Nutanix虚拟化建议方案

虚拟化建议书目 录1.项目背景32.需求分析32.1.IT现状32.2.建设目标43.系统建议方案63.1.技术选型63.2.系统拓扑图73.3.具体方案描述83.3.1.融合的计算资源83.3.2.融合的存储资源93.4.设备配置清单103.5.方案优点103.6.传统架构对比114.Nutanix简介134.1.Nutanix的发展历程134.2.Nutanix区块和Nutanix节点144.3.Nutanix的可扩展性154.4.Nutanix的性能174.5.Nutanix的可用性174.6.Nutanix的支持18Nutanix建议书 | 10 | 10Hadoop on Nutanix | 101. 项目背景信息化数据不断增长且集中的业务对 IT 部门的要求越来越高，所以数据中心需要更为快速的提供所需能力。但如果购买新的服务器，又会增加采购成本和运作成本，还会带来更多供电和冷却的开支，而且，服务器还没有得到充分的利用。通常，企业的服务器工作负载只利用了15%，这导致了大量的硬件、空间以及电力的浪费。同时由于应用程序兼容性的问题，IT 人员只能通过在不同场所的不同服务器中分别运行的方式，将应用程序隔离起来。这又会导致服务器数量的增长。购置新的服务器是一项漫长的过程，并且对耗费大量人力，往往需要数日甚至数月的考虑以及操作，这使得 IT 部门更加难以应对业务快速成长和不断变动的需求。例如，对于新业务系统平台的供应和拆除需求，往往就需要消耗大量宝贵的资源和时间。从 IT 管理员的角度来看，推动虚拟化技术发展的主要动力是基础架构设施的迅猛增长，而硬件部署模式又进一步加剧了基础架构的复杂程度。应用越来越多，也越来越复杂，因此就变得更加难以管理、更新和维护。用户希望能采用各种桌面设备、笔记本电脑、家用 PC 和移动设备来进行工作。服务器价格急剧下降，服务器散乱现象仍然存在。随着图形和多媒体的发展，数据也变得越来越丰富，文件的平均大小也在不断上升，要求不间断的在线存储。纵观整个数据中心，技术不断增多，分布也越来越广，另外，业界和法律法规也在不断要求企业加强 IT 管理控制。2. 需求分析2.1. IT现状根据以往经验总结，可以看到企业当前IT建设亦面临着诸多问题。1、存在资源部署浪费及信息安全风险机房设备目前多采用X86架构的服务器，随着业务的增长，服务器数量逐年增长，而有些单个业务系统要求远远小于一台物理服务器资源，多种操作系统、数据库、中间件共用服务器又存在兼容性问题及互相影响的风险，因此目前的布署模式存在一定程度的服务器资源的浪费。每个业务系统都需要至少一台服务器，虽然每次投资不多，但是这个投资是随着业务系统的增加不断均衡的投入。在不对当前资源分配、使用模式进行变动的情况下，无法同时保障信息系统安全，亦无法实现资源高效利用和成本投入控制。2、设备稳定性影响业务系统正常运作的风险绝大部分的业务系统，都是单机部署。系统维护、升级或者扩容时候需要停机进行，造成应用中断，大大的降低了可用性低。同时，某些老的业务系统迁移到新的硬件平台时，可能存在一些兼容性的问题，从而在一定程度上限制了业务的发展。现有的业务服务器既承担业务处理的任务，又承担数据存储的任务，会使性能及处理能力降级，直接影响到关键业务系统的响应时间。另外，部分生产数据大部分都仅存储于服务器本地磁盘空间之中，数据无冗余、备份。大量数据没有容灾，一旦出现服务器硬件故障（例如硬盘故障、Raid卡损坏等），将导致数据无法挽回，业务中断，公司的正常工作无法进行，甚至会出现所有的历史数据一次性丢失。3、生产设备运作存在忙闲时段，资源充分利用率不高生产业务用服务器普遍存在工作时间繁忙，非工作时间空闲的情况，而管理用服务器如一些数据中心、报表服务器、业务分析服务器等则在非工作时间进行大量的业务数据分析运算。所以直接生产用设备和管理用设备在当前分别部署应用的情况下无法共享硬件资源，在发生相关资源不足的情况下无法实现互相补充，导致整体资源利用率不高。