数据中心虚拟基础架构解决方案

圣钰佳泰

1当前服务器硬件平台现状和面临的问题
1.1当前服务器硬件平台现状
随着服务的扩展，的应用服务不断增多，服务器数量10多台，1套磁盘阵列。并且随着新的应用系统的上线，将会有更多服务器及存储容量的扩展需求。
由于受操作系统版本不同、软件开发平台不同、应用不同、不同公司开发、相互之间协调、兼容等因素制约，目前这些已经部署和将来新增加的应用系统都需要单独配置服务器，使得服务器数量直线增加。
1.2面临的问题
目前的服务器主要面临以下问题
1）服务器的利用率低。现在机房内运行的大部分机器的利用率都非常低，由于一台服务器只能有一个操作系统，受系统和软件开发平台的限制，CPU、内存、硬盘空间的资源利用率不超过15%，大量的系统资源被闲置。
2）可管理性差。首先是可用性低，几乎每个应用服务器都是单机，如果哪台服务器出现故障，相对应的业务也将中断。其次是系统维护、升级和扩容时需要停机进行，也将造成应用中断，其中包括一些重要业务系统，一旦中断服务影响很大。
3）兼容性差。系统和应用迁移到其他服务器，需要和旧系统兼容的系统。新的软件包括操作系统和应用软件无法运行在老的硬件平台，而老的代码有时候也很难移植到新的硬件平台上。例如：由于各种资源数据库不同公司分别开发，需要的运行的软硬平台很多时候不能保证兼容。为节省时间、物力和保持系统部署的顺利，只能用增加服务器单独部署的方法来解决。
4）服务器和存储购置成本高，维护成本递增，也不得不考虑。随着应用的不断增加，服务器数量也跟着增加，每年要支出高额购置费用不说，还有部分服务器已经过保修期，部件逐渐进入老化期，维护、维修预算费用也逐年增加。
2方案设计
2.1概述
针对上面我们碰到的各种问题，经过分析和调研，我们认为目前的服务器虚拟化平台前期建设已经投入了大量的人力、财力，既要充分利用现有的服务器等资源，又要考虑到系统整合后的可扩展性，适合未来技术发展的趋势，以此来实现对服务器的(包括应用程序平台)整合。要解决好以上四个方面面临的问题，采用虚拟化技术来进行服务器资源的整合是一条捷径。
简单的说，服务器的虚拟化就是在一个物理服务器上独立并行运行具有不同操作系统的虚拟机，而每个虚拟机都独立拥有一套虚拟硬件(例如 RAM、CPU、网卡等)，进一步说，虚拟化对传统的实体机而言，有三个方面突破了传统的模式：
　　第一，它是一个抽象层，它将物理硬件与操作系统分开，从而提供更高的 IT 资源利用率和灵活性。
　　第二，虚拟化允许具有不同操作系统的多个虚拟机在同一实体机上独立并行运行。每个虚拟机都有自己的一套虚拟硬件(例如 RAM、CPU、网卡等)，可以在这些硬件中加载操作系统和应用程序。无论实际采用了什么物理硬件组件，操作系统都将它们视为一组一致标准化的硬件。
第三，虚拟机封装在文件中，因此可以快速对其进行保存、复制和部署。可在几秒钟内将整个系统(完全配置的应用程序、操作系统、BIOS 和虚拟硬件)从一台物理服务器移至另一台物理服务器，以实现零停机维护和连续的工作负载整合。
同时，由于通过虚拟化整合后，在一台物理机中并行运行多个虚拟机，一旦物理机出现故障，必然会同时造成多个业务的中断，因此必须要加强物理机的可靠性，保证业务能够持续不断的运行。另外由于虚拟机封装在独立文件中，并存放在共享的磁盘阵列中，因此我们还必须考虑单台磁盘阵列故障带来的业务中断影响。
2.2 总体方案介绍
根据的实际应用情况，我们建议方案部署针对不同的业务采取不同的架构方案：
对于核心的核心或无法虚拟化的系统仍旧采用物理机上面直接运行原有操作系统和数据库的方式，为了保证服务器及应用的可靠性，建议采用独立的双机集群的方式来保证在出现计划外和计划内停机的情况下，使业务仍能够提供。
对于众多应用服务器，建议采用VMware服务器虚拟化技术，将上述部分应用服务整合到2台4路6核或8核的物理机上，实现物理服务器的虚拟化。整合参考主机的整体运算能力建议以8:1左右。
为保障虚拟化平台的业务在出现计划外和计划内停机的情况下能够持续运行，同时建议采用集群的方式。
在数据存储方面，除了考虑像传统方式一样将数据库数据放在SAN存储阵列上外，同时将虚拟架构套件生产出来的虚拟机的封装文件都存放在在SAN存储阵列上。通过共享的SAN存储架构， 可以最大化的发挥虚拟架构的优势，进行在线地迁移正在运行的虚拟机(VMware VMotion)，进行动态的资源管理(VMware DRS)和集中的基于虚拟机快照技术的Lan Free的整合备份(VMware VCB)等，而且为以后的容灾提供扩展性和打下基础。
硬件系统：
        原有服务器2台（DELL R900 2路6核或8核16G内存,4张千兆网卡）
----建议扩展内存到32G，增加1000M网卡1块
        虚拟化整合后空闲出来的服务器作为备份管理服务器1台
        虚拟化整合后空闲出来的服务器作为vCENTER管理服务器1台
        光纤存储阵列1台（HP MAS 2000 1.8T）
----考虑到虚拟机占用存储空间较大，建议扩展磁盘阵列容量，具体大小由用户考虑。
        新购存储或带库作为虚拟机备份设备
        增加相关symantec备份软件模块，以实现完整备份统一管理。


