服务器虚拟化集群技术方案.pdf
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1、XX科研院所 服务器虚拟集群系统 技术方案I目录1 前言.12 项目建设必要性分析.13 方案设计.33.1 总体拓扑.33.2 方案概述.33.3 VMware服务器虚拟化方案.53.3.1 服务器虚拟化方案概述.53.3.2 方案架构及描述.73.3.3 方案优势.153.4 Citrix XenDEsktop 桌面虚拟化方案.163.4.1 桌面虚拟化概述.163.4.2 方案架构及描述.293.4.3 Citrix产品及功能描述.363.5 vFoglight虚拟环境监控方案.403.5.1 虚拟环境监控方案概述.403.5.2 方案介绍.443.6 接入网络解决方案.543.6.1
2、方案描述.543.6.2 物理布局设计.583.6.3 方案优势.593.6.4 业务服务器区接入层设计的创新发展.603.6.5 基于Nexus产品的创新设计总结.644 配置方案.65I1前言广泛采用的I T平台在应用范围和复杂性方面急速发展,服务器数量、网络 复杂程度和存储容量也随着一波波的技术变革而激增。由此导致的诸多问题目前 仍在困扰着各信息化部门。如:服务器利用率低下、多应用并存导致系统不稳定、整机备份还原困难、计划内或计划外的停机导致服务中断等。服务器虚拟化技术,经过数十年的发展,成功的解决了这些问题,为基础资 源整合提供了理想的解决方案。通过部署服务器虚拟集群,将多个服务器、网
3、络 存储设备、备份系统等作为一个资源池,从资源池中灵活的分配适当的资源给相 应的应用,使得上述问题迎刃而解。今天,服务器虚拟化技术已经被广泛应用在 各个领域,作为绿色数据中心的核心技术手段,发挥着重大的作用。2项目建设必要性分析随着信息化工作的不断推进,XX科研院所已建立若干重要应用系统等。这 些系统的正常运行切实保障了 XX科研院所的科研生产顺利开展,大大提高了工 作效率和科研能力。这些应用无不需要良好的服务器环境作为支撑,而且随着应 用数量及性能要求的不断提高,对服务器环境资源的要求也将越来越高。同时,随着科研生产对信息化的依赖性增强,保障数据中心稳定、不间断的运行显得越 来越重要。数据中
4、心现有多台服务器,每台服务器都运行多个应用服务。目前主要存在 以下几个问题:1.服务器资源使用率不均匀平均使用率低于40%。2.计划外或计划内停机维护,影响应用服务的不间断运行。3.部署新应用的成本较高。这些问题越来越严重的影响着数据中心安全稳定的运行,解决这些问题迫 在眉睫。1分析以上问题,其根本原因在于资源无法合理利用。对此,部署服务器虚 拟集群可以很好的解决这些问题。将每台独立的服务器组合成统一的资源池,按 需分配每个应用需要的资源,最大限度的保证资源得到合理利用。同时,各应用 之间没有冲突,使单个应用的稳定性大大提高。当某个应用故障时,可以利用快 照迅速恢复至故障前的状态。当整台服务器
5、故障时,可迅速将该服务器上运行的 系统快速迁移到其他服务器上。由于资源得到了合理的利用,不仅大大降低的服 务器硬件采购成本,同时也降低了数据中心的能耗,为创建绿色数据中心打下良 好的基础。23方案设计3.1 总体拓扑VCenter已有PC机服务器虚拟化集群零客户端、瘦客户机原有备份设备光纤交换机vFoglight 性能监控与优化服务器原有存储设备3.2 方案概述采用10台I BM3850X5部署虚拟化环境,每台配置64G内存,两颗6核CPU,这10台服务器上都安装配置VMwar e第5代虚拟架构套件Vspher e5,利用3850 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,
6、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 ser ver 2008 R2操作系统,进而再安装应用软件,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。服务器主机接入已有的SAN存储网络中,为了实现VMwar e虚拟化环境的多路3径管理,新增一套PowerPath/VE软件,通过它,管理员可以将虚拟化服务器与存储 之间的所有连接看作一个通道池,由Power Path/VE自动分配、调节这些资源,实现 性能最优,并可以对某些应用设定优先级,保证关键应用。为了集中
7、管理和监控虚拟机、实现自动化以及简化资源调配,采用1台 I BM3850X5(16G内存,两颗6核CPU)服务器部署Window系统,用于安装套 件中的Virtual Center软件,对物理服务器及其上的虚拟服务器进行统一的管理。同时,另部署一台服务器,作为VCenter的Hear tbeat服务器,保证VCenter的 高可用性。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,利用现有的光纤通道的EMC存储作为共享存储,以存放虚拟机文件,同时配置冗余的光纤交换机,组成标准的SAN集中存储架
8、构,由VMwar e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EMC 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),进行动态的资源管理(VMwar e DRS),和集中的基于 虚拟机快照技术的Lan Fr ee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。方案中采用两台I BM3850X5(16G内存,两颗6核CPU),安装相关备份软 件作为Vmwar e虚拟环境的备份服务器,对虚拟化环境进行统一的备份恢复管理。同时采用一台I BM3850X5(16G内存,两颗6核CPU)
