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服务器虚拟化方案

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服务器虚拟化方案服务器虚拟化方案 XXXX Citrix XenServer 服务器虚拟化 技术方案建议书 2010年8月 思杰系统信息技术(北京)有限公司 Citrix Systems, Inc. XXXX服务器虚拟化方案建议书 文档说明 需要指出的是, 第 2 页 共 24 页 XXXX服务器虚拟化方案建议书 目 录 1 服务器虚拟化项目概述...........................................................................................
服务器虚拟化方案
服务器虚拟化 XXXX Citrix XenServer 服务器虚拟化 技术方案建议书 2010年8月 思杰系统信息技术(北京)有限公司 Citrix Systems, Inc. XXXX服务器虚拟化方案建议书 文档说明 需要指出的是, 第 2 页 共 24 页 XXXX服务器虚拟化方案建议书 目 录 1 服务器虚拟化项目概述......................................................................................... 4 1.1 1.2 1.3 2 项目背景................................................................................................... 4 需求分析................................................................................................... 4 收益分析................................................................................................... 5 服务器虚拟化方案设计......................................................................................... 6 2.1 2.2 服务器虚拟化方案体系架构................................................................... 6 方案 描述................................................................................................... 7 3 产品介绍............................................................................................................... 15 3.1 3.2 3.3 体系架构................................................................................................. 15 XenServer主要功能 .............................................................................. 17 XenServer 不同版本比较 ...................................................................... 20 4 XenServer主要优势 ............................................................................................ 21 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 独一无二的开放性................................................................................. 21 高性 能..................................................................................................... 22 广泛的互操作 性..................................................................................... 22 简单易用,良好的可靠性 和可管理性................................................. 23 强大的企业级功能和稳定 性................................................................. 24 第 3 页 共 24 页 XXXX服务器虚拟化方案建议书 1 服务器虚拟化项目概述 1.1 项目背景 随着XXXX业务的飞速发展,越来越多的业务系统依赖于数据中心的支撑, 其中包括数据库、Web服务和各种管理系统等等。