Vmware虚拟化解决方案

一、项目背景
 

　　客户应用需求众多，单台服务器搭载单个应用。资源利用率低，存在如下问题：

　　1) 为保证系统安全性和可靠性，数据库服务器一般采用双机热备的方式，应用服务器一般采用负载均衡或冷备方式，导致服务器数量众多。安全性和可靠性虽然得到提高，但备机系统资源平时并没有利用到，浪费了备机系统资源，资源利用率低，同时也增加了维护成本以及维护工作量。部份生产服务器系统压力低，系统资源没有得到充分利用。

　　2) 开发机资源利用率低，由于每套系统均需建立一套开发环境、测试环境及生产环境，所需开发、测试服务器数量多，同时由于开发、测试跟业务需求有关，没有业务应用系统需求时，开发、测试服务器资源利用率不高。

　　3) 硬件故障维护、升级或者扩容时候需要停机进行操作，造成应用系统中断，影响了正常业务应用系统使用及开展。

　　4) 生产和开发服务器数量多，成本高，耗电量大，不符合绿色IT概念。

　　5) 新应用服务器的上线部署时间久、周期长。

　　为解决服务器数量增加所带来的问题，提高服务器资源的使用率，降低设备采购成本，提高业务的连续性以及为将来新应用系统建设提供一个灵活的资源使用平台，需对现有服务器进行虚拟化整合。

　　二、项目现状及建设目标
 

　　2.1 项目现状

　　现有需求6种类型的场景服务器，各种应用和业务系统分布在各服务器上面。为了利用VMware对服务器进行整合，并最大限度的利用现有的服务器资源，进行了VMware Capacity Planner的评估，根据评估报告，现有的各个服务器资源利用率很低，造成大量服务器资源、电力、维护人力的浪费。现有部分服务器不适合用于构建VMware虚拟化平台。

　　2.2 建设目标

　　根据的VMware Capacity Planner的评估，需要采购三台IBM x3850 X6服务器，作为ESX Server的主机。

　　实现VMware的各种功能需要共享存储的支持，需要采购一台V3700v2，一台光纤交换机，以及一台以太交换机组成虚拟集群业务网。

　　利用VMware的虚拟化架构，客户的服务器数量从单个应用单台服务器的6台减少为现在的3台服务器，大大降低了服务器数量，减小了服务器的电力、维护等各种开销。同时利用VMware虚拟化架构的一系列对业务连续性、灵活性的保证，双光纤通道和共享存储，提高业务的运行质量，保障业务的连续性。

　　方案设备清单：

　　三、需求分析
 

　　3.1系统分析
 

　　正在计划实施服务器整合项目，整合后的应用会有多个Windows/Linux应用系统。如果按照传统的应用部署方式，一个应用一台服务器的话，需要部署多台服务器，以后每增加一台应用系统就需要增加一台物理服务器，如此数量的服务器，将会造成如下的众多问题：

　　图：系统设计拓扑图
 

　　根据具体需要，建议配置系统如下：

　　4.2 系统设计描述

　　在整个架构中，我们搭建了两个网络：一个是作为生产网络，另外一个作为虚拟中心管理网络和虚拟机动态迁移VMotion网络。

　　使用新购的三台服务器作为ESX虚拟服务器，其中创建的虚拟机中，一台作为VMware Virtual Center管理中心。将数据库服务器和应用服务器部署在虚拟机上，利用VMWare VMotion功能，使得应用和数据库服务器在ESX服务器硬件环境出现问题的情况下，能够自动的迁移到另一台ESX服务器上运行，不会因为硬件环境出现的问题而导致应用服务停止运作，保证了业务连续性。

　　使用VMware High Availability功能在整个虚拟化 IT 环境中提供高可用性，而没有传统群集解决方案的成本或复杂性。VMware HA 可为在虚拟机中运行的任何应用程序提供经济高效的高可用性解决方案，而不需要考虑其应用操作系统设置或应用系统基础硬件配置。VMware HA 不需要专门的备用硬件和附加软件支持。

　　同时，VMWare系统提供VMWare HA、VMWare VMotion、VMWare DRS的系统资源高可用与自动资源调节能力，可自动平衡应用间对CPU、内存的资源分配，保证应用系统维持在最佳运行状态。VMWare高可用特性，可彻底保证用户关键性应用系统不间断运行。若实施VMWare高可用架构，要求虚拟化应用系统必须接入SAN存储区域以作数据存储共享设置。

　　在存储方面，采用8GB光纤存贮真正的端到端8GB 架构，具有保障企业级业务持续性的多种特性，包括热插拔冗余硬件、热备份硬盘、多路经故障切换、快照、克隆、本地/远程镜像和非破坏性固件升级等。
 

　　五、技术实现

　　5.1 vSphere 6虚拟化架构

　　VMware vSphere 6是业界第一款云操作系统，它将数据中心转变成极为简化的云计算基础架构。通过这一转变，使我们既可以通过内部云，也可以通过外部云来提供灵活、可靠的下一代IT服务。融合VMware业界领先的虚拟化技术和经验，VMware vSphere 6为客户提供了超强的控制力、更好的成本效益以及宽泛的选择性。

