VMware服務(wù)器虛擬化解決方案

1、VMware虛擬化解決方案一、項(xiàng)目研究內(nèi)容1.1虛擬化的應(yīng)用隨著企業(yè)的成長， IT 部門必須快速地提升運(yùn)算能力以不同操作環(huán)境的新服務(wù)器形式而存在。因此而產(chǎn)生的服務(wù)器數(shù)量激增則需要大量的資金和人力去運(yùn)作，管理和升級。IT 部門需要：? 提升系統(tǒng)維護(hù)的效率? 快速部署新的系統(tǒng)來滿足商業(yè)運(yùn)行的需要? 找到減少相關(guān)資產(chǎn)，人力和運(yùn)作成本的方法虛擬構(gòu)架提供前所未有的負(fù)載隔離，為所有系統(tǒng)運(yùn)算和I/O 設(shè)計(jì)的微型資源控制。虛擬構(gòu)架完美地結(jié)合現(xiàn)有的管理軟件并在共享存儲（SAN）上改進(jìn)投資回報(bào)率。通過把物理系統(tǒng)整合到有VMWARE 虛擬構(gòu)架的數(shù)據(jù)中心上去，企業(yè)體驗(yàn)到：? 更少的硬件和維護(hù)費(fèi)用? 空閑系統(tǒng)資源的整合

2、? 提升系統(tǒng)的運(yùn)作效率? 性價(jià)比高，持續(xù)的產(chǎn)品環(huán)境整合 IT 基礎(chǔ)服務(wù)器運(yùn)行 IT 基礎(chǔ)應(yīng)用的服務(wù)器大多數(shù)是Intel 構(gòu)架的服務(wù)器這一類的應(yīng)用通常表現(xiàn)為文件和打印服務(wù)器，活動(dòng)目錄，網(wǎng)頁服務(wù)器，防火墻，NAT/DHCP 服務(wù)器等。雖然大多數(shù)服務(wù)器系統(tǒng)資源的利用率在10 15，但是構(gòu)架，安全和兼容性方面的問題導(dǎo)致必須指定不同的物理平臺來運(yùn)行它們。管理，安裝補(bǔ)丁和添加安全策略將花去大量的時(shí)間。另外，服務(wù)器的衍生組件將導(dǎo)致設(shè)備，動(dòng)力和散熱方面的成本上升。因?yàn)榈头?wù)器的利用率，低CPU 的合并和中等I/O 的要求， IT 基礎(chǔ)服務(wù)器首選作為虛擬化和相關(guān)整合的候選者。虛擬化使得企業(yè)能實(shí)現(xiàn)：? 達(dá)到甚至超

3、過每個(gè) CPU， 4 個(gè)負(fù)載的整合比率? 更便宜的硬件和運(yùn)作成本? 在服務(wù)器管理方面的重大改進(jìn)，包含添加，移動(dòng)，變更，預(yù)制和重置? 基礎(chǔ)應(yīng)用將變得更強(qiáng)壯和災(zāi)難抵御能力整合重要應(yīng)用服務(wù)器根據(jù) 5 個(gè)不同的企業(yè)使用服務(wù)器軟件來大幅降低成本的實(shí)例，VMWARE 出具了一份研究報(bào)告。使用服務(wù)器 TCO 模型來分類和計(jì)算成本，我們分析顯示VMWARE 服務(wù)器軟件幫助這些企業(yè)實(shí)現(xiàn)：? 減少 28 53的硬件成本? 減少 72 79的運(yùn)作成本? 減少 29 64的綜合成本客戶目標(biāo)：? 整合空閑服務(wù)器和存儲資源，為新項(xiàng)目重新部署這些資源? 提升運(yùn)作效率? 改進(jìn)服務(wù)器的管理靈活性? 通過零當(dāng)機(jī)維護(hù)改善服務(wù)等級?