在数据中心的建设过程中,每 个业务系统都需要独占服务器,硬件利用率低下、管理复杂、运行成本居高不下 等问题会越来越突出。 这是传统的数据中心建设模式的纵向结构所造成的。由于传统服务器的硬件和 操作系统的绑定,使得服务器之间无法复用计算资源,只能通过为不同业务单元 分别堆加服务器来满足业务要求,随着企业规模发展,显然传统模式的数据中心 无法在快速响应和节省成本之间找到平衡点。 虚拟化技术的出现解决了这一矛盾,服务器虚拟化使得操作系统不再直接安装 在硬件上,业务服务器成为逻辑服务器概念,形成了逻辑层和物理层分离的横向 结构,不仅可以方便地复用硬件资源,管理效率也大大提高。同时Citrix结合服 务器虚拟化、应用虚拟化和流技术,提出了新一代动态数据中心的建设模式,能 够根据不同业务模块的资源消耗,自动地分配硬件资源,从而最大限度满足企业级数据中心的高效率、高性价比和自动化管理等要求。 Citrix是虚拟化领域的领导者,提供虚拟化技术从用户桌面、应用到数据中心端到端的完整解决方案。Citrix的理念是,任何用户都可以在任意时间、任意地点、通过任意设备和网络简单、快捷、安全和策略地访问应用和数据。 1.2 需求分析 传统服务器部署的主要问题包括: 利用效率低下,由于每种业务运行都有高峰和低谷的周期,服务器不得 第 4 页 共 24 页 XXXX服务器虚拟化方案建议书 不分别按照峰值配备,大量时间运行空闲,再加上可靠性考虑分别配置双机,不得不牺牲更多的计算资源。 扩展性差,目前企业成熟运行的应用系统大部分是基于32位操作系统, 只能访问服务器内存到4G,通过配置最多可以支持到8G,因此当内存不够用时不得不配置新的服务器;另一方面目前服务器内存配置越来越高,16G已经成为主流配置,但是32位系统无法使用。 运维成本居高不下,由于服务器数量越来越多,对数据中心的空间、网 络、耗电、制冷等消耗越来越大,成本越来越高。 管理复杂,响应速度滞后,每个业务系统的服务器的安装、升级、维护, 以及高可用性和灾难备份没有统一的管理手段,只能因系统而异,管理难度大,无法响应业务系统的要求。 1.3 收益分析 通过Citrix服务器虚拟化技术可以直接解决如上问题,通过构筑新一代动态数据中心,可以给XXXX带来的直接收益包括: 减少硬件投资:由于服务器虚拟化使得多操作系统可以共用硬件,直接 导致服务器数量大大减少,虚拟化前后的服务器数量对比保守估计为7:1,可以大大节省购买服务器的投入;其次由于存储的共享性提高,对存储设备的投资也大大节省;再加上服务器和存储减少带来的机房空间的节省、网络设备简化等等,可以看到服务器虚拟化直接给硬件投资带来了比较大的节省。 降低运行成本:硬件的减少降低了硬件的维护和服务费用,并且带来了 运营费用的降低,包括:机柜空间、电力消耗、制冷费用等等。 简化数据中心管理、提高响应能力:数据中心的管理从原来的纵向分割 式的多线管理变成了横向统一管理,硬件人员专注于总体计算负载能力,软件人员专注于业务逻辑服务器,服务器的使用和分配更加方便;采用动态数据中心技术后,为逻辑服务器分配计算能力的工作可以自动化完成,大大提高了企业数据中心的响应能力。 第 5 页 共 24 页 XXXX服务器虚拟化方案建议书 提高业务连续性和灾备能力:采用服务器虚拟化技术可以大大提高服务 器的业务连续性和灾难备份能力,企业不用再因为服务器维护而终止业务运行,所有的服务器之间都具备了在线备份能力;数据集中管理更加安全,异地灾备也变得更加实时和方便。 总的来看,虚拟化技术使得XXXX资源的利用更加高效,管理手段更加灵活,数据中心更加智能和强壮,降低总拥有成本,带来投资收益最大化。 2 服务器虚拟化方案设计 2.1 服务器虚拟化方案体系架构 根据现有物理服务器规划使用情况的分析,所有的CPU负载都没有超过30%,建议全部转移到虚拟机环境,虚拟化改造建议列表如下: 第 6 页 共 24 页 XXXX服务器虚拟化方案建议书 建议的服务器虚拟化方案的部署架构如下图所示: 附图一 服务器虚拟化方案体系架构 该方案体系架构中包括如下组件: 两台两路六核CPU,128GB DDR3 内存,千兆以太网口的物理服务器构 成的资源池 按20:1的比例进行服务器整合后运行在虚拟环境中的40台各类应用服 务器 安装在PC客户端的XenCenter控制台 智能化IP SAN存储设备 可网管IP SAN交换机 2.2 方案描述 2.2.1 服务器配置方案 2.2.1.1 服务器硬件配置 资源池中的三台服务器配置要求如下: 共 24 页 第 7 页 XXXX服务器虚拟化方案建议书 具体的服务器型号、HBA卡型号、存储信号、网卡型号可以参考Citrix网站上的XenServer硬件兼容性列表: 2.2.1.2 服务器软件配置 本方案中的服务器虚拟化环境需要支持资源池(Resource Pool)、在线迁移(XenMotion)、高可用性(HA)等高级功能,建议安装Essentials for XenServer, Enterprise Edition。 2.2.2 网络设计 资源池中的每台物理服务器都配置了4块千兆网卡,作用如下表所述: 第 8 页 共 24 页 XXXX服务器虚拟化方案建议书 每台服务器的物理网卡NIC3用于XenCenter和XenServer的通讯,该网卡的IP地址配置需要能够和安装XenCenter的客户端通讯。建议独立网段与生产网段分开。 物理网卡NIC2配置为IP SAN存储专用网络,采用独立的IP地址网段,和管理网络以及生产网络隔离,从而保证NIC1上只有和存储相关的数据流通过。 