中国广播网虚拟化统一云平台解决方案.docx

中国广播网虚拟化统一云平台解决方案神州数码（中国）有限公司目录1. 需求分析12. 虚拟化统一云平台方案介绍22.1. 方案拓扑22.2. 虚拟化物理结构详细说明52.2.1. 服务器及整合建议：62.2.2. 虚拟架构主体部分VMware ESX Server配置说明62.2.3. 集中存储实现虚拟服务器的文件共享72.3. 虚拟化云平台设计方案的详细说明82.3.1. 基础架构服务层82.3.2. 应用程序服务层102.3.3. 虚拟应用程序层142.4. 业务虚拟化统一云平台体系142.4.1. 体系概述142.4.2. 虚拟机生命周期管理152.4.3. 虚拟架构的计费管理172.4.4. 虚拟环境的容量规划管理192.4.5. 虚拟环境的配置管理202.4.6. 虚拟环境的性能管理223. 虚拟化实施服务内容243.1. 项目计划和设计243.1.1. 实施系统环境研讨243.1.2. 项目实施244. 虚拟化方案优势261. 需求分析中国广播网有大量web service、My sql、sql server需上线。这些应用计划在此次虚拟化整合后采用4台物理服务器来承载。如果用传统模式部署需占用大量物理服务器，而且还无法提供高可用性，集群及容灾的扩展能力。为了更好的解决上述传统单一物理服务器应用方式的弊端，威睿公司为用户推荐了如下的采用虚拟架构软件的虚拟化云计算解决方案，该方案极大的提高了服务器整合的效率，大幅度简化了服务器管理的复杂性，不仅提高了整个系统的可用性，同时还明显的减少了投资的成本，具有很好的技术领先性和性价比，虚拟技术由于采用了将传统物理服务器应用环境封装成可移动的档案文件的技术，很容易实现业务的连续不间断运行，降低系统总成本。具体来说，本方案将试图解决以下旧系统存在的难题：1. 服务器对空间不断侵占着，机房规划赶不上对空间的需求。2. 服务器利用率低，硬件资源浪费严重。3. 管理员的管理效率很低。4. 如果想实现高可靠、高可用和灾难保护的应用，代价昂贵。且会闲置更多的硬件资源。5. 当前系统的平台架构难以实现更高水平的服务和更快的响应。更难以实现统一的管理和规划。2. 虚拟化统一云平台方案介绍根据中国广播网的需求情况，对于当前的大量应用，配置4台基于双路四核CPU技术的x86刀片服务器，同时每台服务器上都安装配置VMware 第四代虚拟化软件vSphere企业增强版。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。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虚拟架构中物理服务器集群高可用功能，配置一套存储阵列产品，同时配置冗余的存储交换机，组成标准的集中存储架构，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存储阵列上。通过共享的存储架构， 可以最大化的发挥虚拟架构的优势，当物理服务器宕机虚拟机会自动在其他服务器上重启，进行动态的资源管理和集中的基于虚拟机快照技术的Lan Free整合备份等。当然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，还建议单独配置一套服务器安装Window系统，用于安装VMware vSphere套件中的vCenter Server管理软件，对4台物理服务器及其上的虚拟机进行统一的管理。2.1. 方案拓扑图示一是虚拟化后，新虚拟化数据中心物理服务器构架图图示一：虚拟化物理结构图图示二正是这种统一云平台的设计结构。图示二：虚拟化云平台的设计结构2.2. 虚拟化物理结构详细说明针对图示一：虚拟化物理结构图，详细说明如下：推荐硬件配置服务器类型CPU内存网卡刀片式双路四核2.4GHz32G4个千兆网口整个数据中心由一个vCenter Server的管理平台统一管理。所有服务器的都使用EMC NS-80作为共享存储存放虚拟机文件，磁盘阵列将以NFS协议与ESX主机通信。2.2.1. 服务器及整合建议：1. CPU为保证VMware虚拟化功能的最优运行，选择的所有服务器必须是同一品牌，同一Family的CPU，且支持CPU虚拟化技术，以保证虚拟机能运行64位操作系统，鉴于中国广播网现有的CPU数量我们推荐每个服务器用双路四核共32个核来保证现有业务的需求。2. 物理网卡配置ESX是多个虚拟机的宿主，它提供虚拟交换机与虚拟Port给虚拟机使用，并把ESX物理机上的所有物理网卡转换成共享的数据通道，提供透明故障恢复，NIC Teaming级别的负载均衡，换言之，ESX上所有的虚拟机都依赖此通道对外通信，并且vSphere中的HA功能也需要独立的网络链路，所以在此推荐每台服务器至少8个1000M网口，以便提供足够的带宽和透明故障恢复机制给虚拟机和ESX。保证业务的流量带宽和故障冗余。3. 虚拟机布署VMware ESX的虚拟页面共享机制，可以让ESX内多个虚拟机使用同一份内存副本，可大大提高内存的利用率，根据这个功能，故建议将Windows与Linux虚拟机尽量分别布署在相同ESX上。4. 