4、 標(biāo)準(zhǔn)化環(huán)境和改進(jìn)安全? 災(zāi)難狀態(tài)下，減少恢復(fù)時(shí)間? 更少冗余的情況下，確保高可用性? 更有效的適應(yīng)動(dòng)態(tài)商業(yè)的需求? 高級備份策略? 在技術(shù)支持和培訓(xùn)方面降低成本1.2 VMware 商業(yè)連續(xù)性解決方案每年成百上千的全球數(shù)據(jù)中心遭遇重大的服務(wù)中斷。這些商業(yè)運(yùn)行將受到用戶錯(cuò)誤，病毒，硬件故障和自然災(zāi)害等問題的影響。當(dāng)前商業(yè)連續(xù)性處于企業(yè)IT 策略的最前沿，并且從管理層到CEO 的所有人都非常重視它。成功的商業(yè)連續(xù)性策略元素包含：? 應(yīng)用程序可用計(jì)劃? 包含監(jiān)控和平臺冗余的預(yù)防措施? 數(shù)據(jù)保護(hù)? 災(zāi)難恢復(fù)策略? 有效的人員計(jì)劃使用虛擬構(gòu)架， IT 管理員能改進(jìn)商業(yè)連續(xù)性的所有方面，例如：? 由于主

5、備服務(wù)器之間的硬件獨(dú)立性，使得災(zāi)難恢復(fù)更快而花費(fèi)不多? 排除計(jì)劃內(nèi)的硬件宕機(jī)，并明顯的減少計(jì)劃內(nèi)的軟件宕機(jī)? 管理所有虛擬機(jī)和監(jiān)控宿主機(jī)的單點(diǎn)控制技術(shù)? 為了實(shí)現(xiàn)捕捉和恢復(fù)，完全的把主機(jī)壓縮到文件里去? 簡化和可重復(fù)的自動(dòng)程序基于虛擬機(jī)的集群冗余簡化為了實(shí)現(xiàn)高可用性，企業(yè)使用中間軟件例如微軟和Veritas 的集群軟件，把兩臺服務(wù)器綁定在一個(gè)熱備環(huán)境。即使運(yùn)行在服務(wù)器上的應(yīng)用程序有集群感知能力，萬一主服務(wù)器遭遇硬件或軟件錯(cuò)誤，這樣的安排仍然會(huì)導(dǎo)致非應(yīng)用程序當(dāng)機(jī)。冗余能消除單點(diǎn)失敗。隨著 IT 對企業(yè)運(yùn)作而言變得更加重要，高水平的服務(wù)普遍成為企業(yè)的需求，越來越多的應(yīng)用則被要求高度可用。然而，為了

6、實(shí)現(xiàn)如上所述的高可用性集群，就像很多服務(wù)器運(yùn)行應(yīng)用一樣，企業(yè)需要預(yù)備和管理兩次。有了虛擬化， IT 管理員能在運(yùn)行重要應(yīng)用的實(shí)體機(jī)和同等配置的虛擬機(jī)上創(chuàng)建集群。在待機(jī)狀態(tài)下，虛擬機(jī)并不消耗計(jì)算機(jī)資源，并且能以非常高的比例整合到一個(gè)或幾個(gè)實(shí)體平臺上去。結(jié)果，企業(yè)無須在硬件數(shù)量或管理和安裝補(bǔ)丁上投入雙倍的人力和物力，從而實(shí)現(xiàn)高可用性。冗余的方式將由 2N 變?yōu)?N+1。實(shí)體到虛擬的集群和實(shí)體到實(shí)體的集群一樣都支持同樣的集群軟件。同時(shí)，節(jié)省的成本能為更多的負(fù)載實(shí)現(xiàn)高可用性并簽署更多的高水平服務(wù)協(xié)議。無須原硬件的數(shù)據(jù)恢復(fù)大多數(shù)企業(yè) IT 部門使用常用的備份軟件，例如Tivoli Storage Man