4、环境升级，投入巨大机房里大量的服务器也会给管理人员带来大量的管理上的麻烦，管理员每天得花大把时间去处理服务器出现的各种故障，故障的排除及预防，即使是管理员这么努力做了也无法阻挡故障的发生带来的损失，而且每天还得花大量的精力去做每台服务器的数据管理。5、机房环境要求较高，运维成本将逐年增加机房UPS设备目前的负载较高，如果继续增加用电设备，则无法保障在单台UPS设备故障时的供电安全。此外，设备的正常老化亦将在一定程度上增加能耗，致使UPS负载过重。另外还涉及数据中心空间、机柜、网线，冷气空调等，这些都将大大的增加运营和维护成本高。2.2. 建设目标通过构建基于虚拟化技术的融合的IT服务平台，提高资源利用率，降低成本，打造绿色和低碳经济。通过建设虚拟化管理平台，加快IT服务的部署，提高对基础资源的利用，从而促进未来云计算的落地和规模化，进而为国内云计算产业的发展提供良好的基础和经验。整体虚拟化基础设施建设目标对企业IT基础设施进行虚拟化，提升IT服务基础能力，为IT服务平台提供计算资源的支撑，从而形成： 高效的资源整合，提高IT设备利用率。 高效的集中化管理。 高可靠性和高可扩展性。 绿色节能，按需服务。3. 系统建议方案3.1. 技术选型在机房空间、辅助设施等进行扩容相对成本较高且施工困难的情况下，要解决有限资源与日益增长的业务需求的矛盾，就需要通过提高现有资源的利用率，降低单系统资源投入，提高单设备的负载能力实现。通过对业界相关技术的了解与比较，针对该类情况的技术解决方案为采用服务器虚拟化技术。虚拟化技术改变在以往的单服务器上直接安装操作系统并进行应用系统等安装，直接提供单一操作系统平台、业务平台使用的模式，而是利用支持硬件虚拟化的服务器硬件安装底层虚拟机系统，在虚拟机系统之上安装多个操作系统，将服务器物理资源抽象成逻辑资源，让一台服务器变成几台甚至上百台相互隔离的虚拟服务器，不再受限于物理上的界限，而是让CPU、内存、磁盘、I/O等硬件变成可以动态管理的“资源池”。使用该技术避免了单一操作系统环境下布署不同应用系统可能造成的互相影响，也避免了单物理服务器仅用于单个应用系统形成的资源浪费，能够更合理的统筹分配物理设备的资源，提高资源的利用率，简化系统管理，实现服务器整合，让IT对业务的变化更具适应力。为了更好的满足上述要求，全球虚拟化产品领先厂商VMware公司与融合基础架构厂商Nutanix公司通力合作，共同为用户推荐了如下的采用VMware虚拟架构软件的服务器虚拟架构解决方案，该方案将极大的提供服务器整合的效率，大幅度简化了服务器群管理的复杂性，提高了整体系统的可用性，同时还明显的减少了投资成本，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服务器应用程序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，针对应用和访问量灵活部署，降低系统总成本,非常适用于业务系统快速发展的应用领域。3.2. 系统拓扑图在系统建设中，对于基础硬件设施选择的主要考虑是可靠性、可用性，以及高性能、安全性和可管理性，还要考虑可扩展性和开放性。因此，我们强烈建议客户方融合计算资源、存储资源以及虚拟化平台于一体Nutanix系列产品，完美的实现正真意义上的整合的虚拟化架构。拓扑图如下：内部逻辑架构如下：3.3. 具体方案描述3.3.1. 融合的计算资源基于Nutanix架构的模块化数据中心由Nutanix区块和Nutanix节点组成。Nutanix 一个区块设备，仅占用2个机架单元，却能够提供2/4台服务器和高达8/16TB存储容量。每台Nutanix区块设备均含有二四个独立的Nutanix节点。每个节点都是一台独立的服务器，在vCenter中被视为一台独立的ESXi主机。即每个Nutanix节点都是一台标配有2路68/10核CPU、64GB以上内存的PC服务器，同时每个Nutanix节点都预先安装配置了VMware 虚拟架构套件Vsphere企业版软件，用于在单个Nutanix节点上，利用单节点强大的处理能力，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。