网络建议ESX的HA功能也需要网络链路，为了保证这些功能的正常运行，建议将ESX管理网络与生产网络隔离，避免相互干扰。由于使用iSCSI存储， IP存储网络也应该与生产网络隔离，避免相互干扰。2.2.2. 虚拟架构主体部分0VMware ESX Server配置说明 0本方案的主体部分既是3台安装了VMware ESX Server软件的x86服务器。ESX Server 是VMware vSphere的基础组成部分，是动态、自我优化的 IT 基础结构的基础。VMware ESX Server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。2.2.3. 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 vCenter Server、VMware VMotion 技术、VMware DRS 和 VMware HA 提供的基于虚拟化的分布式基础结构服务0。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. 虚拟化云平台设计方案的详细说明虚拟化作为一个新型的技术，其对整体应用的体系架构设计改变是很大的，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。下面分别予以解释。2.3.1. 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：vCompute、vStorage和vNetwork。这部分的要点如下：n 对于vCompute，主要包括：u 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。u 计算资源的动态调度，包括DRS和DPM。DRS（Distributed Resource Scheduler）就是分布式资源调度，虚拟机能够在不同的物理服务器之间根据负载的均衡进行自动调度，这是资源（CPU和内存）动态调度的重要指标。DPM(Distributed Power Manager)是电源的动态管理模块，也是最近虚拟化领域的重要技术。DPM可以让服务器在负载较低的时候进行进一步的动态整合，从而大量节能。u 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。n 对于vStorage，主要包括：u 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。u 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。u Storage VMotion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。u vStorage精简配置（Thin Provisioning）的具体实现见下图，最大的好处是提高存储的利用率，降低存储的成本超过50。n 对于vNetwork，主要包括：u 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。u 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：l 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 l 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 l 流速限制，有助于增强对物理网络流量的控制u 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。2.3.2. 应用程序服务层应用程序服务器层是确保运行在虚拟化平台上的应用的可用性、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一环。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。n 应用程序的可用性主要包括：u 平台管理模块要能提供VMotion功能，可以方便的时间虚拟机不停机的从一台PC服务器迁移到另外一台，从而避免多个鸡蛋放到一个篮子的尴尬。下面的图示大概描述了VMotion功能实现；u 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；u 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；u 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。n 应用程序的安全性包括：u 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；u 提供Hypervisor级的病毒防范接口，允许第三方厂商进行开发接口，从底层直接进行病毒的防范和截杀。