9、安装vFogl ight对整个虚拟 化环境进行性能监控报警与性能优化。在Vmwar e服务器虚拟化环境之上,部署Citrix XenDesktop桌面虚拟化环境,桌面虚拟化的点数为50个,在用户前端配置零客户端和瘦客户机,数据存储在 服务器上,用户前端仅作为显示和输入。4/桌面虚拟化服务器另外根据需求新增2台CI SCO N5548交换机和4台N2248交换机搭建网络环 境,既用于新建系统,也实现与已有系统及环境的网络衔接。新增服务器及交换机设备,实际安装时占用2个机柜,新增一套KVM液晶 套件,便于所有服务器的操作管理。详细解决方案在下面的章节进行详细介绍。3.3 VMware服务器虚拟化方
10、案3.3.1 服务器虚拟化方案概述5随着企业的成长,I T部门必须快速地提升运算能力一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。n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VMWARE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VMWARE虚拟构架的数据中心上 去,能够:更少的硬件和维护费用 空闲系统资源
11、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I T基础服务器运行I T基础应用的服务器大多数是I ntel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10%15%,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。6因为低服务器的利用率,低CPU的合并和中等I/O的要求,I T基础服务 器首选作为虚拟化和相关整合的候选者。虚拟构架把可用的硬件看成普通的
12、资源池,因此,在资源规划分配阶段 能确保灵活性。在某一负载达到峰值的情况下,任务能轻松地重新分配。预 制一个新的负载无须部署一个新的服务器。虚拟化使得用户能够: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3.3
13、.2方案架构及描述7Vmware ESXi 服务器虚拟化集群以太网交换机VCenter光纤交换机原有备份设备vFoglight 性能监控与优化服务器原有存储设备备份与恢复服务器服务器虚拟化的主体即VMwar e Vspher e5。Vspher e5代表一种新的I T服务部 署、配置和消费模式。VMwar e虚拟化使得企业和服务提供商可以建立起具有弹 性的、可按需访问的计算资源池,并通过基于策略的自动化和管理模式来提高效 率,从而为云计算的实现奠定坚实的基础。VMwar e vSpher e5和VMwar e vCenter 产品系列是广大客户和服务提供商构建私有云和公共云环境的基石,这些技术
14、已 经得到了众多业界领先合作伙伴的支持。8ApplicationsFuture ApplkatknVMware vSphereAv3rMbility Security Scafblitykih?rrtd:I.oudtK?vmal Ckwjd采用10台I BM3850X5部署虚拟化环境,每台配置64G内存,两颗6核CPU,这10台服务器上都安装配置VMwar e第5代虚拟架构套件Vspher e5,利用3850 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
15、而再安装应用软件,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。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,采用1台 I BM3850X5(16G内存,两颗6核CPU)服务器部署Window系统,用于安装套 9件中的Vir tual Center软件,对物理服务器及其上的虚拟服务器进行统一的管理。同时,另部署一台服务器,作为VCenter的Hear tbeat服务器,保证VCenter的 高可用性。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
16、务器迁移到另一台物理服务器上的 特性等,利用现有的光纤通道的EMC存储作为共享存储,以存放虚拟机文件,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VMwar e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EMC 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),进行动态的资源管理(VMware DRS),和集中的基于 虚拟机快照技术的Lan Fr ee的整合备份等,而且为以后的容灾提供扩展性和打下 基础。3.3.2.1 支持集中存储用户现有FCSAN存储系统,服务器虚拟化可采用FCSAN集中存储方