通过跨大量虚拟机共享硬件资源提高了硬件利用率从而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。通过以上虚拟化的实施，不仅增强了系统和应用的可用性，同时还提高了系统的灵活性和快速响应。3.3.2. 融合的存储资源传统的虚拟化架构，为实现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）等功能，后端必将增加一台专业的SAN存储设备。而这种架构无疑将增加系统架构的复杂度，以及运维管理的繁琐度。Nutanix是则一个由高性能的节点组成的横向扩展型集群。集群每个节点除含有处理器、内存外，还带有本地存储器，包括SSD和机械硬盘。所有节点的本地存储器均通过Nutanix横向扩展型融合存储（SOCS）架构进行虚拟化，成为一个统一的存储库。SOCS的作用就像一个先进的SAN，利用所有节点的本地SSD和机械硬盘存储虚拟机数据。集群中运行的虚拟机将数据写入SOCS，就像写入SAN一样。同时，SOCS提供虚拟机感知功能，可提供先进的数据管理功能。它优先将数据存储于本地系统上，让数据更接近虚拟机，从而大幅提高了存储性能。Nutanix每个节点上运行一个软件定义存储控制器。通过这些存储控制器，集群中的所有可用存储资源被整合为单一的文件系统提供给虚拟化层，该文件系统称为Nutanix分布式文件系统（NDFS）。Nutanix存储（SOCS）架构摈弃了传统的RAID组和LUN概念，但却保留着企业级SAN或NAS常见的许多存储效率技术。例如： 异步多向远程复制 VMWare综合快照和克隆 精简配置（Thin Provisioning） 自动存储分级（闪存和硬盘之间） 带内以及后处理压缩尽管没有专门的SAN或NAS，Nutanix的分布式文件系统却能够提供比SAN更高性能、更高安全的存储资源，并能够无缝对接高可用性、DRS和容错等企业虚拟化功能。3.4. 设备配置清单设备名称台数配置Nutanix34601共四个节点，每个节点：2路E5-2680v2 20core 2.8GHz主频 CPU；当前配置128GB内存；2*480G SSD硬盘，4 X 2T SATA磁盘2个万兆以太网口/2个千兆以太网口3.5. 方案优点l 简便的虚拟化：一次性配置存储器，便可自动支持群集中的所有VM，因此无须花费时间管理后端存储系统。l 轻松的管理：所有计算和存储资源一目了然，因此简化了日常管理。l 缩小数据中心规模：通过2U设备提供的本地融合架构极大地减少了数据中心的空间、能源和冷却需求。l 容量优化：零开销克隆、自动精简配置以及在线和离线压缩等功能，以优化存储空间。l 业务弹性：高度容错的架构，在出现本地故障或站点范围灾难时，可保证VM的高可用性。l 超强性能：可将数据分层保存的本地固态硬盘（SSD），以传统硬盘的价格提供SSD的性能。l 可扩展性：横向扩展架构降低了重新架构未来部署的复杂性，实现了随需增长的虚拟化，可提供长期投资保护。3.6. 传统架构对比软件定义架构虚拟计算平台传统SAN架构备注主机架构Nutanix NX-3460 4节点主 机：2台 X3850 交换机：2台 220B 存 储：1台 DS3500传统架构比Nutanix架构增加实施的难度及后期需要专门san存储的维护人员设备高度2U 10UNutanix设备比传统架构设备更加节省机柜空间，提高用户数据中心的资源利用率存储架构分布式文件系统标准SAN存储传统的SAN架构将很大程度的限制后期虚拟化系统的扩展控制器数4个(最大可至100个)2个（标配1个，最大支持2个） 传统存储标配置2个控制器，当一个控器故障，会导致剩余的一个控制器压力剧增，风险成倍增加。为了避免这种情况，通常会使用两台存储做冗余，但不可避免的增加了硬件成本及部署时技术难度。 Nutanix标准配置4个控制器，（最大支持100个），可提供更高级别的硬件容错，并可确保当某一控制器故障后，保持应用系统不停顿,并提供稳定的性能。