

在Advanced Options面板，选择Virtual Device Mode来创建RDM。指定要使用的SCSI控制器和设备号。默认情况下，选择第一个可用控制器的第一个可用设备。