活用監視/警示持續優化　高效運行vSphere虛機

如果已經為vSphere架構環境中的伺服器主機，準備好高規格的硬體設備，並且也依照建議完成主機效能的調校，那麼接下來需要進行效能調校的重點就是虛擬機器，這包括所有與其相關的網路、儲存以及Guest OS的優化配置。

但許多與效能相關的配置，往往都是一體兩面的設定結果，也就是當啟用某項設定時，雖然會讓系統的運行速度更快，但卻也可能同時導致另一項問題的發生。例如，在ESXi主機電源管理的配置當中，若選擇以最高執行效能為優先，那麼相對地就會讓主機的功率耗能加大，因此系統預設值便會是選擇「平衡」配置。

此外，某些效能的配置設定還必須針對特殊的情境需要才能進行修改，否則會弄巧成拙，讓效能的運行結果遠低於預期。其實想要做好虛擬機器效能的調校，首要任務應該是先做好資源的調配，其中最重要的是有關於CPU與記憶體的資源分配，關於這點只要善用資源集區（Resource Pool）功能來加以解決即可。做好硬體資源的基本調配任務後，接下來管理員需要做的就是在平日裡持續監視虛擬機器的運行，並且完成所有與這些虛擬機器相關的網路、儲存以及Guest OS的優化配置，讓系統的運行速度能夠在有限的資源下火力全開。

監視資料中心運行

在準備對個別的虛擬機器運行效能進行監視之前，最好能夠先透過資料中心來檢視整體的運行狀態，以及各項有關於虛擬機器運行的統計數據。

在資料中心節點中點選至「監控」→「效能」→「概觀」頁面，如圖1所示，從「檢視」選單中選取所要查看的數據類型有叢集、空間使用率、資料存放區。以「空間使用率」為例，可查看到各個資料存放區，除了可用空間外還有不同檔案類型的占比，其中須特別留意的是虛擬磁碟。

如圖2所示，在資料中心的「進階效能」頁面中，預設將可以查看到「虛擬機器作業」的相關效能計數器數據圖表，包括vMotion計數、Storage vMotion計數、虛擬機器開啟電源計數，以及虛擬機器關閉電源計數等等。如果想要自訂進階效能的數據統計圖表，則點選「圖選項」超連結。

而在「圖選項」頁面中，可以先從清單中連續勾選所要監視的效能計數器，再設定所要抓取的時間範圍以及選擇圖類型。最後，點選「將選項另存為」超連結，來產生一個新的自訂檢視選項。檢視完畢，再按下〔確定〕按鈕。

監視虛擬機器效能

從資料中心節點的頁面中，可以檢視到旗下所有虛擬機器與資料存放區的相關效能數據。然而，如果想要對於選定的虛擬機器進行效能的統計分析或問題排除，那麼肯定得進入到虛擬機器的節點頁面，才能夠獲取最完整的效能資訊與數據。

在vSphere Client網站中，針對選定的虛擬機器點選至「監控」→「效能」→「概觀」頁面。如圖3所示，在此可以先選取所要查看的期間，包括即時、最近一天、最近一周、最近一個月、過去一年，以及自訂間隔。接著，便可以查看到虛擬機器運行中最重要的四項效能數據，那就是CPU、記憶體、記憶體速率、磁碟。除了概觀的「檢視」選項外，預設還有空間、空間使用率、網路介面卡、磁碟可以選擇。

緊接著，點選至「監控」→「效能」→「進階」頁面，除了可以即時檢視到預設的CPU使用率（%）圖表之外，從「檢視」選單之中還能夠變更所要檢視的效能物件，包括CPU使用率（MHz）、資料存放區、磁碟、記憶體、網路、電源以及虛擬磁碟。

在「進階效能」頁面中，除了可以開啟現行的檢視選項外，也能自定義檢視選項，以便唯一檢視所關切的效能數據。點選「圖選項」超連結，將會開啟如圖4所示的設定頁面，在此可以看見預設已有九大類的圖度量可以選擇。