甚至多个控制器同时故障时，也能保证业务系统不间断运行。数据存储介质标准配置2*400G SSD+ 4*1T HDD硬盘每节点标准配置/无(选配SSD，选配HDD) 传统存储标配无SSD硬盘，如果选配SSD硬盘，价格非常昂贵.如果要充分利用SSD硬盘的性能及效果，则对系统维护人员的技术有一定的要求。 Nutanix设备标准配置包含SSD硬盘，并内置数据自动分层功能，可在无需人工干预的情况下，将SSD硬盘的性能发挥至最佳。数据分层自动将热数据迁移至SSD，冷数据迁移至HDD，以优化数据存储性能需而外配置SSD模块及License，且数据搬迁延时较长 传统存储数据分层是收费功能，需手工配置功能优化参数，增加维护人员精确配置的操作难度。 Nutanix分布式文件系统，全自动，智能化对冷，热数据分层，可实时监测数据热度，并及时迁移数据,保证用户数据最佳读写性能及体验。数据重删提供基于内存、SSD、HDD的数据重删功能无 Nutanix 数据重删功能可确保更多的IO操作能在内存、SSD中完成，增加有效数据存储空间，从而进一步提升系统性能,减少空间浪费,同时也延长存储扩容及更新的周期。 IOPS60000 （8块400G SSD+16块1TB HDD）2000 （10块300G SAS磁盘）Nutanix全新架构提供高IO支撑，在应对未来更大的工作压力下(在一定范围内)也不会性能明显下降。数据保护提供比Raid 10更高级别的容错仅支持传统Raid 传统存储RAID5情况下，损坏两块硬盘，将导致用户桌面崩溃，或数据丢失，无法正常工作。只有当修复原故障硬件的情况下，维护人员才能手工恢复其容错状态，并恢复因故障而丢失的用户桌面，但不能保证应用数据完整性。 Nutanix的用户数据均有双份副本, Nutanix分布式文件系统, 多节点并行，即使发生在整个节点故障的情况下（1块400G/SSD+4块1T/HDD），分布式文件系统仅需15-20分钟在并行的其它节点上自动完成数据重建，并恢复到容错状态（此时可以允许另一节点发生故障）。扩展性横向、线性扩展（模块化、可预测性能的扩展）纵向扩展（各部分分别扩展，且无法保证性能） 传统架构：当管理员需要更多存储器时，便购买存储器；当需要更多计算能力时，便购买服务器；增加的设备只能满足一定数量级的数据需求，并不能提高系统性能，当维护人员配置不当时，会造成系统性能明显下降。新增设备安装部署工作量大，操作繁琐，为减少数据风险，一般需要把整个系统全部停机后操作,在某此情况下会影响用户工作的连续性及工作效率。 Nutanix无须停机便可无缝地添加其它Nutanix节点，从而线性地提高系统性能和数据存储, 动态群集的方法使得计算和存储能够每次扩展一个节点, 因此无须过度部署基础设施,使系统扩展不存在任何不确定性.可用性69s/year6 min/year（99.999%) 传统存储仅能达到99.999%的可用性。 Nutanix提供大于99.999%的可用性.电源功耗1900W 3000WIT设备的能耗高低将决定后期运维及支出的重要成本设备管理单一管理界面PC管理+SAN管理+Storage管理VMware推荐2011、2012、2013 Vmware最佳虚拟化平台奖各硬件厂商仅作Vmware兼容性测试Nutanix建议书 | 12 | 12Hadoop on Nutanix | 124. Nutanix简介4.1. Nutanix的发展历程Nutanix的创始人正是创建谷歌分布式系统的那些人，该公司为企业数据中心提供云环境中常见的可扩展性、可用性、简单性和高性能。下图显示了传统数据中心与谷歌数据中心的外观差异。大多数云提供商实施的是所谓的软件定义数据中心。在传统的数据中心，当管理员需要更多存储器时，便购买存储器；当需要更多计算能力时，便购买服务器；当需要安全性时，便购买防火墙；诸如此类。而在软件定义数据中心，你只有服务器：当你需要更多存储容量时，便调用存储服务；当你需要更多计算能力时，同样的服务器便为你调出各种应用程序；当你需要其它基础设施服务时，便可按照自己的需要调用和停用各种服务。