信息化建设虚拟化整合方案.doc

四川XX公司服务器虚拟架构解决方案四川XX公司服务器虚拟架构解决方案2010年12月13 目录第1章 服务器虚拟化技术简介11.1. 服务器虚拟化基本概念11.2. 虚拟技术的关键特点3第2章 虚拟化架构解决方案42.1 四川XX公司信息化建设现状42.2 四川XX公司数据中心建设整体规划62.3 四川XX公司服务器虚拟架构解决方案72.3.1 虚拟架构的选择72.3.2 服务器虚拟化架构整合的性能依据82.3.3 服务器虚拟架构简述92.3.4 虚拟架构环境的集中管理、自动化及优化运行132.3.5 Data Recovery，低成本实现虚拟系统备份162.3.6 虚拟化方案优势172.3.7 国内部分案例18第3章 设备清单22第1章 服务器虚拟化技术简介1.1. 服务器虚拟化基本概念虚拟化是一个广义的术语，是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行，是一个为了简化管理，优化资源的解决方案。如同现在空旷、通透的写字楼，整个楼层几乎看不到墙壁，用户可以用同样的成本构建出更加自主适用的办公空间，进而节省成本，发挥空间最大利用率。这种把有限的固定的资源根据不同需求进行重新规划以达到最大利用率的思路，在IT领域就叫做虚拟化技术。虚拟化技术可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程。CPU的虚拟化技术可以单CPU模拟多CPU并行，允许一个平台同时运行多个操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。虚拟化技术与多任务以及超线程技术是完全不同的。多任务是指在一个操作系统中多个程序同时并行运行，而在虚拟化技术中，则可以同时运行多个操作系统，而且每一个操作系统中都有多个程序运行，每一个操作系统都运行在一个虚拟的CPU或者是虚拟主机上；而超线程技术只是单CPU模拟双CPU来平衡程序运行性能，这两个模拟出来的CPU是不能分离的，只能协同工作。服务器虚拟化的概念：简单的讲就是一个物理服务器上运行多个虚拟机， 这些虚拟机共享底层硬件， 从应用的角度看就象是一个物理服务器， 有自己的操作系统，cpu, memory, nic, storage， 虚拟的资源。其实，也就是将物理服务器、操作系统、及其应用程序 “打包”为一个档案, 称为虚拟机(VM)，虚拟机是可移动的，可以提高服务器的利用率；同虚拟机支持操作系统的和数据的备份、实施更加灵活。虚拟机物理服务器1.2. 虚拟技术的关键特点l 在单一物理服务器上可同时运行多个虚拟机l 每一个虚拟机都与同在一个服务器上的其他虚拟机相隔离 l 虚拟机将整个系统，包括硬件配置、操作系以及应用等封装在文件里l 可以在其他服务器上不加修改的运行虚拟机虚拟化前l 每台主机一个操作系统l 软件硬件紧密地结合l 在同一主机上运行多个应用程序通常会遭遇沖突l 系统的资源利用率低l 硬件成本高昂而且不够灵活虚拟化后l 打破了操作系统和硬件的互相倚賴l 通过封装到到虚拟机的技术, 管理操作系统和应用程序为单一的个体l 強大的安全和故障隔离l 虚拟机是独立于硬件的, 它们能在任何硬件上运行l 统一管理第2章 虚拟化架构解决方案2.1 四川XX公司信息化建设现状服务器的快速蔓延使得数据中心的空间日趋紧张，现有服务器的资源闲置率较高，没有得到充分的利用；再加之运行维护人员短缺，在淘汰服务器的同时，进行服务器的整合；服务器数量的大幅度增加使得管理复杂化；企业需要提高服务器的可用性与可靠性，需要引入更好的备份和恢复管理方案；企业需要实现系统的快速部署，难以忍受冗长的系统安装、部署周期；现存问题有以下几点： 服务器数量多，但利用率不高 四川XX公司根据每个应用单独配置的一台物理服务器，久而久之，日积月累使得服务器的数量增长较快，大多数设备利用率低下，使得对电力、机房空间的要求较高。基础设施复杂，管理工作量大 随着信息化进程的不断深入，信息化应用和服务器的数目不断上升。由于缺乏系统的规划，机房中堆满了不同时期采购的不同的基础设施。由于系统状况复杂，所以很难实现统一自动化管理。目前主要管理以手工管理为主，管理/维护的工作量非常大。 