虚拟机生产网络配置了两块千兆网卡NIC0和NIC1,建议配置为多网卡绑定(NIC Bonding),在XenServer6.5中的网卡绑定除了可以实现网卡冗余功能之外还可以提高虚拟机生产网卡的吞吐量,提高网络访问的性能。 另外根据22台服务器的具体网络访问需求划分VLAN,从而将虚拟机之间的流量与其它物理服务器的流量相隔离,降低网络负载,提高安全性和简化重新配置过程。 虚拟机生产网络配置示意图如下图: XenCenter管理和虚拟机管理需要的网络端口列表如下: 第 9 页 共 24 页 XXXX服务器虚拟化方案建议书 2.2.3 存储设计 本方案的存储部分设计分为服务器的本地存储和远程共享存储两个部分,基本的设计思路是本地存储用于安装XenServer和保存资源池的元数据,远程共享存储保存所有虚拟机的虚拟镜像文件(Virtual Disk Image)以支持XenMotion和HA。 示意图如下: 共 24 页 第 10 页 XXXX服务器虚拟化方案建议书 2.2.3.1 本地存储 资源池中的5台服务器均配置3 块 146GB 2.5英寸SAS热插拨硬盘,只用于安装XenServer本身和保存资源池的元数据(MetaData)。 2.2.3.2 远程共享存储 为了给所有22台虚拟服务器提供一个可以在线迁移和保证高可用性的工作环境,建议这些虚拟服务器的镜像文件(VDI)全部保存在远程共享存储上。 每个虚拟机建议配置两个分区C:和D:,C:分配20GB,D:根据虚拟机服务的需求灵活分配,由于XenServer支持虚拟磁盘的动态添加,虚拟机可以灵活添加更多的盘符增加容量。如果以每台平均100GB的要求共计约需要4个TB的存储。 2.2.3.3 ISO库 为了虚拟机安装配置的方便,建议配置ISO镜像库,可以将保存在Windows共享中的ISO格式安装源文件通过Windows CIFS的方式挂接在XenCenter上,这样创建新虚拟机时不再需要使用物理光驱和光盘,简化使用和提高安装速度。 2.2.4 管理设计 2.2.4.1 P2V设计 XenServer6.5针对Windows平台的物理机,提供了专用于P2V的工具XenConvert,具体的使用方法可以参考XenConvert的使用手册。 针对Linux平台的物理机,安装光盘中已经附带了P2V的转换工具,使用更加简单。 第 11 页 共 24 页 XXXX服务器虚拟化方案建议书 2.2.4.2 XenCenter部署和使用 XenServer资源池中的MetaData会在各个服务器之间同步,不需要独立的控制管理中心,这样的架构防止了单点失败。缺省情况下XenCenter和资源池中的主控服务器连接,XenCenter可以安装在常见Windows客户端操作系统中,通过物理服务器的管理IP地址和XenServer通讯。 XenCenter中常见的配置还包括: 可以对虚拟机定制自定义关键字,建议设置虚拟机的功能、物理位 置、归属部门等,这样在XenCenter中可以快速定位并查询这些相似类型的虚拟服务器。 内置的查询控制块可以快速定位各种资源,例如所有安 装了Windows操作系统的的虚拟服务器。 Monitoring server performance. 提供对XenServer服务器本身和每个虚拟服 务 器的CPU、内存、磁盘吞吐量和网络吞吐量的实时监控,时间跨度可以从15分钟到整年。 建议配置多种类型的系统报警,包括系统性能报警、HA状态 报警等,并设置通过Email通知系统管理员。 2.2.4.3 虚拟磁盘备份 对于服务等级要求较低的虚拟服务器,建议通过XenCenter的Export和Import进行备份和恢复;对于服务等级要求较高的虚拟服务器可以使用2.2.5.3中的DR方案。 XenCenter的Export可以将XenServer中的虚拟服务器导出为XVA格式的文件,Import可以将XVA格式的文件导回到XenServer中。Export和Import操作非常简单,但是由于耗时较长,适用于可以较长时间离线的虚拟服务器。 第 12 页 共 24 页 XXXX服务器虚拟化方案建议书 2.2.4.4 虚拟机快速创建 为了加快虚拟机创建过程,建议在安装完成后创建操作系统模板(Template),并将模板保存在共享存储中。对于Windows平台的模板,为了保证虚拟服务器SID的唯一性,可以在创建模板之前执行Windows操作系统自带的Sysprep工具或在克隆后的操作系统中执行NewSID工具。这两个工具的具体用法请参考如下 链接: 2.2.5 业务连续性设计 2.2.5.1 XenMotion方案 在资源池的支持下,所有的虚拟机都可以在物理服务器之间在线迁移,提供的对外服务不会中断。 需要强调的是为了实现XenMotion在线迁移的功能,所有的虚拟服务器必须预先安装Citrix XenServer Tools。 2.2.5.2 高可用性HA方案 XenServer的HA功能可以通过XenCenter的图形界面提供,当Enable HA时向导会自动启动,执行过程中系统会计算当前资源池的空闲资源是否可以支持HA的功能。具体的内存分配设计部分请参考2.2.1.1节。 为了保证最重要的服务器能够始终获得HA所需要的资源,建议将22台虚拟服务器进行分类,最重要的部分设置为“Protect”级别,剩余的服务器设置为“Restart if Possible”级别。 第 13 页 共 24 页 XXXX服务器虚拟化方案建议书 2.2.5.3 灾难恢复DR方案 XenServer 6.5的灾备方案主要借助后台存储的灾备功能,生产环境之外定期将存储中的MetaData备份和所有虚拟机镜像文件VDI复制到远程的备份环境中,如果存储支持Snapshot功能也可以充分利用以简化和加快备份恢复速度。