奥氪服务器虚拟化解决方案.doc

. 虚拟化解决方案目 录一、解决方案概述31.1服务器整合解决方案31.2商业连续性解决方案51.3测试和开发解决方案8二、虚拟化实施方案设计92.1 需求分析92.2 方案拓扑图102.3 方案构成部分详细说明112.3.1 软件需求112.3.2 硬件需求112.4 方案结构描述112.4.1 基础架构服务层112.4.2 应用程序服务层132.4.3 虚拟应用程序层182.4.4异地容灾技术192.5 方案带来的好处222.5.1 大大降低TCO222.5.2 提高运营效率242.5.3 提高服务水平242.5.4 旧硬件和操作系统的投资保护242.6 与同类产品的比较242.6.1 效率242.6.2 控制252.6.3 选择25三、桌面虚拟化应用实列263.1 拓扑图263.2 方案描述263.3 方案效果27一、解决方案概述1.1服务器整合解决方案随着企业的成长，IT部门必须快速地提升运算能力以不同操作环境的新服务器形式而存在。因此而产生的服务器数量激增则需要大量的资金和人力去运作，管理和升级。IT部门需要： 提升系统维护的效率 快速部署新的系统来满足商业运行的需要 找到减少相关资产，人力和运作成本的方法服务器整合为这些挑战提供了解决方案。虚拟构架提供前所未有的负载隔离，为所有系统运算和I/O设计的微型资源控制。虚拟构架完美地结合现有的管理软件并在共享存储（SAN）上改进投资回报率。通过把物理系统整合到有虚拟构架的数据中心上去，企业体验到： 更少的硬件和维护费用 空闲系统资源的整合 提升系统的运作效率 性价比高，持续的产品环境整合IT基础服务器运行IT基础应用的服务器大多数是Intel构架的服务器这一类的应用通常表现为文件和打印服务器，活动目录，网页服务器，防火墙，NAT/DHCP服务器等。虽然大多数服务器系统资源的利用率在1015，但是构架，安全和兼容性方面的问题导致必须指定不同的物理平台来运行它们。管理，安装补丁和添加安全策略将花去大量的时间。另外，服务器的衍生组件将导致设备，动力和散热方面的成本上升。因为低服务器的利用率，低CPU的合并和中等I/O的要求，IT基础服务器首选作为虚拟化和相关整合的候选者。虚拟化使得企业能实现： 达到甚至超过每个CPU，4个负载的整合比率 更便宜的硬件和运作成本 在服务器管理方面的重大改进，包含添加，移动，变更，预制和重置 基础应用将变得更强壮和灾难抵御能力整合重要应用服务器根据5个不同的企业使用服务器软件来大幅降低成本的实例，出具了一份研究报告。使用服务器TCO模型来分类和计算成本，我们分析显示服务器软件帮助这些企业实现： 减少2853的硬件成本 减少7279的运作成本 减少2964的综合成本客户目标： 整合空闲服务器和存储资源，为新项目重新部署这些资源 提升运作效率 改进服务器的管理灵活性 通过零当机维护改善服务等级 标准化环境和改进安全 灾难状态下，减少恢复时间 更少冗余的情况下，确保高可用性 更有效的适应动态商业的需求 高级备份策略 在技术支持和培训方面降低成本1.2 商业连续性解决方案每年成百上千的全球数据中心遭遇重大的服务中断。这些商业运行将受到用户错误，病毒，硬件故障和自然灾害等问题的影响。当前商业连续性处于企业IT策略的最前沿，并且从管理层到CEO的所有人都非常重视它。成功的商业连续性策略元素包含： 应用程序可用计划 包含监控和平台冗余的预防措施 数据保护 灾难恢复策略 有效的人员计划使用虚拟构架，IT管理员能改进商业连续性的所有方面，例如： 由于主备服务器之间的硬件独立性，使得灾难恢复更快而花费不多 排除计划内的硬件当机，并明显的减少计划内的软件当机 管理所有虚拟机和监控宿主机的单点控制技术 为了实现捕捉和恢复，完全的把主机压缩到文件里去 简化和可重复的自动程序基于虚拟机的集群冗余简化为了实现高可用性，企业使用中间软件例如微软和Veritas的集群软件，把两台服务器绑定在一个热备环境。即使运行在服务器上的应用程序有集群感知能力，万一主服务器遭遇硬件或软件错误，这样的安排仍然会导致非应用程序当机。冗余能消除单点失败。随着IT对企业运作而言变得更加重要，高水平的服务普遍成为企业的需求，越来越多的应用则被要求高度可用。