单点故障多，服务保障水平较低 目前公司服务器主要采用的是单机运行，对重要的应用采用的也只是传统的双机热备，实现了部分冗余，没有实现全局热备，一旦服务器出现问题就会导致应用瘫痪。而且每台服务器的利用率都不高，服务器数量较多，因此故障节点比较多，管理员疲于安装、检修等机械管理工作，但依然无法避免宕机时间的不断加长。较低的服务保障水平严重影响了企业的正常生产工作。 软硬件资源分配不合理 随着公司的不断壮大以及信息系统的快速发展，使得网络资源突现紧张。信息中心部署的各种应用如OA系统、财务系统、后勤管理系统以及传统的IT应用如域名解析、电子邮件对现有资源产生了巨大的压力。同时大量利用率很低的独立服务器造成了资源闲置，但又无法投入其他应用。数据分散，存储资源不足随着公司的壮大信息化的发展，越来越多的业务依赖于信息资源，公司的信息资源也越来越多，四川XX公司目前的存储资源仅原有存储，已远远不能满足现有要求，存储资源的集中管理也是当前存在的问题。2.2 四川XX公司数据中心建设整体规划l 利用原来性能较好的服务器，在一台物理机上通过VMware 虚拟化部署出多台应用服务器并逐步淘汰老旧设备l 增加企业级FC-SAN、IP-SAN混合性大容量存储，实现数据集中存储l 采用VMware vSphere虚拟架构方式，实现数据整合l 采用智能化管理方式，减少维护难度l 采用智能化的资源分配，实现资源有效利用l 实现全局热备，避免单点故障l 实现统一硬件平台，减少部署时间l 采用DPM电源管理系统，实现绿色机房2.3 四川XX公司服务器虚拟架构解决方案2.3.1 虚拟架构的选择VMware公司作为虚拟化技术的龙头企业，在技术上已经形成了完整的体系。VMware的虚拟化技术可以使企业将从前需要在几台服务器上运行的应用系统整合在一台服务器上工作，其硬件实际使用率从15%提高到60%，并在几乎不中断服务的情况下，自动完成服务器间数据和功能的镜像迁移，甚至在非常短的时间内完成数十台虚拟服务器的数据备份工作。针对不同的用户群、不同需求开发不同的软件产品，服务器虚拟化技术主要有寄居式架构和裸金属架构。根据寄居式架构和裸金属架构在结构、性能和方便性上的不同，决定其在服务器管理中的应用。寄居式架构：n图1 寄居式虚拟架构裸金属架构：图2 裸金属虚拟化架构 寄居式结构底层架构如图1 所示，VMware虚拟平台运行在宿主操作系统之上，通过继承Host操作系统的设备驱动来得到更为广泛的硬件支持，VMware 能有效地为多个虚拟机操作系统的正常运行提供良好的技术隔离，使得其独立享用CPU、内存、I/O等硬件资源。 裸金属架构底层架构如图2所示，VMware虚拟平台作为独立的一层系统软件直接运行在硬件平台上，作为计算机硬件系统和虚拟机操作系统的通信层，它完全独立地响应所有虚拟机操作系统对硬件资源的访问。 由于寄居式架构和裸金属架构的设计方案不同产生了不同的性能表现，寄居式架构有宿主操作系统的束缚，无法完全利用硬件资源，而裸金属架构则极力压缩了操作系统层，使得虚拟机尽可能面对硬件，调动资源的效率更高。Vmware公司的裸金属架构产品主要为VSphere采用VMFS文件格式来存储虚拟机数据，而寄居式架构采用宿主计算机文件系统，虚拟机备份和移植都非常方便，不同于VSphere需要专门的软件、复杂的操作来备份或移植系统。根据VMware的两种服务器产品的不同特性，结合在四川XX公司信息中必的具体情况，我们将选择采用VMware VSphere（裸金属架构）建立数据中心虚拟架构平台。2.3.2 服务器虚拟化架构整合的性能依据根据统计，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现有7台较新的双核服务器上创建20多个虚拟服务器，来完成传统方式需要20多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，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。