7、ager, LegatoNetworker, 或者 Veritas NetBackup 來創(chuàng)建數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序備份。既然備份策略能抵御用戶錯(cuò)誤和某些情況下的軟硬件故障，比較長的恢復(fù)時(shí)間和多恢復(fù)點(diǎn)是能被接受的。然而，為了獲得備份所帶來的好處，企業(yè)必須確保數(shù)據(jù)確實(shí)能被恢復(fù)。業(yè)余備份，專業(yè)恢復(fù)？為了測試數(shù)據(jù)恢復(fù)， IT 管理員需要為每個(gè)已備份的主機(jī)提供一臺測試的失敗轉(zhuǎn)移服務(wù)器，安裝操作系統(tǒng)，安裝備份代理，嘗試在測試失敗轉(zhuǎn)移服務(wù)器上調(diào)整Windows注冊表和其他系統(tǒng)配置。如果系統(tǒng)調(diào)整成功，備份服務(wù)器和備份代理才能被用來測試數(shù)據(jù)恢復(fù)。預(yù)制新的服務(wù)器和調(diào)整Windows 注冊表是一個(gè)漫長的手工過程并且有時(shí)并

8、不可能。這樣，在不同的失敗轉(zhuǎn)移服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)恢復(fù)是存在疑問的。這些問題將被虛擬失敗轉(zhuǎn)移硬件給解決了。此外，操作系統(tǒng)安裝，備份代理的安裝和 Windows 注冊表的調(diào)整只需做一次。此后，一個(gè)完整的已配置的VM 模板將被存儲在 VM 模板庫內(nèi)。 Vmware 軟件能確保企業(yè)：? 為災(zāi)難后的測試和恢復(fù)，消除硬件資源方面的障礙? 避免系統(tǒng)和備份代理的安裝，用虛擬機(jī)模板來縮短恢復(fù)周期? 用標(biāo)準(zhǔn)的虛擬化硬件，使得災(zāi)難恢復(fù)更加可靠和可重復(fù)失敗轉(zhuǎn)移服務(wù)器的整合和自動(dòng)化對于關(guān)聯(lián)在存儲域網(wǎng)（ SAN ）上重要應(yīng)用的部署，企業(yè)災(zāi)難恢復(fù)策略通常包含一個(gè)災(zāi)難恢復(fù)的熱站，這個(gè)站點(diǎn)有在主備之間的完全同步的數(shù)據(jù)復(fù)制。這種策略

9、提供很少的恢復(fù)點(diǎn)對象（ PRO）。然而，出于恢復(fù)時(shí)間對象（RTO）的考慮，恢復(fù)時(shí)間非常依賴于除了數(shù)據(jù)恢復(fù)之外的恢復(fù)實(shí)體服務(wù)器，操作系統(tǒng)，系統(tǒng)參數(shù)和應(yīng)用程序的能力。為了維持較少的恢復(fù)時(shí)間對象（RTO），硬件和系統(tǒng)的同一配置需要被維護(hù)在失敗轉(zhuǎn)移站點(diǎn)上。這樣的配置無論在初始資本投入階段還是在項(xiàng)目運(yùn)作，升級，維護(hù)和支持階段費(fèi)用都是很昂貴的。這種方案的兩個(gè)明顯缺點(diǎn)在于預(yù)制了太多的新服務(wù)器以及通常沒有可能為數(shù)據(jù)恢復(fù)去調(diào)整 Windows 注冊表和對不同的失敗轉(zhuǎn)移服務(wù)器的其他系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行配置? 部署在整個(gè)企業(yè)內(nèi)的虛擬構(gòu)架能確保企業(yè)：? 避免在失敗轉(zhuǎn)移站點(diǎn)上停滯不前? 在主備站點(diǎn)上，從服務(wù)器整合角度來減少投入