　　以 130,000 多家客户使用的经过验证的 VMware vSphere 6 平台功能为基础，VMware vSphere 6 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 VMware vSphere 6，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。
 

　　(1) vSphere关键组件

　　VMware vSphere 6 是业界首款云计算操作系统，包含下列组件组：

　　● 基础架构服务 - 一组组件，它们全面虚拟化服务器、存储设备和网络资源，聚合这些资源，并基于业务优先级将它们准确地按需分配给应用程序。

　　● 应用程序服务 - 一组组件，无论应用程序类型或操作系统是什么，都将为运行于 VMware vSphere 6 上的所有应用程序提供内置的服务级别控制。

　　VMware vCenter Server 提供基础架构和应用程序服务管理，实现日常操作任务自动化，并且可以深度监测大型和小型 VMware vSphere 6 环境的每个方面。
 

　　(2) 基础架构服务：虚拟化和聚合硬件资源

　　VMware vSphere 6 基础架构服务将离散的硬件资源转换为大型机式的共享计算平台，该平台具有难以置信的恢复能力，并且能够以接近本机的性能运行要求最为苛刻的应用程序。VMware vSphere 6 提供下列类型的基础架构服务:

　　● VMware vCompute : 基础架构服务，可高效地虚拟化服务器资源并将其聚合到逻辑池中，这些逻辑池可准确地分配给应用程序。

　　● VMware ESX and VMware ESXi 提供经过生产验证的强健高性能虚拟化层，该虚拟化层抽象硬件资源，并能够让多个虚拟机共享这些资源。VMware ESX 和 ESXi 独特的内存管理和高级调度功能可以实现最高的整合率和最佳的应用程序性能，在许多情况下甚至优于物理服务器。

　　● VMware Distributed Resource Scheduler (DRS) 跨多个群集聚合计算资源，并基于业务优先级将资源动态分配给虚拟机，从而通过自动化降低管理复杂性。VMware DRS 附带的 VMware Distributed Power Management (DPM) 持续地优化每个群集中的服务器电源消耗，从而自动管理 VMware DRS 群集中的能效。

　　● VMware vStorage: 基础架构服务，它们对存储资源隐藏了底层硬件系统的复杂性，以支持在虚拟化环境中最高效地利用存储容量。

　　● VMware vStorage Virtual Machine File System (VMFS) 是一种高性能的群集文件系统，支持高效共享，并控制虚拟化服务器对存储的并发访问。

　　● VMware vStorage Thin Provisioning 精简部署提供动态存储容量分配，允许将购买存储产品的时间推迟到真正需要更多存储的时候，从而最多可以将存储开支削减近达 50%。

　　● VMware vNetwork 分布式交换机可以简化并增强 VMware vSphere 6 环境中虚拟机网络的调配、管理和控制。它还支持在 VMware vSphere 6 环境中使用诸如 Cisco Nexus 1000v 等第三方分布式虚拟交换机，从而为网络管理员提供熟悉的界面，在虚拟机级别控制服务质量。
 

　　(3) 应用程序服务：内置的应用程序服务级别控制

　　VMware vSphere 6 应用程序服务提供对应用程序服务级别的内置控制，例如可用性、安全性和可扩展性，并且可以统一地针对运行于 VMware 虚拟环境中的任何应用程序轻松启用。

　　可用性: 可用性服务让 IT 可以根据优先级和需要为应用程序提供不同级别的高可用性，而无需复杂的冗余硬件或群集软件。

　　● VMware VMotion 支持在不中断用户使用和不丢失服务的情况下在服务器间实时迁移虚拟机，从而无需为计划内的服务器维护安排应用程序停机。

　　● VMware Storage VMotion 则支持在不中断用户使用和不丢失服务的情况下实时迁移虚拟机磁盘，从而无需为计划内的存储设备维护或迁移安排应用程序停机。

　　● VMware High Availability (HA) 在硬件或操作系统发生故障的情况下，VMware High Availability (HA) 可以在几分钟内经济高效地自动重新启动所有应用程序。

　　● VMware vShield Zones 在共享环境中的应用程序级别执行企业安全策略，同时仍然维持用户及敏感数据的信任和网络分段，从而简化应用程序安全性管理。

　　可扩展性: 可扩展性服务让 IT 可以根据需要无中断地为每个应用程序提供适量的资源。

　　● VMware 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。

　　● 在无中断或不停机的情况下，热添加功能可以视需要向虚拟机添加 CPU 和内存。

　　● 热插拔功能支持在无中断或不停机的情况下，添加或拆除虚拟机的虚拟资源、虚拟存储和网络设备。

　　● 虚拟磁盘热扩展支持在无中断或不停机的情况下向正在运行的虚拟机添加虚拟存储、增加虚拟磁盘空间。
 

　　5.2 服务器整合

　　VMware vSphere 6在更少的服务器上的虚拟机中运行应用程序，更高效地利用存储设备和网络资源，从而消除了服务器数量剧增现象。凭借独特的动态优化和内存管理功能，使用 VMware vSphere 6的组织可以实现最高的每服务器整合率。VMware vSphere 6实现服务器、存储设备和网络硬件的全面虚拟化，从而降低硬件管理的复杂性。VMware vSphere 6客户可以将每个应用程序的资金成本平均大幅削减 50%，运营(人力)成本削减 60% 以上。