虚拟化平台结构：2台服务器、1套磁盘阵列、1套带库
系统的整体逻辑结构图：

2.3 方案构成详细说明
针对上面的拓扑图，详细说明如下：       
2.3.1 虚拟架构主体部分VMware vSphere 4配置说明
本方案的主体部分是2台安装了VMware vSphere 4软件服务器。
VMware vSphere 4 是VMware虚拟架构套件的基础组成部分，是动态、自我优化的 IT 基础结构的基础。 VMware vSphere 4是一个强健、经过生产验证的虚拟层，它直接安装在物理服务器的裸机上，将物理服务器上的处理器、内存、存储器和网络资源抽象到多个虚拟机中。 通过跨大量虚拟机共享硬件资源提高了硬件利用率并大大降低了资金和运营成本。 通过高级资源管理、高可用性和安全功能提高了服务级别 -- 对于资源密集型的应用程序也不例外。
根据统计，对于传统的服务器应用方式，通常服务器的平均利用率在5-15%之间，而采用虚拟架构整合后，服务器的平均利用率可达到60%-80%。我们完全可以通过在2台高配置的2路6-8核服务器上创建10-16个虚拟服务器的方式，来完成传统方式需要10-16台的低配置服务器才能完成的工作，用户在降低成本的同时，还大大减少了环境的复杂性，降低了对机房环境的需求，同时具有更灵活稳定的管理特性。
采用VMware虚拟架构相比于传统单台服务器部署单一应用方式的另外一个好处是，可以充分满足不同应用对系统资源的不同要求，比如有的应用只需要一个3.0 GHz CPU，512MB的内存就可以很好的运行，而有的高访问率、高吞吐量的应用则需要2个甚至是4个双核的CPU，8GB的内存才能保证稳定的运行，在传统方式下，往往不可能针对每一种应用来采购服务器，而是用一种或几种标准配置的服务器来统一采购，这样，势必会造成某些应用资源富裕，而另一些应用面临资源紧张的情况，且应用之间不能互相调配资源。采用虚拟架构后，由于每个虚拟机所需使用的系统资源都是由虚拟架构软件统一调配，这种调配可以在虚拟机运行过程中在线的发挥作用，使得任何一个应用都可以有充分保证的资源来稳定运行，同时，该应用在此时用不到的资源又可以被其他更需要资源的应用临时借用过去，最大限度的提高了整体系统的资源利用率。
每一台虚拟服务器都可以利用VMware 虚拟对称式多重处理 (SMP)技术，通过使单个虚拟机能够同时使用多个物理处理器，增强了虚拟机性能。作为一项独特的 VMware 功能，Virtual SMP 支持虚拟化需要多处理器和密集资源的企业应用程序（如数据库、企业资源计划和客户关系管理）。
2.3.2. SAN集中存储实现虚拟服务器的文件共享
方案中，我们建议采用SAN集中存储方式，这样可以将每个虚拟机的文件系统创建在共享的SAN集中存储阵列上，VMware VMFS 虚拟机文件系统，是一种高性能的群集文件系统，允许多个ESX Server 安装同时访问同一虚拟机存储。 支持通过 VMware VirtualCenter、VMware VMotion™ 技术、VMware DRS 提供的基于虚拟化的分布式基础结构服务。由于VMware的虚拟架构系统中的虚拟机实际上是被封装成了一个档案文件和若干相关环境配置文件，通过将这些文件放在SAN存储阵列上的VMFS文件系统中，可以让不同服务器上的虚拟机都可以访问到该文件，从而消除了单点故障。
2.3.3. 虚拟架构环境的集中管理、自动化及优化运行
为了对服务器虚拟架构进行有效的管理和监控，方案中建议配置一台独立的Windows 2008服务器来做为VMware vSphere 4套件中的VirtualCenter服务器，VirtualCenter服务器为 IT 环境提供了集中化管理、操作自动化、资源优化和高可用性。基于虚拟化的分布式服务为数据中心提供了前所未有的响应能力、可维护性、效率和可靠性级别。
以下 VirtualCenter附属产品提供了资源优化和高可用性特征。
•        使用VMware DRS将可用资源与预定义的业务优先事务协调起来，同时使用 VMware分布式资源调度程序优化劳动力密集型和资源密集型操作。
•        使用 VMotion™ 迁移运行中的虚拟机和执行无中断的 IT 环境维护。
•        使用 VMware HA 实现经济高效、独立于硬件和操作系统的应用程序可用性。
VirtualCenter 提供了管理任意规模的虚拟 IT 环境所需的最高级别的简便性、效率、安全性和可靠性。
2.3.4、虚拟架构环境的整合备份
    通过使用VMware Consolidated Backup软件，可以为虚拟服务器提供易于使用、集中化的备份工具，它使虚拟机内容能够从一个集中的Windows 2003代理服务器（而不是直接从ESX Server）中进行备份，它可与其他商业备份软件完美协调工作，由于只需要在备份代理服务器上配置商业备份软件的Agent，而不是象传统服务器群方式下，每台服务器都需要配置备份软件的Agent，因此可以大幅节省用户用户购买这些Agent的费用。