10、成本? 使恢復(fù)過程自動(dòng)化，并實(shí)現(xiàn)存儲管理軟件的集成? 改進(jìn)恢復(fù)過程的可靠性二、 VMware虛擬化實(shí)施方案設(shè)計(jì)2.1方案拓?fù)鋱D2.2方案構(gòu)成部分詳細(xì)說明該方案所涉及軟贏件清單2.2.1軟件需求VMware vSphere 4 、VMware vCenter server 4、 Lab manager 4 。主要功能包括HA、vMotion 、DRS、Fault Tolerance 、DPM、Storage vMotion 、vStorageThin Provisioning (精簡配置 ) 、 Data Recovery 、 Update Manager 、vShield Zone 、Host

11、 Pro 等等。2.2.2硬件需求3 臺 IBM 服務(wù)器、 1 臺普通 Server 、共享存儲、 FC SANIBM X3650 配置至少為 2 顆 4 核 CPU，128G內(nèi)存 ,配置雙硬盤 RAID1，雙光纖 HBA卡2.3方案結(jié)構(gòu)描述2.3.1基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)層基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)層是整個(gè)虛擬架構(gòu)的重要支撐， 主要是將物理的資源， 包括計(jì)算資源、存儲資源和網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行虛擬化，提供一些虛擬化的基本單元，為整個(gè)架構(gòu)的虛擬化做好鋪墊，一般稱為： vCompute、vStorage 和 vNetwork 。這部分的要點(diǎn)如下：對于 vCompute ，主要包括：? 計(jì)算資源的分配粒度；包括內(nèi)存和 CPU 的

12、分配方式。能夠進(jìn)行分配的粒度越細(xì)，往往效率越高，所以，內(nèi)存可以分配細(xì)化到 MB ， CPU 分配可以細(xì)化到 MHz 。? 計(jì)算資源的動(dòng)態(tài)調(diào)度；包括 DRS 和 DPM 。DRS（Distributed Resource Scheduler）就是分布式資源調(diào)度，虛擬機(jī)能夠在不同的物理服務(wù)器之間根據(jù)負(fù)載的均衡進(jìn)行自動(dòng)調(diào)度，這是資源（ CPU 和內(nèi)存）動(dòng)態(tài)調(diào)度的重要指標(biāo)。DPM(Distributed Power Manager)是電源的動(dòng)態(tài)管理模塊，也是最近虛擬化領(lǐng)域的重要技術(shù)。 DPM 可以讓服務(wù)器在負(fù)載較低的時(shí)候進(jìn)行進(jìn)一步的動(dòng)態(tài)整合，從而大量節(jié)能。?Hypervisor 是服務(wù)器虛擬化的基石；

13、目前，瘦Hypervisor 已經(jīng)成為虛擬化行業(yè)的重要趨勢，通過Hypervisor 的瘦化，可以降低虛擬化本身的超載，降低虛擬化本身的資源消耗，從而提升整個(gè)虛擬化系統(tǒng)的性能。對于 vStorage，主要包括：?VMware vStorage Virtual Machine(VMFS) ；虛擬化平臺中集群文件系統(tǒng)是構(gòu)建虛擬化高可用的重要基礎(chǔ)技術(shù)，通過虛擬化集群文件系統(tǒng)，可以確保進(jìn)行虛擬環(huán)境交叉訪問時(shí)，保證數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。? 卷增長；卷的動(dòng)態(tài)成長可以實(shí)現(xiàn)磁盤卷的在線擴(kuò)展，為服務(wù)器虛擬化提供強(qiáng)大的存儲虛擬支持能力，滿足存儲卷的按需擴(kuò)展。? Storage vMotion；可以實(shí)現(xiàn)存儲遷移時(shí)應(yīng)