2.3.3 服务器虚拟架构简述根据四川XX公司建设的需求情况，对于Windows/Lunix平台上的个应用，并且能将这7台较高配置的服务器充分利用起来，方案建议将每台服务器上都安装配置VMware 第四代祼金属架构软件vSphere 4.1，用于在单个物理服务器实体上，利用服务器强大的处理能力，生成多个虚拟服务器，而每一个虚拟服务器，从功能、性能和操作方式上，等同于传统的单台物理服务器，在每个虚拟服务器上，再安装配置Windows或Linux操作系统，进而再安装应用软件，这样以前的每个物理服务器就变身成为VMware vSphere服务器上的虚拟机，从而大大提高资源利用率，降低成本，增强了系统和应用的可用性，提高系统的灵活性和快速响应，完美的实现了服务器虚拟架构的整合。通过VMware VSphere的整合，将原有服务器的利用率从10%提升到70%以上，减少了服务器硬件投资，提升了服务器的利用率。服务器的整合将减少物理服务器的数量，相应减少了场地、网络、电源等配套设施的投资。 服务器虚拟架构实现了服务器统一硬件平台，减少了低价值劳动，实现了标准化结构。在具体实现中，为了实现数据的集中存储、集中备份以及充分利用VMware虚拟架构中虚拟机可动态在线从一台物理服务器迁移到另一台物理服务器上的特性等，建议配置一套光纤存储阵列产品，同时配置冗余的光纤交换机，组成标准的SAN集中存储架构，由VMware虚拟架构套件生产出来的虚拟机的封装文件都存放在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） 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。为了集中管理和监控虚拟机、实现自动化以及简化资源调配，建议单独配置一套服务器安装Windows X64操作系统，用于安装VSPhere套件中的VCenter 4.1管理软件，对这几台物理服务器及其上的虚拟服务器进行统一的管理。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。结合上述整合方案，我们规划四川XX公司数据中心虚拟架构拓扑如下：此方案中主要涉及到三个层面，各个层面都采用冗余性设计方案，保障网络、存储数据的全天候畅通，保证应用达到24小时正常地运行，闭免了单点故障造成的业务停机给公司带来损失。当然在项目的实际实施中可根据具体的情况，如应用的高可用程度、对停机可接受的范围等有选择性地减少或删除冗余设计。在服务器层，由于VMwareESX 4.1是直接安装在裸机上的, 只需用虚拟架构套件VMware vSphere 4.1的光盘引导服务器启动, 安装过程和 Linux系统安装类似,做好硬盘分区并定义鼠标、键盘、时区、单位等相 关的环境属性即可,如果选择图形界面安装模式,配置情况一目了然。安装过程中, 可以对虚拟机的存储空间、内存大小、CPU个数等进行定义, 这些参数 在以后也可以随时更改。由于VMware ESX Server只有命令行模式, 操作不便, 安装VMWare vSphere 4.1以便从客户端上实现图形界面操作可以通过管理工具进行虚拟服务器的所有管理。为了集中管理和监控虚拟机、实现自动化以及简化资源调配,在远程控制端的计算机上安装VCenter软件,对物理服务器及其上的虚拟服务器进行统一的管理。存储和网络都是给整个虚拟化环境提供最佳的实践平台，保证业务的连续性，将所有的应用服务器都集中统一存放在高性能的存储中，方便管理和规整。方案中还建议使用VMware的Datarecovery备份软件将重要的应用服务器实行完整的系统备份，保证数据的完整性和安全性，同时也提供了虚拟应用服务器在计划外宕机的情况下能够快速恢复，以及对使用过期了的虚拟应用服务器完成一次归档。对虚拟机系统及应用的安装：在虚拟机上安装系统之前, 需要前需要先确定安装的系统类型，在VMware vSphere 4.1的支持列表中包括了目前常用的绝大部分操作系统。如果选择的系统类型和安装的不相匹配的话会造成安装失败的系统错误。装虚拟机系统的过程和平时安装系统的完全一 样,安装的速度和划拨给虚拟机的系统资源(主要是CPU)多少有关, 与物理机的区别不大。根据该单位具体的应用需要,安装多个wi dows Server 2003 SP2操作系统,进而再安装应用软件,这样以前的每个物理服务器就变身成为VMware vSphere服务器上的虚拟机,从而大大提高资源利用率, 降低成本,增强了系统和应用的可用性,提高系统的灵活性和快速响应,完美的实现了服务器虚拟架构的整合。 2.3.6 虚拟化方案优