然而，为了实现如上所述的高可用性集群，就像很多服务器运行应用一样，企业需要预备和管理两次。有了虚拟化，IT管理员能在运行重要应用的实体机和同等配置的虚拟机上创建集群。在待机状态下，虚拟机并不消耗计算机资源，并且能以非常高的比例整合到一个或几个实体平台上去。结果，企业无须在硬件数量或管理和安装补丁上投入双倍的人力和物力，从而实现高可用性。冗余的方式将由2N变为N+1。实体到虚拟的集群和实体到实体的集群一样都支持同样的集群软件。同时，节省的成本能为更多的负载实现高可用性并签署更多的高水平服务协议。无须原硬件的数据恢复大多数企业IT部门使用常用的备份软件，例如Tivoli Storage Manager, Legato Networker, 或者Veritas NetBackup来创建数据和应用程序备份。既然备份策略能抵御用户错误和某些情况下的软硬件故障，比较长的恢复时间和多恢复点是能被接受的。然而，为了获得备份所带来的好处，企业必须确保数据确实能被恢复。业余备份，专业恢复？为了测试数据恢复，IT管理员需要为每个已备份的主机提供一台测试的失败转移服务器，安装操作系统，安装备份代理，尝试在测试失败转移服务器上调整Windows注册表和其他系统配置。如果系统调整成功，备份服务器和备份代理才能被用来测试数据恢复。预制新的服务器和调整Windows注册表是一个漫长的手工过程并且有时并不可能。这样，在不同的失败转移服务器实现数据恢复是存在疑问的。这些问题将被虚拟失败转移硬件给解决了。此外，操作系统安装，备份代理的安装和Windows注册表的调整只需做一次。此后，一个完整的已配置的VM模板将被存储在VM模板库内。软件能确保企业： 为灾难后的测试和恢复，消除硬件资源方面的障碍 避免系统和备份代理的安装，用虚拟机模板来缩短恢复周期 用标准的虚拟化硬件，使得灾难恢复更加可靠和可重复失败转移服务器的整合和自动化对于关联在存储域网（SAN）上重要应用的部署，企业灾难恢复策略通常包含一个灾难恢复的热站，这个站点有在主备之间的完全同步的数据复制。这种策略提供很少的恢复点对象（PRO）。然而，出于恢复时间对象（RTO）的考虑，恢复时间非常依赖于除了数据恢复之外的恢复实体服务器，操作系统，系统参数和应用程序的能力。为了维持较少的恢复时间对象（RTO），硬件和系统的同一配置需要被维护在失败转移站点上。这样的配置无论在初始资本投入阶段还是在项目运作，升级，维护和支持阶段费用都是很昂贵的。这种方案的两个明显缺点在于预制了太多的新服务器以及通常没有可能为数据恢复去调整Windows注册表和对不同的失败转移服务器的其他系统参数进行配置 部署在整个企业内的虚拟构架能确保企业： 避免在失败转移站点上停滞不前 在主备站点上，从服务器整合角度来减少投入成本 使恢复过程自动化，并实现存储管理软件的集成 改进恢复过程的可靠性1.3 测试和开发解决方案CIO们一直处于如何进一步缩短企业应用程序开发和部署周期的压力之下。在预算范围内，及时提供高质量的软件从来就不是件容易的事。基于现代的多层体系和操作系统，浏览器和防火墙的多版本，任务变得更加复杂了。在软件开发过程中的一些问题包括： 对有限硬件资源的争夺 不匹配的开发和生产环境 不恰当的阶段使得部署新应用程序更具风险 分布式的开发团队之间的交流问题迁移开发和测试环境到虚拟构架在更低的缺陷方面即刻得到明显的改进。软件把完整的测试平台应用程序和数据压缩到文件内。这些文件能在实体主机之间被轻易的存储，暂停，还原和传递。由于通过软件的隔离担保，多虚拟测试平台能运行在同一个实体主机上而不互相影响。此外，虚拟构架有许多为测试和开发环境而设计的特定功能，例如系统快照，系统级的调试支持等有了软件，企业开发部门能： 把单一的实体平台划分成一打隔离的开发环境 精确的复制多模块产品环境到虚拟机上去 在不同的团队之间共享全部的环境 在开发和测试周期内，剔除反复配置的工作 使一些以前需要手动干预的测试过程自动化 在单一的实体平台上模拟复杂的网络应用在同一物理硬件上运行多操作系统虚拟软件能在单一的物理平台上无限多的运行完全隔离的系统环境。