下图示例了VMsafe API的方式提供第三方安全接口的示例；u 提供动态安全防火墙，确保系统在虚拟化平台上迁移时，安全策略能够动态迁移，确保系统安全的灵活性。下图是动态防火墙vSheild Zone的实现机理示意。n 应用程序的可扩展性包括：CPU、内存的热添加和磁盘等设备的热添加和删除，从而确保整个虚拟化平台的足够的弹性。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。2.3.3. 虚拟应用程序层虚拟应用程序层主要是应用的打包模式的变革，传统的应用必须要进行安装才可以使用，通过虚拟化，用户应该可以更为便捷的使用使用，比如将任何的应用当作文件的方式进行访问。这实际上有两个趋势，一是应用本身的虚拟化，二是应用虚拟设备化。应用的虚拟化就是让任何应用都能通过单个文件来完成封装，便于应用的迁移和快速部署；应用的设备虚拟化就是将应用开发限制到某一特点环境，完成的应用通过虚拟机的方式提供给用户，方便了用户的使用，减少了用户安装过程出现的问题比例。当然，并不是要求应用都必须进行这两种改造才可以运行在虚拟化平台上，实际上应用可以和原来的应用方式完全一样运行在虚拟平台上，应用的用户甚至都不知道该应用是运行在实体服务器还是虚拟机里面。只所以要进行应用虚拟化，就是想进一步简化应用的运行维护。2.4. 业务虚拟化统一云平台体系虚拟化作为在PC服务器领域新兴技术，对整个数据中心的运维也产生了很多影响。当然，基本的运维架构仍然没有更变，建议用户还是遵循ITIL的运维模式，SOP等都可以采用ITIL的模式。当然，对于虚拟化的运维，当然首先是要集成第三方的管理软件，比如：HP openView、IBM Tivilo、CA UniCenter等。然后才是如何考虑虚拟化给ITIL的运维架构带来的一些变化，对这个运维流程稍做修改。本方案的主体因为还只走了虚拟化的第一步, 不会涉及整体的运维设计工作，但作为对未来虚拟化平台的有效的管理，这部分的工作希望从一开始就考虑进来。并以这种思路逐渐的指导江苏移动虚拟化进程的每一步。2.4.1. 体系概述虚拟化平台运维体系主要包括三个层次：基础架构管理层、虚拟资源管理层和自动化服务管理层。下面分别予以概述。n 基础架构管理层主要是实现基础架构的管理，创建出虚拟资源，主要包括：u 基本物理硬件的管理，包括CPU、内存、网络、存储等，包括硬件驱动、硬件虚拟化和硬件上具有的虚拟化功能调用；u 虚拟资源创建，包括生成虚拟网卡、虚拟交换机、虚拟内存等。n 虚拟资源管理层主要是进行虚拟资源的有效调度，实现虚拟化的功能，主要包括：u 对虚拟CPU/RAM/Disk/Network进行有效调度。u DRS、DPM、VMotion、FT等虚拟化必备的功能。n 自动化服务管理层主要是解决资源的自动调度和管理，包括：u 虚拟机生命周期管理u 计费管理u 容量规划管理u 配置管理u 性能管理实际上，虚拟环境和物理环境运维的差异主要集中在自动化服务管理层次的五个方面，而基础架构管理层和虚拟资源管理层的管理运维模式和物理环境没有太大差异，运维人员只需要参照物理环境的运维经验进行，采用ITIL的流程进行管理。为此，接下去就自动化管理服务层的五个方面进行介绍。2.4.2. 虚拟机生命周期管理虚拟机的生命周期管理就是要实施一套从部署到运行再到停用始终如一的自动化流程，对数据中心内虚拟机的生命周期进行管理，以提高效益和生产效率，并确保严格遵守公司的策略。使用标准化流程和最佳做法跟踪和控制虚拟机，并自动完成费时的手动任务以降低成本和优化资源。虚拟机生命周期管理就是要实现如下目标：n 使用自动化降低管理虚拟环境的成本要提供自动的易用管理界面，如Web 界面，用于对贯穿整个虚拟机生命周期（从建立虚拟机策略，到请求和审批，再到跟踪和停用）的交互活动进行管理。可以通过自动化以前的手动和重复性管理任务来降低成本。n 标准化IT 服务标准化并使用最佳做法跟踪和管理虚拟机的部署和使用情况，以抑制数量剧增及实现可靠和可持续的 IT 法规遵从性。在安装期间，可以创建一个虚拟机模板目录，帮助用户确定可用虚拟机的特征（虚拟机大小、内存、存储器、备份服务等）。使用这些模板可定义在部署虚拟机之前所需的审批。并可将收费衡量标准关联到特定虚拟机部署和资源池，并将这些衡量标准分配给特定的业务小组或财务系统。n 确保虚拟机请求和部署的精确度跟踪虚拟环境中的虚拟机为谁所有，或者保留虚拟机创建、部署或停用时间的记录，这两项任务可能会比较困难。虚拟化生命周期管理模块应该可以借助请求日志跟踪虚拟机的部署情况，从而能够准确地记录提出、审批或拒绝请求的时间，部署虚拟机的时间，以及虚拟机运行的时间长度。每个对新虚拟机的请求随后会在组织内传呈，以进行审批。一旦批准请求，将自动部署虚拟机 虚拟化生命周期管理应该拥有该虚拟机所需资源的全部相关信息。通过智能水平消除了潜在的人为错误，因为虚拟机将部署到预定义和经过批准的位置。最后，会根据虚拟机需要运行的时间长度停用虚拟机。并且将在停用虚拟机之前对其映像进行归档，以实现低成本存储。2.4.3. 虚拟架构的计费管理虚拟架构计费管理主要是分析成本架构、衡量和计费，帮助系统管理员分析成本。基于基本的成本模型、固定成本和其他的因素，帮助咱们清晰了解架构的成本构成。