舉例來說，當選取「虛擬磁碟」，便可以從計數器的清單中選取每秒平均寫入要求數、每秒平均讀取要求數、讀取延遲時間或是讀取速率等計數器。接著，還可以分別設定時間範圍、目標物件以及圖類型，其中圖類型有線條圖與堆疊圖可以選擇。最後點選「將選項另存為」超連結，來完成自定義檢視選項的設定即可。最後，按下〔確定〕按鈕。

虛擬機器網路優化配置

想要讓vSphere架構中的所有應用系統都能夠在最快速的網路下運行，除了要有適配的實體網路為基礎外，ESXi主機、虛擬機器以及Guest OS也需要透過優化的配置，才能夠讓各種資料的傳輸速度達到最穩與最快的境界。

首先在虛擬機器方面，如果能夠藉由多張虛擬網卡的配置，讓不同連線的流量使用不同的網路進行傳輸肯定是最好。舉例來說，讓用戶連線應用系統時使用「網路介面卡1」，並且讓應用系統與後端資料庫服務的連線使用「網路介面卡2」。如此一來，對於擁有大量用戶連線的應用系統而言，將可以從根本上達到資料分流的基本配置。

如圖5所示，接著在「介面卡類型」欄位中選擇使用VMXNET3而不是預設的E1000E，因為前者虛擬網卡的配速最高可以到達10Gbps，至於後者則僅有1Gbps。當有配置多張虛擬網卡時，同樣建議全部都設定為VMXNET3。

完成虛擬機器網卡類型的設定後，如何查看目前網卡的配速呢？很簡單，只要先進入到Guest OS中，再從「Network Connection」頁面中選定網路並按下滑鼠右鍵，然後點選快速選單中的【Status】，即可在「General」頁面中查看到此介面的最高配速（Speed）。

接下來，建議進一步開啟網路連線屬性中的「Advanced」頁面，並且如圖6所示將其中的「Jumbo Packet」設定值修改為「9014 Bytes」。會修改這一項設定主要是因為每一個網路封包（Packet）都會有表頭和表尾，當啟用網卡的Jumbo Packet功能後，它所能夠承載的資料將可以更多，因此會減少網路堆疊的負載，進而增加網路流量的處理速度。此外，也由於網路堆疊呼叫量減少了，相對地讓CPU使用率大幅下降。

在虛擬交換器（vSwitch）部分，如圖7所示，將其中的MTU設定為9000，可降低網路封包處理作業的負載，進而改善CPU對於儲存設備的I/O處理效率。此外，9KB也是目前MTU的最大設定值，這表示它能夠容下8KB的資料量，恰好NFS的一個Block資料量也是8KB，因此這項參數設定的最大值除了能夠提升iSCSI網路的傳輸速度外，也可應用在改善NFS網路儲存的傳輸效能。

然後，為ESXi主機的VMkernel配置啟用TSO（TCP Segmentation Offload）網路卸載功能。做法很簡單，透過執行以下三道命令參數，分別檢查TSO功能是否已經啟用：

esxcli network nic tso get esxcli system settings advanced set  -o /Net/UseHwTSO -i 1 esxcli system settings advanced list -o /Net/UseHwTSO

若確定尚未啟用，則可立即修改為啟用狀態。此功能的啟用，可以使得網卡對於資料的傳輸過程，使用較大的網路封包來進行，藉此來降低CPU在處理大量網路封包的工作負載。

除了TSO之外，建議進一步執行「esxcli network nic cso get」命令，檢查網卡是否已經啟用CSO（Checksum Segment Offload）網路卸載機制。如果發現尚未啟用，可執行「esxcli network nic cso set -n vmnic0 -e 1」命令參數來完成啟用的設定。如此一來，同樣可以降低CPU的工作負載，因為負責驗證網路封包傳遞中的資料正確性與一致性，已交由網卡來負責而非CPU。

最後，建議停用LRO（Large Receive Offload）大型封包接收卸載的功能，因為此功能雖然可以讓大量且小型的網路封包大幅減少來達到降低CPU負載的目標，但卻也可能同時造成網路封包的傳遞因而延遲，因此這項配置必須根據應用系統的運行需要來決定是否啟用。