如果你是： 一个运行两个以上分别运行不同版本Windows或Linux系统的桌面主机程序员 建立跨平台分布式软件的开发者 由于构建系统软件和驱动程序需要，而导致每次程序崩溃都要重启主机的开发人员 频繁地为测试，开发，试验而更改X86服务器和桌面资源的多微软系统的工程管理员 在有限硬件资源配置的多系统上测试和检验产品的质量监测工程师 由于缺少硬件资源而无法精确的再生客户环境的技术支持专家 在不同的系统上运行核心级调试的程序员 需要在不同现场。检测产品的外表，质地和功能的质检工程师单一实体平台上配置开发环境现代企业软件应用从属于协议设计，系统环境，版本冲突和硬件依赖的各种变化。如果所有都不是多层应用的话，大多数需要能在产品和开发下，带分布式连通和配置的多个主机，这样必将导致大量的基于X86平台上的开发和测试应用，例如网页服务器，应用服务器或者数据库难于管理。这些经常被限定在一个固定的操作系统和软件版本上，这样使得他们得占据一个很大的空间。二、虚拟化实施方案设计2.1 需求分析为了提高X86架构服务器上的信息系统高可用性，保证信息系统的业务连续性，保证后台数据的安全性，我们应用奥氪云部署全新的虚拟化架构。 奥氪云是自主研发的云计算操作系统，它利用虚拟化的强大能力将数据中心转换为显著简化的云计算基础架构，使 IT 组织能够利用内部和外部资源，安全和低风险地提供新一代灵活可靠的 IT 服务。 奥氪云显著降低了资本和运营成本，在加强 IT 服务交付控制的同时，还保留了在任何类型的操作系统、应用程序和硬件、使用内部托管或外部资源之间选择的灵活性。有了为内部和外部云计算提供基础的 奥氪云，并使用联邦和标准来连接内部和外部云计算基础架构，各种规模的组织都能实现云计算的全部优势。图表 1 虚拟化云平台的设计结构奥氪云作为成熟的虚拟化技术， 对整体应用体系架构设计的改变很大，单从虚拟架构角度来看，可以大致分为基础架构服务层、应用程序服务层和虚拟应用程序层。但从管理运维的角度来看，又可以分为基础架构管理层、虚拟资源管理层和自动化服务管理层。2.2 方案拓扑图2.3 方案构成部分详细说明该方案所涉及软赢件清单2.3.1 软件需求 奥氪云V3.6.52.3.2 硬件现有环境2.4 奥氪云系统组件2.4.1 基础架构服务层基础架构服务层是整个虚拟架构的重要支撑，主要是将物理的资源，包括计算资源、存储资源和网络资源进行虚拟化，提供一些虚拟化的基本单元，为整个架构的虚拟化做好铺垫，一般称为：计算、存储和网络。这部分的要点如下：对于计算，主要包括： 计算资源的分配粒度；包括内存和CPU的分配方式。能够进行分配的粒度越细，往往效率越高，所以，内存可以分配细化到MB，CPU分配可以细化到MHz。 计算资源的动态调度；NUMA策略，进程的处理器亲和性（Processor Affinity），即是CPU的绑定设置，是指将进程绑定到特定的一个或多个CPU上去执行，而不允许调度到其他的CPU上。在虚拟化环境中，qemu的vcpu是作为线程存在的，可以对线程进行亲和性设置。 Hypervisor是服务器虚拟化的基石；目前，瘦Hypervisor已经成为虚拟化行业的重要趋势，通过Hypervisor的瘦化，可以降低虚拟化本身的超载，降低虚拟化本身的资源消耗，从而提升整个虚拟化系统的性能。对于存储，主要包括：奥氪云操作系统的存储资源管理包括服务器的硬盘以及外挂存储的统一管理，系统为虚拟机分配的存储资源是弹性的，系统支持为虚拟机挂载额外的卷的方式，来扩展虚拟机的存储资源。用户可以根据存储需求，创建不同大小的卷并且将其挂载到虚拟机实例上。多个卷可以被挂载到同一个虚拟机实例中。虚拟机不但可以通过文件系统访问存储设备，而且支持直接访问裸设备，可直接使用本地硬盘或集中存储，如SAN、NAS和iSCSI来安装虚拟机。支持虚拟机逻辑划分存储空间，虚拟机分配的空间总和可以大于当前最大存储空间，也及时存储空间超额分配。 生成、删除、备份、扩展存储卷；虚拟化平台中集群文件系统是构建虚拟化高可用的重要基础技术，通过虚拟化集群文件系统，可以确保进行虚拟环境交叉访问时，保证数据的完整性和可靠性。 卷增长；卷的动态成长可以实现磁盘卷的在线扩展，为服务器虚拟化提供强大的存储虚拟支持能力，满足存储卷的按需扩展。 