2.４方案的优势
1）大大降低硬件成本
　　通过服务器初步整合，我们将10-16台服务器成功整合到2台服务器和1套 存储设备里，以期明显地提高每个物理服务器及其CPU的资源利用率。对腾出的服务器可用作补充后期应用开发和服务器虚拟化，从而减少了物理服务器的扩充数量，大大地降低硬件成本。
　2）提高运维效率和服务水平
　　(1)由于虚拟构架可使虚拟机具有动态可迁移性，不需要像以前那样，一遇到硬件故障或维护需要数天/周的变更管理准备和1 ～3小时维护时间，现在可以进行快速的维护和升级，不用担心某台服务器出现问题，会影响到整个应用平台。
　　(2)现在新应用部署速度加快，实际工作中，一遇到新应用使用新服务器进行部署和测试，可在虚拟机里进行，大大降低了服务器重建和应用加载时间，提高了管理和工作效率。
　　(3)由于将所有服务器作为大的资源统一进行管理，并按需进行资源调配，旧硬件和操作系统的投资得到了保护，也不再担心旧系统的兼容性，维护和升级等一系列问题。
(4)为将来的集中网络存储提供可能
　　由于整合后物理服务器数量减少，对由于成本或者其他原因未整合的服务器群没有接入到存储网络( iSCSi和NAS)的服务器，以后可以考虑接入到存储网络, 这样可以充分利用网络存储的优势，将这些分散的数据集中管理备份，为这些服务器和应用，以及今后的容灾奠定基础。同时，通过虚拟机的特有功能和网络存储的有效结合， 提高了这些应用的可用性、移动性和灵活性。
3、实例分析


3.1、VMware vSphere产品构成
    VMware vSphere 4产品套件，包括ESX Sever与vCenter Server两部分。vCenter Server是中心管理端，需要单独购买，一套VCenter可以管理两百个物理主机、2000个虚拟机，因此一套数据中心通常只需要购买一套vCenter Server。
    vSphere共分为四个版本，分别为标准版（Standard）、高级版（advance）和企业版（Enterprise），企业增强版（Enterprise Plus），各版本的区别请见3.4 VMware vSphere版本说明。
    其中，对于ESX Sever的License（授权文件）以物理CPU计算而非核数，每个License支持一个物理CPU。
    高级版（Advance）和企业增强版（Enterprise Plus）最多可支持12核的物理CPU；
    标准版（Standard）和企业版（Enterprise）最多可支持6核的物理CPU；
    以上产品包装至少必须配套购买一年的SnS。

3.2、VMware vSphere版本说明
              版本
功能        标准版        高级版        企业版        企业增强版
每个License支持的CPU核数        6 个物理内核/CPU        12个物理内核/CPU        6 个物理内核/CPU        12个物理内核/CPU
支持的最大内存        256 GB        256 GB        256 GB        许可证无内存限制
vSMP
虚拟CPU数量        四路        四路        四路        八路
VC Agent
集中管理器代理        有        有        有        有
VCB/vStorage API
在线整合备份        有        有        有        有
Update Manager
升级管理器        有        有        有        有
High Availability
高可用        有        有        有        有
Thin Provisioning
精简部署        有        有        有        有
VmotionTM
在线迁移（增强版）        无        有        有        有
Hot Add
热添加        无        有        有        有
Fault Tolerance
容错        无        有        有        有
Data Recovery
数据恢复        无        有        有        有
vShield Zone
防火墙        无        有        有        有
Storage VMotion
存储在线迁移        无        无        有        有
DRS
动态资源调度        无        无        有        有
DPM
分布式电源管理        无        无        有        有
Distribute Switch
分布式交换机        无        无        无        有
Host profiles
主机配置文件        无        无        无        有
3.3、服务器及存储的要求
    在选择服务器硬件时，请参阅相关的兼容列表，所有用于实现VMware vSphere4虚拟架构解决方案的设备，包括：服务器系统、存储系统、IO卡设备等，应满足VMware vSphere4产品兼容列表的要求，最新的兼容列表可从如下的连接找到：
http://www.vmware.com/resources/techresources/cat/119

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要是遇到虚拟化环境无法识别usb加密狗的问题，可以加QQ2049960367