如圖8所示，當執行以下命令參數後，便會發現在系統預設的狀態下此功能是在啟用狀態（Int Value：1）：

esxcli system settings advanced list -o /Net/TcpipDefLROEnabled

可以透過以下命令參數的執行來將此功能關閉，也就是把Int Value設定值修改為0：

esxcli system settings advanced set -o /Net/TcpipDefLROEnabled -i 0

關於LRO功能設定的啟用或關閉，除了透過上述命令參數來完成外，實際上也可以在vSphere Client網站中進行設定。先點選至ESXi主機節點中的「設定」→「系統」→「進階系統設定」頁面，再針對VMXNET3介面卡編輯Net.Vmxnet3SwLRO參數值，輸入1表示啟用，輸入0表示停用。

虛擬機器儲存優化配置

一般而言，雖然IT部門都希望能夠讓所有的虛擬機器皆運行在All-Flash的儲存架構中，但在每一年非常有限的IT預算之下，只會將一些較為關鍵的應用系統之虛擬機器運行在Flash的儲存設備中，而大多數的虛擬機器維持運作在傳統的HDD儲存設備中。

至於對於虛擬機器在儲存區配置的建議，則可以優先選擇讓負載較重的資料庫服務運行在Flash的儲存設備。接著，可以考慮也讓存取較為頻繁的檔案服務運行在Flash的儲存設備，因為它們都需要擁有高速的I/O讀寫效能，才能讓前端應用程式與用戶獲得較佳的體驗。當然，如果能夠直接使用vSAN所提供的原生檔案服務，那肯定是最佳的選擇。

除了上述有關於針對不同虛擬機器類型，在高速與傳統儲存區的分配建議外，以下還有兩項關於虛擬機器在儲存優化配置上的建議。

第一項建議是，可以考慮將某些虛擬機器的「SCSI控制器」類型，如圖9所示在「編輯設定」頁面中修改為「VMware半虛擬化」，此設定適用在需要執行大量I/O的應用程式或資料庫服務的IT環境中，因為它可以提高磁碟I/O存取的輸送量並降低CPU使用率，只要所安裝的Guest OS是Windows Server 2003以上版本，並且已安裝最新的VMware Tools，便可以考慮採用此選項設定。

第二項配置建議是，如果虛擬機器是準備用來運行資料庫服務，無論Guest OS是選擇Linux還是Windows，可以將系統資料庫以外的各種資料庫檔案，皆存放在一個快閃類型的儲存區中，並且在虛擬硬碟新增配置中，如圖10所示將磁碟佈建類型改成「完整佈建積極式歸零」，以獲得最佳的I/O存取效能。至於系統的虛擬硬碟，可採用預設的「完整佈建消極式歸零」，或是選擇能夠省下更多存放空間的「精簡佈建」設定。

以下是關於三種虛擬磁碟類型的說明：

‧完整佈建消極式歸零（Thick Provision Lazy Zeroed）：以預設的完整格式建立虛擬磁碟，虛擬磁碟所需的空間會在建立時就直接給足。不過，它對於儲存空間的處理方式是，需要使用到多少資料空間時，才對於這些空間進行初始化，而對於還沒有使用到的空間部分則不予處理。此類型虛擬磁碟的運行效率，剛好位居其他兩者之間。

‧完整佈建積極式歸零（Thick Provision Eager Zeroed）：它與完整佈建消極式歸零格式不同的地方，在於不僅是虛擬磁碟所需的空間會在建立時就直接給足，還會進一步完整所有空間的初始化。因此，建立此類格式的磁碟所需的時間，比其他兩種類型的虛擬磁碟來得久，不過相對地也會讓使用此虛擬磁碟的應用系統運行速度更快。

‧精簡佈建（Thin Provision）：使用精簡佈建格式會讓一開始的虛擬磁碟大小，僅使用該磁碟最初所需的資料存放區空間，也就是資料有多少，虛擬磁碟的檔案就會自動成長多大。如果精簡佈建磁碟日後需要更多空間，則可以擴充到所配置的容量上限。相較於其他兩種虛擬磁碟類型，精簡佈建最為節省存放空間，但相對地也會讓虛擬機器的I/O讀寫效率變差。