17、式,这 样可以将每个虚拟机的文件系统创建在共享的FC 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ESX Ser ver安 装同时访问同一虚拟机存储。支持通过VMware VirtualCenter 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VMwar e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。10VMwa
18、re ESXo 口VM VM VM VM33.2.2动态资源平衡动态资源平衡是虚拟集群重要功能之一。当单台宿主机运行多个虚拟机,某 台虚拟机资源占用率提高,以至单台宿主机无法提供多余的资源时,集群将自动 把该虚拟机动态迁移至其他资源空闲的宿主机,以满足该虚拟机的资源请求。在 迁移过程中不会对正常应用造成任何影响,并且被迁移对象的应用服务不会中 断。动态资源平衡的实现将极大提高集群内部资源的利用率。该功能的另一个作用是避免计划内停机带来的服务中断。当某台宿主机由于 硬件升级或维护等原因需要停机时,利用资源平衡,手动将该宿主机的全部虚拟 机迁至其他宿主机,然后关闭该宿主机。维护完毕后,再将虚拟机迁
19、移回该宿主 机。保证.在配置动态资源平衡时需要注意根据实际情况制定合适的迁移策略,以便于管理维护。11一)三O-PMW。VMware ESX H VMware ESX H VMware ESXi3.3.23故障迁移故障迁移是虚拟集群另一个非常重要的功能。他能最大限度的避免由于硬件 故障导致的非计划内停机。当某台宿主机故障时,该宿主机上运行的虚拟机会自 动被其他宿主机引导,在第一时间恢复应用。如图所示:VMware ESXiVMware ESXVMware ESXOperating ServerFailed ServerOperating Server在部署时应当注意,为了实现动态资源平衡和故障
20、迁移等高级功能,虚拟集 群中应保证一定的资源冗余。1233.2.4现有物理服务器迁移将现有的生产环境迁移到虚拟化平台上的过程中,为了保证应用和数据的一 致性,不造成数据的丢失,利用VMwar e专门提供的物理到虚机(P2V)的迁移 工具VMwar e Conver ter,将现有应用直接迁移成虚拟机,实现从物理机到虚拟机 的转换,从而避免繁琐的重新安装过程,提供工作效率和安全性。在迁移后,原 有的应用依然存在物理服务器中,而在虚拟平台上,就可以新部署出一台跟物理 应用一样的虚拟服务器,其中的数据不变,包括系统、应用、以及数据。3.3.2.5 VCenter 集中管理在集中管理控制台安装VC,集
21、中管理虚拟集群。可以集中的监控每台宿主 机、虚拟机的状态和资源使用情况,建立虚拟机,分配资源,动态迁移等统一在 VC中管理。针对每个虚拟机设置权限,以确保只有被授权的人才能访问。13方案中同时配置了 VCenter hear tbeat,确保VCenter服务的高可用性。*OMaE wauwspunw UOH ev-dd。Fully Monitored Redundancy Framework(Heartbeat)PRIMARY SERVERNetworkNetworkWANLANMown,*fkT.HKATICrA FAH-OVtHHeartbeat DiagnosticsXHEARTBEA
22、T CHANNELSECONDARY SERVERP2P,P2V.OR V2V FAILOVER1433.2.6 PowerPath/VE 多路径管理PowerPath/VE(PowerPath Vir tual Edition)是虚拟环境中唯一的多路径管理 软件。通过它,管理员可以将虚拟化服务器与存储之间的所有连接看作一个通道 池,由Power Path/VE自动分配、调节这些资源,实现性能最优,并可以对某些 应用设定优先级,保证关键应用。3.3.3方案优势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
23、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。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。3.提高服务水平 帮助企业建立业务和I T资源之间的关系,使I T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。4.旧硬件和操作系统的投资保护15 不再担心旧系统的兼容性,维护和升级等一系列问题
24、。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。3.4 Citrix XenDEsktop桌面虚拟化方案3.4.1 桌面虚拟化概述虚拟化技术正在成为被广泛使用的技术,帮助企业以更低成本,实现更灵活、稳定和高效的I T系统。目前虚拟化技术主要包含:服务器虚拟化,应用虚拟化 和桌面虚拟化
25、技术。服务器虚拟化技术在2007年开始被广泛接受并采用,目前 已经成为一种成熟的满足企业应用的主流技术。而虚拟桌面技术被逐步接受,尤 其是和虚拟应用的结合,使得桌面虚拟化技术能被更广泛地使用帮助企业以更低 成本、更好地实现桌面管理。虚拟桌面是一个企业级的,通过一定手段实现的可远程访问、调度和管理的 桌面的操作系统,其可以是运行在服务器上的虚拟操作系统,也可以是直接安装、运行在数据中心内的物理PC(工作站,刀片PC)上的操作系统。目前桌面虚拟 化技术融合了应用虚拟化技术,在虚拟桌面模式下,每个人独享的远程操作系统,并利用内含的应用虚拟化技术,实现更灵活,高效的管理和应用。将桌面操作系 统虚拟化带
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