为此，虚拟架构的计费管理主要实现如下目标：n 虚拟化成本的精确报告虚拟化计费要考虑多个因素，包括硬件成本（CPU、内存、存储等）和其他成本，包括供电和冷却。通过模型分析，计费模块可以帮助IT人员精确了解整个虚拟化环境的成本构成，从而可以实现对独立业务部门或者整个公司进行收费。要素如下：u 了解每台虚拟机的成本；u 在不同部门间恰当的分配成本；u 完善的费用报告。n 可以定制的计费模型和度量计费模块要可以定制模型和度量，方便IT人员根据自己的需求进行合理的调张。u 支持分配计费、基于利用率计费和两者混合计费； u 允许输入计算结构、基本成本模型、固定成本和多个费率设置，来满足不同需求。当然也应该提供模板简化这些操作； u 可以和第三方集成来进行数据结构的输入、输出。n 简化计费计费模块要能自动生成详细计费报表，可以发送给组织中的不同业务单位，让每个付费的业务单位清晰了解他们使用的资源和相关费用。通过计费模块，系统管理员可以将IT环境从费用中心转变为效益或价值中心。2.4.4. 虚拟环境的容量规划管理虚拟化引入了一个动态、共享的环境来更为有效的利用服务器的计算容量和存储容量。通过资源池和应用服务池来满足业务动态成长的需求，为咱们的业务运维系统带来了更大的灵活性，当然在容量规划方面也需要更为细致和全面。为此，虚拟环境下的容量规划应运而生。虚拟环境下的容量规划管理应该覆盖如下要点：n 从老的模式转变成有效容量规划模式虚拟环境可以方便模拟实际需求，从而快速满足现实世界的业务需求。无论将来增加人员、增加新业务等，虚拟化下的容量规划管理都可以智能地进行容量规划和预测，及时准确地决定是否需求购买新的计算资源。n 及时准确发现没有使用或者使用效率低下的容量，回收并可以配置给其他业务需求应用的容量规划往往相当困难，系统管理员分配给虚拟机的资源要么不够，要么太多。因此，物理构建的数据中心十之八九都不是最优化的。通过虚拟化，可以方便进行容量调整，及时发现分配过多的容量，予以收回并分配给其他应用；对于容量配置不足的业务，可以快速动态增加需要的资源。通过动态调整数据中心，可以最优化资源的使用，大量降低总体成本。n 预测容量短缺和瓶颈在合适的时间分配合适容量可以有效降低资源浪费，避免资源短缺现象意外发生。虚拟化下的容量规划可以在不同地级别提供持续地监控、分析你所需地容量，包括：虚拟机、服务器、集群和数据中心级别的监控分析。基于历史容量消耗的比对，容量规划分析可以分析容量使用趋势，预测当前和将来的容量需求，确保适时购买适当容量，确保了业务的SLA。 2.4.5. 虚拟环境的配置管理虚拟化创建了一个动态环境，让IT人员更容易建立的自动化管理的数据中心，如何维持可见性和控制力，同时确保系统的弹性成为虚拟化管理的关键。虚拟化引入了许多新的元素、关系和动作去管理，但也需要更为自动化的配置变更。n 配置更为清晰，用户更有信心虚拟化配置管理应该能够为整个虚拟化环境进行配置、相关性和法规遵从的自动探查，可以监控所有的虚拟配置元素。该智能可以将历史数据和当前数据都放在一起，方便进行搜索、建模和虚拟化关联。n 降低因未遵从法规遵从导致的风险和停机虚拟化后，法规遵从和架构弹性获得极大提升，通过配置管理模块，更为便利地控制配置变更，在潜在配置问题导致停机之前发现问题，包括计划配置变更分析、自动配置监控、虚拟机/存储/网络/服务器地最佳实践检查。 n 通过自动化加速配置变更复杂配置的监控、管理和法规遵从都可以自动化实现，IT管理员从而可以更为快速的响应业务需求，同时又确保了变更的控制力。虚拟化配置管理应该提供足够的智能和自动化能力来优化和管理整个虚拟化架构，从而确保快速适应业务需求的同时，不增加架构的风险。2.4.6. 虚拟环境的性能管理虚拟环境的性能管理要主动进行性能管理，为运行在虚拟机中的应用提供服务等级报表，让IT管理员能清晰监控到运行在虚拟和物理架构上的多层应用(包括性能、使用率和相关性)。虚拟环境性能监控要能实现： n 提高应用性能和在线时间；n 显著提高整合比，充分进行资源的复用，同时满足SLA的要求；n 大幅度服务器资源管理的时间和花费在性能调优方面的时间；n 更快速的虚拟更多的应用和服务。为了达到上述目标，性能监控要提供如下能力：n 自动发现端到端的逻辑到物理结构并建立对照表可以自动发现虚拟和物理的架构元素，将他们链接成从虚拟机一直到数据库的逻辑应用流程表。n 监控性能和服务等级是否满足对于所有的交易请求，监控实时的用户体验，把性能细分到每个层次，提供实时的指标和目标SLA相对照，看是否满足SLA的要求(参考基准可以通过应用行为自动建立)。n 确认性能的问题的根源可以让用户快速找出性能问题的组件，并提供建议的解决方案，由于每个架构组件都可能影响用户体验或应用性能，虚拟环境性能监控模块要能监控进出虚拟机的数据流，找出应用的行为特征，基于该特征进行追根求源。 n 修正性能问题，实现通用问题的自动修正虚拟环境的性能监控要能进行性能问题的自我修复（比如：应用变慢、数据库出错或者超常的服务请求等）。3. 虚拟化实施服务内容3.1. 项目计划和设计3.1.1. 实施系统环境研讨 l 项目开始并确定项目参与人员及各自职责 l 确认当前客户网络环境 l 确认当前客户