虛擬機器警示管理

想要徹底監視vSphere的整體運行狀態，除了可以善用內建的效能監視功能與工具外，最好還能夠使用警示定義功能來即時得知運行過程中所發生的各項重要問題，讓IT人員能夠在第一時間介入處理，防止可能的嚴重問題繼續擴大，進而導致應用服務停擺或系統損毀。

無論是對於vSphere效能的監視還是警示的定義，都必須至少針對三個主要對象來進行，分別是vCenter Server、ESXi主機以及虛擬機器。其次則是如果有部署vSAN架構，那麼vSAN也同樣必須納入效能監視與警示定義的範圍中。除此之外，若能夠讓Guest OS中關鍵的應用系統與服務，也使用同類型的管理工具進行監視與警示，肯定可以大幅提升IT維運的效益。

先前曾經介紹過採用vSphere內建功能來持續監視虛擬機器效能的方法，接下來可以進一步在任一虛擬機器節點的「設定」→「警示定義」頁面中管理各項警示定義的設定。如圖11所示，可以發現預設狀態下已有許多內建的警示設定，包括虛擬機器鎖定警示、虛擬機器錯誤、移轉錯誤、vSphere HA虛擬機器容錯移轉失敗、虛擬機器CPU使用量等等，可以隨時針對任一警示設定進行啟用或停用。

若需要新增自定義的警示設定，只要點選「新增」超連結即可開啟「新增警示定義」頁面。首先必須在「名稱和目標」頁面中，輸入新的警示名稱、說明，以及選擇目標類型為「虛擬機器」，然後按下〔下一頁〕按鈕。如圖12所示，在「警示規則1」頁面中，選擇一個「磁碟上的虛擬機器大小總計」高於「80GB」的條件，並且設定當此條件滿足時將會觸發「嚴重」警示，以及傳送電子郵件通知給選定的收件者。

在警示觸發時，除了讓系統傳送Email給管理人員外，也可以同時「傳送SNMP設陷」以及「執行指令碼」。緊接著，還可以點選「新增進階動作」超連結，來選定所要執行的管理動作，例如選擇「關閉虛擬機器上的客體」或「暫停虛擬機器」等動作。接著按下〔下一頁〕按鈕，繼續設定。

如圖13所示，在「重設規則1」頁面中，則可以決定當警示的條件不再相符之時，鎖鑰執行的相關動作。例如讓系統將警示重新設定成「正常」，以及「傳送電子郵件通知」給相關管理人員等等。最後，在「檢閱」頁面中確認上述設定無誤後，按下〔建立〕按鈕即可。

圖14所示便是一台已觸發虛擬磁碟大小警示的虛擬機器，並且已自動關閉Guest OS的範例。此時，如果管理員已經進一步完成相關的處理動作，例如將虛擬機器移轉到其他資料存放區，或是縮減了虛擬磁碟的大小，便可以點選「確認」或「重設為綠色」超連結。

圖15所示則是虛擬磁碟大小的警示觸發後，同時所自動發送的一封Email警示通知範例。從Email內容中可以得知警示的虛擬機器名稱、警示狀態以及觸發此警示的日期時間。關於這部分的警示通知設計，比較可惜的是，其通知內容並沒有提供警示目標的超連結，讓管理人員可以直接快速連線到vSphere Client的相關檢視頁面中。

叢集虛擬機器優化分配

在許多網站應用程式的架構中，都會將前端的網站平台與後端的資料庫系統，分開在不同的主機中來運行，甚至還將不同用途的應用程式模組再細分到更多的主機系統中，也就是所謂的多層次架構，其目的都是希望提升整體運行效能。然而，當打算將這樣的實作概念應用在虛擬機器的架構環境時，在規劃上肯定得特別謹慎才行，否則可能會影響應用系統的運行速度，尤其是在擁有大流量連入需求的網站。

在如圖16所示的vSphere Client頁面中，可以發現有一個Web的虛擬機器與一個SQL的虛擬機器，兩者是屬於同一個應用系統架構下的伺服器，雖然選擇部署在不同虛擬機器的Guest OS中，只要將它們始終保持在同一台的ESXi主機中運行，便可以讓兩者之間的資料傳輸達到最速狀態。

原因很簡單！因為在相同的ESXi主機中的虛擬機器，彼此之間的資料傳輸是透過虛擬網卡介面來完成，也就是說它並沒有透過實際的網路傳輸，而是直接在記憶體中完成運算與資料交換任務。