因此，在软件定义数据中心，硬件不再是至关重要的组件，数据中心的所有事项均在软件层进行控制和界定，因此能够实现前所未有的简便性、可扩展性和自动化。图1：传统数据中心对比谷歌数据中心Nutanix架构和软件定义存储Nutanix将融合基础设施、横向扩展架构和软件定义存储的各种优势结合在一起，可提供极佳的VDI体验，而其成本仅为传统服务器和存储器的一小部分。每一台Nutanix服务器均包含CPU、内存、网络、SSD或闪存、以及HDD存储功能。Nutanix存储控制器是一种虚拟机，运行于每台服务器上，可将本地存储转换成为共享存储。Nutanix完整集群中的所有可用存储均作为单一的文件系统提供，称为Nutanix分布式文件系统。图2：Nutanix计算存储完整架构尽管没有专门的SAN或NAS，Nutanix仍然能够无缝提供高可用性、DRS和容错等企业虚拟化功能。为了将性能最大化，Nutanix存储控制器将特定虚拟机的所有数据保存在同一服务器上，从而将时延最小化，而将SSD闪存的优势最大化。图3：Nutanix软件定义型存储控制器4.2. Nutanix区块和Nutanix节点基于Nutanix架构的模块化数据中心由Nutanix区块和Nutanix节点组成。下图为Nutanix 3000系列区块设备，仅占用2个机架单元，却能够提供4台服务器和20TB存储容量。可扩展的、模块化的数据中心图4：Nutanix区块而每台Nutanix区块设备均含有四个独立的Nutanix节点。每个节点都是一台独立的服务器，在vCenter中可以视为一台独立的ESXi主机。每一台ESXi主机就是一台Nutanix控制器虚拟机。型号不同，则Nutanix硬件的技术规格也有所差别。下面是Nutanix 3450入门区块的技术规格和实物图。4.3. Nutanix的可扩展性Nutanix完整集群可以从（一个区块）4个节点起步，并最终扩展至100多个节点/集群。4个节点的入门包就位之后，集群能够以一次添加一个节点的方式逐步进行扩展。给集群添加节点是一个完全动态的过程，无须停机，并可在2次点击之后完成。一旦确定了一个节点上容纳多少台虚拟桌面，就能够非常轻松地预测VDI解决方案从试用到投产的成本和性能。最为重要的是，在整个过程中，按每台桌面计算的成本始终保持不变。图5：线性横向扩展Nutanix给VDI环境带来的重要差异化因素之一就是，基础设施在进行扩展时其性能仍然保持不变。为了展示这种能力，Nutanix曾实施过一个巨型项目，模拟启动风暴，并且当基础设施从300台桌面扩展到3000台时，其性能从最终用户体验的角度来看保持了一致。在大多数传统的存储环境中，最佳性能仅出现在第一天，因为应用程序或工作负载越来越多，导致性能随着时间的推移不断下降，直至需要进行叉车式升级，采用全新的存储阵列。下图说明了Nutanix的性能优势。相对应用性能虚拟桌面数量4.4. Nutanix的性能Nutanix解决方案在VDI环境中的主要优势之一就是性能，而性能优势是通过传统的服务器和存储架构实现的。在传统的架构中，时延是因为每次访问存储都需要通过网络而造成的。通过NFS和iSCSI等协议提供存储本身没有问题，但网络会增加时延。Nutanix可提供NFS协议的优势及其易用性，而通过所谓的“无网络NFS”消除了网络时延。Nutanix分布式文件系统直接对虚拟机进行检测，然后将特定桌面的所有数据存放到本地服务器上。因此，桌面不是通过网络、而是通过高速内部总线访问其数据。新西兰塔拉那基（Taranaki District Council of New Zealand）利用这种技术对传统的服务器和存储基础设施进行改造，创建起了自己的VDI环境，极大地提高了性能。下图说明了性能提升的具体情况，点击图下的链接可观看客户的完整视频展示。改善（时延）图6：塔拉那基/videos/customer-webinar-south-taranaki4.5. Nutanix的可用性软件定义数据中心的优势之一在于架构的高可用性和灵活性。举例来说，最常见的虚拟化形式是服务器虚拟化，也称为软件定义服务器。