存储挂载；可以实现存储迁移时应用不需要停机，这是存储虚拟化和服务器虚拟化结合的范例，成为服务器虚拟化的标准配置功能。 存储瘦模式；提高存储的利用率，降低存储的成本超过50。图表 精简配置示意图对于网络，主要包括： 虚拟网卡；是为了满足同一服务器上多个虚拟机而建立的，是服务器虚拟化的重要基石，今天市场上的虚拟化软件都可以提供这个能力。 虚拟交换机；可以在虚拟机和物理机之间提供第 2 层连接性，其功能包括：n 虚拟局域网分段（有助于简化网络）、流量隔离以及改进的可管理性 n 内置的网卡绑定（有助于提高可用性）以及物理网络资源的负载平衡 n 流速限制，有助于增强对物理网络流量的控制 分布式交换机；主要是进一步简化虚拟化环境中的网络管理而实现的，可在数据中心级别提供集中和聚合的虚拟网络，从而简化并增强虚拟机网络。2.4.2 应用程序服务层应用程序服务器层是为虚拟化平台上应用系统的可用性、安全性和可扩展性进行服务的，是整个虚拟化架构中最为重要的组成部分之一。因此，这个层次的服务也相当丰富，也需要相当成熟的经验才能保证整个虚拟化的成功；换句话说，只有虚拟化平台足够强壮，才能够作为云计算的基础架构平台。应用程序的可用性主要包括： 平台管理要能提供高可用解决方案，如HA、FT容错功能，确保虚拟机的可用性。下面图示了HA和FT功能机理；图表 2 HA功能示意图使用 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。图表 3 Fault Tolerance 容错技术功能示意图使用 Fault Tolerance（容错技术）可以实现完整的业务连续性，当有硬件发生故障之时，可以保障业务系统的连续运行，而不需要中断应用系统。 Fault Tolerance（容错技术）提供了迄今为止，最高级别的业务连续性保障，可以花费最小的代价得到最高的可靠性要求。 NIC/HBA卡的Teaming也是服务器虚拟化的最基本需求，就是通过多网卡和多HBA卡，保证网络和存储访问的冗余性，一旦任何网卡或者HBA卡故障，都不会引起虚拟机的服务中断； 当然，虚拟平台的备份和恢复也是需要考虑的，要能兼容传统的备份和容灾方案，包括VERITAS、Legato、IBM、HP、CA、Commvault等的备份方案等。应用程序的安全性包括： 尽量压缩Hypervisor本身的代码，容量降低到50MB以下，以降低Hypervisor本身受攻击的可能性； Distributed Resource Scheduler (DRS) ；动态地实现服务器资源负载平衡，以根据业务优先级向正确的应用程序提供正确的资源，从而让应用程序可以根据需要压缩或增长。图表 4 DRS动态资源调配示意图 Data Recovery 为小型环境中的虚拟机提供简单、经济高效、无代理的备份和恢复。图表 5 Data Recovery 备份机制 Data Recovery 备份模块具有以下一些特性：n 虚拟机的无代理、基于磁盘的备份和恢复 ；n 虚拟机或文件级别的恢复；n 增量备份和消除重复数据以节约磁盘空间；n 为虚拟机提供快速、简单和完整的数据保护 ；n 经济高效的存储管理 。 应用程序的可扩展性包括：CPU、内存的热添加和磁盘、网络等设备的热添加和删除，从而确保整个虚拟化平台具有足够的弹性。这也成为虚拟化平台灵活性的重要指标，许多应用场景都可以从这个特性中获益。图表 6 虚拟机的可扩展性2.4.3 应用虚拟化应用虚拟化为好云独立自主知识产权的MRP协议的应用虚拟化技术,它集企业管理、应用部署、员工协作三位一体，为企业轻松搭建云桌面、云应用、移动办公、BYOD办公、私有云等平台。应用虚拟化可将所有应用软件（Word、PowerPoint、ERP管理软件、OA办公、CAD等）集中部署在企业用户自己的服务器上，用户通过PC客户端、PC网页或移动客户端，在任何时间、任何地点、任何网络连接方式（局域网或外网）即可快速安全的访问经服务器（集群）上授权的所有办公应用软件、桌面或文件资源，客户端与客户端之间可以进行基于组织架构的即时通讯、语音对讲、文件传输、屏幕共享，最终实现协同办公、远程接入、应用集中部署和管理，提高企业IT管理效率，保障数据安全。应用虚拟化的价值：1）资源集中化管理。 