相反地，當把前後端的虛擬機器分散在不同實體的ESXi主機時，便需要再多通過一層實體網卡介面來完成，如此整體運行效能肯定會大大折扣。

在實作上，為了避免上述的兩台虛擬機器因為vSphere HA和DRS（Distributed Resource Scheduler）的功能配置，而導致兩台虛擬機器被分配到不同的ESXi主機中運行，因此必須在叢集節點的「設定」→「虛擬機器/主機規則」頁面中，點選「新增」超連結來添加虛擬機器運行的分配規則。

在「建立虛擬機器/主機規則」頁面中，如圖17所示，先輸入一個全新的規則名稱並勾選「啟用規則」。接著，在類型的下拉選單中選取【集中儲存虛擬機器】，再點選「新增」連結，將上述兩台虛擬機器加入即可，最後按下〔確定〕按鈕。至於另一個「個別儲存虛擬機器」選項的用途則剛好相反，它適用於需要讓選定的幾台虛擬機器強制運行在不同的ESXi主機中，例如可針對兩台不同用途且又是高負載的虛擬機器。

Windows Guest OS效能優化技巧

關於虛擬機器運行效能的優化，不能夠只針對虛擬機器的配置，畢竟那僅僅是提升應用系統與服務運行效能的基礎而非全部。換句話說，一旦完成個別虛擬機器的配置優化，接下來便可以深入Guest OS的監視與優化，來達到此虛擬機器的完整優化目標。

針對Guest OS的優化管理，以Windows而言，就是善用「工作管理員」來即時監視所有執行程式對於CPU、記憶體、磁碟以及網路的使用情形，並且針對占用較高資源的程式或服務，在運行狀態許可的條件之下進行關閉，等到相關問題排除後再予以啟動。

此外，針對進階的IT管理人員，建議直接從「工作管理員」的「效能」頁面中，點選開啟「資源監視器」。如圖18所示，此操作介面方便管理員針對所勾選的處理程序，來監視於CPU、記憶體、磁碟以及網路的活動，進而找出可能影響系統效能或安全的問題。

舉例來說，在「磁碟」頁面中勾選sqlservr.exe處理程序後，除了可以獲得此執行程式相關讀寫的負載數據外，還能夠經由「最高啟用時間」的百分比來得知磁碟I/O運行的速度是否足以承載目前所有執行中的處理程序。一般來說，若此數據的表現長時間維持在80%以上，便需要考慮將此虛擬機器移轉到更高效能的資料存放區，或是升級儲存區的磁碟設備。

除了Windows的工作管理員與資源監視器外，還可以善用同樣內建於作業系統的「效能監視器」工具，來即時監視或記錄更多的效能數據，例如作業系統以及各種支援的應用系統，包括Exchange Server、SQL Server、SharePoint等等。

若想要在「效能監視器」介面中監視VMware虛擬機器的基本效能數據，只要在VMware Tools「自訂安裝」設定中，一併選取「WMI效能記錄」選項並完成安裝即可。

完成VMware Tools自訂安裝後，若在「效能監視器」介面中點選新增計數器，便可以在「Add Counters」視窗中，如圖19所示分別看到VM Memory與VM Processor兩個計數器。

完成上述相關計數器的新增後，在效能計數器的監視頁面中，便可查看到此虛擬機器在記憶體與CPU的運行狀態，例如已使用的記憶體大小（MB）、CPU的處理時間以及有效能的執行速度（MHz）。

在上一個步驟的效能監視範例中，選擇的是報告（Report）的顯示方式，可以進一步根據實際的檢視需要，改選為如圖20所示的線圖（Line）或是長條圖（Histogram bar）來呈現，其中若需要追蹤某一項效能數據的趨勢，採用線圖檢視方式肯定是必要的。

Linux Guest OS效能優化

即便是在虛擬化架構的運行環境中，Windows的Guest OS仍是目前主流作業系統，至於Linux系列的作業系統則被廣泛使用在伺服端方面的應用，包括網站服務、Email服務、網管系統、資料庫服務、資訊安全系統等等。因此，當選擇將這一些Linux相關的應用系統部署在vSphere架構時，同樣必須根據應用系統的類型來做好虛擬機器的效能優化配置，以及接下來所要實戰講解的Linux Guest OS優化技巧。