　　图：服务器整合

　　5.3 SAN集中存储

　　方案中，我们采用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vSphere Server 安装同时访问同一虚拟机存储。支持通过VMware vCenter、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。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，通过将这些文件存放在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出现时导致应用系统不可用的情况。

　　图：SAN集中存储

　　5.4 VMware vCenter Server
 

　　1.轻松提高效率并增强控制

　　可通过单个界面部署、监控和管理虚拟化 IT 环境，并确保最佳的服务级别。VMware vCenter Server 是 VMware vCenter 系列解决方案的中央访问点，这些解决方案可为虚拟基础架构提供前所未有的智能、控制和自动化。
 

　　2.简化新虚拟机的部署

　　分析您环境中的物理服务器，并将物理机转换为虚拟机。使用 VMware vCenter Server，您可以通过向导驱动的流程和模板立即部署新的虚拟机。VMware vCenter Server 通过任务调度和警报功能实现操作自动化，提高了对业务需求的响应速度，从而使您能够将需要立即执行的操作排在优先位置。现在，您可以自动执行常规的管理任务，并监控物理服务器以及运行详细 CPU、内存和 I/O 指标报告的虚拟机的性能和利用率。

　　借助 VMware vCenter Server，您可以使用自定义角色等级、精确控制的权限以及与 Microsoft Active Directory 的集成，使授权人员有访问权限。此外，该解决方案还通过 VMware Infrastructure SDK 与第三方系统管理产品进行集成。
 

　　3.VMware vCenter Server 包括五个主要组件：

　　● 管理服务器 是配置、部署和管理虚拟 IT 环境的中心控制节点。管理服务器作为一项服务在 Microsoft Windows 2008 R2和 Microsoft Windows Server 2012 上运行。

　　● 数据库 用于存储有关物理服务器、资源池和由 VMware vCenter Server 管理的虚拟机的持久性信息。该数据库驻留在标准版的 Oracle、Microsoft SQL Server 或 Microsoft MSDE 中。

　　● Virtual Infrastructure Client 使管理员和用户能够从任何 Windows PC 远程连接到 VMware vCenter Server 或各个 VMware ESX。

　　● VMware vCenter Agent 可连接 VMware ESX 与 VMware vCenter Server。

　　● Virtual Infrastructure Web Access 允许执行虚拟机管理和访问虚拟机图形控制台，而无需安装客户端。
 

　　七、设计总结
 

　　7.1整合前后比较
 

　　1、物理机数量

名称 对比项	整合前	整合后
物理机数量	计划物理机数量约为6台。	虚拟化整合后，所需的物理机数量大概3台（3台ESX服务器），一台存储。可根据负载情况随时灵活添加物理机,以后增加应用服务器不需要再增加物理服务器。

　　2、资源利用率

名称 对比项	整合前	整合后
资源利用率	物理机数量多，服务器资源利用率低，空闲资源没有充分利用。	虚拟化整合后，物理机数量少，服务器资源利用率高，可根据各应用情况动态调节资源。

　　3、应用部署速度

名称 对比项	整合前	整合后
应用部署速度	新应用安装开发测试环境或部署上线时，每台物理机要安装操作系统，打补丁，进行安全设置，速度慢。	虚拟化整合后，通过预先制定好的各种操作系统、应用模板和自部署向导或拷贝虚拟机，快速部署开发测试环境和应用。

　　4、业务连续性保障

名称 对比项	整合前	整合后
业务连续性保障	硬件故障维护或者扩容时候需要停机进行，造成应用中断，影响了正常业务开展。	虚拟化整合后，可以通过在线迁移功能将虚拟机迁移至另一台物理机，硬件故障维护或升级时不影响业务的正常开展。

　　5、管理维护

名称 对比项	整合前	整合后
维护	管理维护的物理机数量多，工作量大。	虚拟化整合后，管理维护的物理机数量大大减少。

　　6、可用性

名称 对比项	整合前	整合后
可用性	服务器出现故障时，需人工进行干预。	通过VMware HA功能，当服务器故障时，自动重新启动虚拟机。

　　7、耗电量

名称 对比项	整合前	整合后
耗电量和机柜数量	物理机数量多，机柜多，耗电量大。	虚拟化整合后，物理机数量和机柜大大减少。

　　由上述比较可知，通过VMware虚拟化技术对服务器进行整合，可以提高服务器资源的使用率，提高业务的连续性方便管理以及为将来新应用系统建设提供一个灵活的资源使用平台，提高IT运维服务水平。
 

　　7.2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。
 

　　7.3 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。

 

　　图：提高部署速度

　　7.4 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。

　　图：提高服务水平

　　7.5 为将来的集中网络存储提供可能

　　对于由于成本或者其他原因没有接入到存储网络(SAN, iSCSi和NAS)的服务器，整合后物理服务器数量减少，可以考虑接入到存储网络, 这样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的以后的容灾打下基础。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。