开发数据、客户资料、数据报告等都统一保存在服务器上，员工办公平台都统一在服务器上，规避了信息孤岛，加快了数据整合速度，以最大化、最集中化地对企业数据资源进行了保存和管理。 2） 应用一处部署随处运行。 应用软件、办公系统都统一部署到服务器上，客户端电脑、手机、平板都无需再一一安装这些软件。只用账号和密码，就可以在客户端使用。 3） 上网行为管理 可以通过针对某一用户在某一个时间段使用某一软件进行权限限制，来进行员工上网行为的管理，比如限制员工在上班时间使用QQ、浏览器、视频播放软件等娱乐性的软件。 4） 高效安全的身份管理：单点登录 单点登录（SSO）是目前最流行的业务系统整合的解决方案之一。用户只需提前设置好各个应用系统的单点登录权限以及登录账号和密码，就可以在客户端直接访问，无需二次登录，使用便捷。 5）录屏管理 针对不同的用户，进行操作录屏管理，支持全屏、实时录制，可按时间、用户等条件查询，录屏日志定期自动清理。设置简单、操作方便！加强企业云对端的操作管理，让企业维护管理，更加轻松高效。2.4 方案带来的好处2.4.1 大大降低TCO 通过服务器整合，控制和减少物理服务器的数量，明显提高每个物理服务器及其CPU的资源利用率， 从而降低硬件成本。 降低运营和维护成本， 包括数据中心空间、机柜、网线，耗电量，冷气空调和人力成本等。经过目前统计，2路CPU的服务器约85台左右，基本上都是IBM的服务器，借鉴DELL官方提供的功率的参考：部署虚拟化前部署虚拟化前类型服务器数量额定功率服务器数量额定功率2颗CPU85550W20675W因此，部署虚拟化方案之前，每年的电费支出是：虚拟化前电费支出0.670.8元/度（850.55千瓦）24小时/天365天/年21.95万/年部署虚拟化方案之后，每年的电费支出是：虚拟化后电费支出0.670.8元/度（200.675千瓦）24小时/天365天/年6.34万/年通过部署虚拟化方案，数据中心服务器直接电力消耗每年的电费节约为：21.95万/年6.34万/年15.6万/年。数据中心冷却系统的电力消耗一般来说，数据中心消耗的电能绝大部分全部变成了热能，因此，服务器硬件的额定功率基本相当于热能输出功率。此外，根据在惠普公司实验室做出的结果，每1瓦的散热需要消耗0.8瓦的电能来进行冷却。(我们将此定义为负载参数L)。基于以上数据，数据中心的冷却能耗可进行如下推算：部署虚拟化方案之前，数据中心服务器的冷却成本为：虚拟化前冷却电费支出0.80.8元/度1.251.25（850.55千瓦）0.824小时/天365天/年32.76万元/年虚拟化后冷却电费支出0.80.8元/度1.251.25（200.675千瓦）0.824小时/天365天/年9.46万元/年虚拟化后冷却电费节约32.76万元/年9.46万元/年23.3万元/年虚拟化后总体电费节约15.6万元/年23.3万元/年38.9万元/年。此项支出节约仅为直接的电力资源节省，还不包括周边设备减少带来的电力资源节约（如：UPS、交换机等设备的减少）。2.4.2 提高运营效率 加快新服务器和应用的部署，大大降低服务器重建和应用加载时间。 主动地提前规划资源增长，这样对客户和应用的需求响应快速，不需要象以前那样，需要长时间的采购流程，然后进行尝试。 不需要象以前那样，硬件维护需要数天/周的变更管理准备和1 - 3小时维护窗口，现在可以进行快速的硬件维护和升级。 所有单机的应用，在部署了虚拟化后，将不再出现单点故障，确保了应用的724小时不间断的运转。2.4.3 提高服务水平 帮助您的企业建立业务和IT资源之间的关系，使IT和业务优先级对应。 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。2.4.4 旧硬件和操作系统的投资保护 不再担心旧系统的兼容性，维护和升级等一系列问题。三、 桌面虚拟化应用实列结合 virt-viwer虚拟化桌面产品，为某大型医院设计了内外网分离解决方案。3.1 拓扑图T-3.2 方案描述1、把医院所有医疗信息和数据集中在安全的内网数据中心并加以保护和备份，而客户端操作平台都在内网之外（可用外网），通过可管理的交换机与数据中心进行数据交换。客户