14、用不需要停機(jī)，這是存儲虛擬化和服務(wù)器虛擬化結(jié)合的范例，成為服務(wù)器虛擬化的標(biāo)準(zhǔn)配置功能。? Thin Provisioning ；（ vStorage精簡配置）的具體實(shí)現(xiàn)見下圖，最大的好處是提高存儲的利用率，降低存儲的成本超過 50。圖表1 vStorage精簡配置示意圖對于 vNetwork ，主要包括：? 虛擬網(wǎng)卡；是為了滿足同一服務(wù)器上多個(gè)虛擬機(jī)而建立的，是服務(wù)器虛擬化的重要基石，今天市場上的虛擬化軟件都可以提供這個(gè)能力。?vNetwork 虛擬交換機(jī)；可以在虛擬機(jī)和物理機(jī)之間提供第2 層連接性，其功能包括：虛擬局域網(wǎng)分段（有助于簡化網(wǎng)絡(luò)）、流量隔離以及改進(jìn)的可管理性內(nèi)置的網(wǎng)卡綁定（有助于

15、提高可用性）以及物理網(wǎng)絡(luò)資源的負(fù)載平衡流速限制，有助于增強(qiáng)對物理網(wǎng)絡(luò)流量的控制? vNetwork 分布式交換機(jī)；主要是進(jìn)一步簡化虛擬化環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)管理而實(shí)現(xiàn)的，可在數(shù)據(jù)中心級別提供集中和聚合的虛擬網(wǎng)絡(luò)，從而簡化并增強(qiáng)虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)。2.3.2應(yīng)用程序服務(wù)層應(yīng)用程序服務(wù)器層是為虛擬化平臺上應(yīng)用系統(tǒng)的可用性、安全性和可擴(kuò)展性進(jìn)行服務(wù)的，是整個(gè)虛擬化架構(gòu)中最為重要的組成部分之一。因此，這個(gè)層次的服務(wù)也相當(dāng)豐富，也需要相當(dāng)成熟的經(jīng)驗(yàn)才能保證整個(gè)虛擬化的成功；換句話說，只有虛擬化平臺足夠強(qiáng)壯，才能夠作為云計(jì)算的基礎(chǔ)架構(gòu)平臺。應(yīng)用程序的可用性主要包括：? vMotion ；平臺管理模塊要能提供 VMotio

16、n 功能，可以方便的時(shí)間虛擬機(jī)不停機(jī)的從一臺 PC 服務(wù)器遷移到另外一臺，從而避免“多個(gè)雞蛋放到一個(gè)籃子”可能造成的顧慮。下面的圖示大概描述了 vMotion 功能實(shí)現(xiàn)；圖表2 vMotion實(shí)現(xiàn)原理? 平臺管理要能提供高可用解決方案，如 HA 、FT 容錯(cuò)功能，確保虛擬機(jī)的可用性。下面圖示了 HA 和 FT 功能機(jī)理；圖表3 VMware HA功能示意圖使用 VMware HA實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效、獨(dú)立于硬件和操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序可用性。圖表4 VMware Fault Tolerance容錯(cuò)技術(shù)功能示意圖使用 VMware Fault Tolerance（容錯(cuò)技術(shù)）可以實(shí)現(xiàn)完整的業(yè)務(wù)連續(xù)性，當(dāng)有硬件

17、發(fā)生故障之時(shí)，可以保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行，而不需要中斷應(yīng)用系統(tǒng)。VMwareFault Tolerance （容錯(cuò)技術(shù)）提供了迄今為止，最高級別的業(yè)務(wù)連續(xù)性保障，可以花費(fèi)最小的代價(jià)得到最高的可靠性要求。? NIC/HBA 卡的 Teaming 也是服務(wù)器虛擬化的最基本需求，就是通過多網(wǎng)卡和多 HBA 卡，保證網(wǎng)絡(luò)和存儲訪問的冗余性，一旦任何網(wǎng)卡或者HBA 卡故障，都不會(huì)引起虛擬機(jī)的服務(wù)中斷；? 當(dāng)然，虛擬平臺的備份和恢復(fù)也是需要考慮的，要能兼容傳統(tǒng)的備份和容災(zāi)方案，包括 VERITAS 、 Legato、 IBM 、 HP、 CA、 Commvault 等的備份方案等。應(yīng)用程序的安全性包括：?