以Ubuntu為例，首先必須懂得善用GNOME System Monitor工具，其功能用途就如同Windows的工作管理員，可以從作業系統的功能選單中來開啟。接著，在「Processes」頁面中即可查看所有執行中的程式在各項資源的使用狀態，包括CPU、記憶體、磁碟I/O等等。若需要結束某一個程式的執行，只要在選定該程式後按下滑鼠右鍵，然後點選快速選單中的【End】或【Kill】即可。

另外還有一個關於「Processes」中監視執行程式的小技巧，那就是在如圖21所示的功能選單中進行檢視的篩選設定，例如透過選取「My Processes」設定，來唯一檢視與自己相關的執行程式清單，或是勾選「Show Dependencies」設定來檢視執行程式的相依性等等。

如果想要檢視各項資源的使用狀態，則點選至「Resources」頁面。如圖22所示，可以查看到每一個CPU核心的使用率、記憶體的使用率、網路封包傳送與接收的速率等等。

對於執行程式的監視，若只想查看特定的欄位資訊，則點選選單中的「Preferences」來開啟如圖23所示的設定頁面。開啟之後，先在「Update interval in seconds」欄位中自訂資訊更新的間隔秒數。接著，在「Information Fields」設定中選取所要檢視的欄位，建議將系統預設未勾選的「Free」欄位一併選取，如此一來將可以檢視到每一個磁碟的剩餘空間。

並非所有的Linux管理員都會安裝與使用圖形操作介面，相反地，大多數Linux管理員都是使用純文字的命令介面，在這種情況下，就不得不推薦幾個實用的命令工具，方便管理員在命令模式下一樣可以即時監視Linux作業系統的效能狀態。

首先是所有Linux系統都會內建的top命令，執行之後，如圖24所示可以查看整體的資源使用狀態、用戶數量，以及各個執行程式對於各項資源的使用率，如果要強制結束任一執行中的程式，只要在選定後按下〔k〕鍵即可。

另一個類似於top的第三方命令工具htop，並沒有內建於Linux作業系統中，在Ubuntu作業系統中，則可以透過執行「sudo apt-get install htop」命令參數來完成安裝。圖25所示便是htop的操作介面，雖然在功能設計上和top工具沒有太大差別，但友善的操作設計是許多IT人員使用它的主要原因。其中下方的〔F1〕至〔F10〕的按鍵功能列肯定是絕佳的設計，例如先按下〔F5〕鍵來快速搜尋執行中程式的關鍵字，然後再針對選定的程式按下〔F8〕或〔F9〕鍵來結束其執行狀態。

最後一個要推薦的Linux命令工具則是vmstat，此工具的使用和前面所介紹的兩款有些不同，它雖然也是用來檢視各項資源的使用狀態，包括CPU、實體記憶體、虛擬記憶體、快取、磁碟I/O等等，但是並非是在操作介面中持續監視，而是透過命令參數的執行來決定持續監視的時間長短。如圖26所示，執行「vmstat 3 10」命令參數，表示將會每間隔3秒監視一次並持續10次。

結語

VMware vSphere中的ESXi主機與虛擬機器的優化配置，是成就虛擬化架構高速運行的關鍵所在。然而，想要做好各項優化配置，在實務上也並非那麼容易就達成，因為除了需要有高規格的硬體設備外，還必須仰賴各種監視工具持續不斷地監視、警示、統計分析，才能真正找出影響效能的問題根本。此外，還必須根據不同應用系統與服務的類型來調整所需要的Guest OS環境、虛擬機器配置、儲存配置、網路配置，畢竟現今雲端應用系統的種類與數量，已不是過去純實體主機年代可以相互比較的了。

＜本文作者：顧武雄，Microsoft MVP 2004-2016、MCITP與MCTS認證專家、台灣微軟Technet、TechDays、Webcast、MVA特約資深顧問講師、VMware vExpert 2016-217、IBM Unified Communications/Notes/Domino/Connections Certified。＞