18、 盡量壓縮 Hypervisor 本身的代碼，容量降低到 50MB 以下，以降低 Hypervisor本身受攻擊的可能性；? VMsafe；提供 Hypervisor 級的病毒防范接口，允許第三方廠商進(jìn)行開發(fā)接口，從底層直接進(jìn)行病毒的防范和截殺。下圖示例了 VMsafe API 的方式提供第三方安全接口的示例；? 圖表 5 VMsafe 實(shí)現(xiàn)機(jī)理示意圖? vSheild Zone；提供動(dòng)態(tài)安全防火墻，確保系統(tǒng)在虛擬化平臺上遷移時(shí)，安全策略能夠動(dòng)態(tài)遷移，確保系統(tǒng)安全的靈活性。下圖是動(dòng)態(tài)防火墻vSheild Zone的實(shí)現(xiàn)機(jī)理示意。圖表6 vSheild Zone 實(shí)現(xiàn)機(jī)理示意圖? VMware

19、Distributed Resource Scheduler (DRS) ；動(dòng)態(tài)地實(shí)現(xiàn)服務(wù)器資源負(fù)載平衡，以根據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)先級向正確的應(yīng)用程序提供正確的資源，從而讓應(yīng)用程序可以根據(jù)需要壓縮或增長。圖表7 VMware DRS 動(dòng)態(tài)資源調(diào)配示意圖? VMware Data Recovery 為小型環(huán)境中的虛擬機(jī)提供簡單、經(jīng)濟(jì)高效、無代理的備份和恢復(fù)。圖表8 VMware Data Recovery備份機(jī)制VMware Data Recovery 備份模塊具有以下一些特性：虛擬機(jī)的無代理、基于磁盤的備份和恢復(fù)；虛擬機(jī)或文件級別的恢復(fù)；增量備份和消除重復(fù)數(shù)據(jù)以節(jié)約磁盤空間；為虛擬機(jī)提供快速、簡單和完整的

20、數(shù)據(jù)保護(hù)；通過 vCenter 實(shí)現(xiàn)集中式管理；經(jīng)濟(jì)高效的存儲管理。? 應(yīng)用程序的可擴(kuò)展性包括： CPU、內(nèi)存的熱添加和磁盤、網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備的熱添加和刪除，從而確保整個(gè)虛擬化平臺具有足夠的彈性。這也成為虛擬化平臺靈活性的重要指標(biāo)，許多應(yīng)用場景都可以從這個(gè)特性中獲益。圖表9 虛擬機(jī)的可擴(kuò)展性2.3.3虛擬應(yīng)用程序?qū)覸Mware vSphere?包括對 vApp 的支持， vApp 是包含一個(gè)或多個(gè)虛擬機(jī)的邏輯實(shí)體，它使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開放虛擬化格式來指定和封裝多層應(yīng)用程序的所有組件，以及與該應(yīng)用程序相關(guān)聯(lián)的操作策略和服務(wù)級別。圖表10 vApp功能示意圖虛擬應(yīng)用程序?qū)又饕菓?yīng)用的打包模式的變革，傳統(tǒng)的應(yīng)用必須要進(jìn)行安裝才可以使用，通過 VMware 虛擬化技術(shù)，用戶可以更為便捷的部署應(yīng)用，比如將應(yīng)用系統(tǒng)當(dāng)作文件的方式進(jìn)行訪問。這實(shí)際上有兩個(gè)趨勢，一是應(yīng)用本身的虛擬化，二是應(yīng)用虛擬設(shè)備化。應(yīng)用的虛擬化就是讓任何應(yīng)用都能通