当生产环境出现故障时,可以快速将灾备环境中的存储挂接在新的XenServer资源池中,尽量缩短离线时间。 元数据MetaData的备份和恢复操作非常简单,可以直接在XenServer本地控制台中执行,如下图所示: 第 14 页 共 24 页 XXXX服务器虚拟化方案建议书 3 产品介绍 3.1 体系架构 XenServerXenServer体系架构 我们分别对图中XenServer体系架构中的不同组件作一一的介绍: A. Control Domain (或称为Domain 0)是一个Linux虚拟机,对硬件 而言,具有比来宾操作系统更高的优先级。Control Domain管理所有来宾VM的网络和存储I/O,而且由于它使用的是Linux设备驱动程序,所以能广泛支持各种物理设备。 B. Xen 虚拟机管理程序 (Hypervisor)是运行于硬件上的一个软件薄 层。Xen提供一个允许每台无力服务器运行一台或多台“虚拟服务器”的抽象层,有效地将OS及其应用程序与底层硬件分离开来。 C. 硬件层 包含物理服务器组件(包括内存、CPU和磁盘驱动器) D. Linux虚拟机,其包括半虚拟化内核和驱动程序。通过Control Domain 第 15 页 共 24 页 XXXX服务器虚拟化方案建议书 访问存储和网络资源,通过硬件上的Xen访问CPU和内存。 E. Windows虚拟机, 其使用半虚拟化驱动程序通过Control Domain访 问存储和网络资源。Xen经过设计可以充分利用Intel VT和AMD-V 处理器虚拟化功能。硬件虚拟化可实现Windows内核的高性能虚拟 化,而无需使用传统的仿真技术。 除了XenServer本身,XenServer系统的整体管理构架也是整体解决方案的特色之一。其整体管理构架如下图所示: XenServer Enterprise Edition 4.0及以后的版本中引入了资源池的概念。您可以借助资源池将多台虚拟化服务器作为单个实体进行管理。只需在一个位置执行认 证,而不需要登录到所有的XenServer。所有的服务器共享通用的网络和存储框架,从而方便使用自动VM放置和XenMotion等功能。 资源池采用主/从服务器管理模型,并会将所有池配置数据复制到所有从属服务器上。这种配置可确保在主服务器发生故障时不会引起 任何致命的故障。 XenCenter Client作为图形化的管理控制台来集中管理XenServer 服务器、虚拟机和资源。XenCenter可以连接到多个服务器和资源池,且多个XenCenter Client 可连接到同一个服务器或资源池。 共 24 页 第 16 页 XXXX服务器虚拟化方案建议书 3.2 XenServer主要功能 作为思杰端到段虚拟化解决方案的一部分,XenServer服务器虚拟化系统可有效提高数据中心资源可用性和利用率,使您的数据中心能更灵活、更迅速地响应不断变化的业务需求。表是XenServer 6.5版本的主要功能及特性列表: 第 17 页 共 24 页 XXXX服务器虚拟化方案建议书 第 18 页 共 24 页 XXXX服务器虚拟化方案建议书 共 24 页 第 19 页 XXXX服务器虚拟化方案建议书 3.3 XenServer不同版本比较 下表列出了XenServer6.5各版本之间所支持功能的比较。 Feature XenServer hypervisor XenMotion? live migration VM Disk Snapshot and Revert Free virtual infrastructure XenCenter multi-server management Resilient distributed management architecture Conversion tools Advanced management High availability Memory optimization Free Advanced Enterprise Platinum 第 20 页 共 24 页 XXXX服务器虚拟化方案建议书 4 XenServer主要优势 与业界其他类似服务虚拟化类产品相比,Citrix XenServer有以下特点和优势。 4.1 独一无二的开放性 XenServer是基于开源Xen?系统管理程序创建的。由于Xen是众多业界领先IT厂商(包括Citrix,Intel,AMD,HP,IBM,Novel,Redhat,Sun等等)广泛参与的一个开源项目,其发展十分迅速,技术构架也十分领先。由于其先进的精简构架,Xen?系统管理程序降低了总开销,并提供了接近于物理服务器的性能。XenServer充分利用Intel? VT平台和AMD?虚拟化(AMD-V?)平台进行硬件辅助虚拟化,提供了更快速、更高效的虚拟化计算能力。与其它基于封闭式专用系统构建的虚拟化产品不同,XenServer的开放API让客户可以通过现有的服务器和存储硬件来访问和控制先进的功能。 第 21 页 共 24 页 XXXX服务器虚拟化方案建议书 4.2 高性能 XenServer的基于裸金属的原生64位构架,以及结合使用硬件虚拟化辅助技术和半虚拟化技术是其高性能特性的保证。 ”的技术来实虚拟机意识到其正被虚拟化,并 Xen引擎使用一种称为“半虚拟化 于系统进行协作以确保获得最佳性能。Xen在x86平台上率先开发应用半虚拟化技术,XenServer VM对存储和网络设备使用了半虚拟化驱动程序。同上一代的仿真驱动程序相比,半虚拟化驱动程序可以极大地改善性能。 Xen的设计还能充分利用Intel和AMD CPU中提供的硬件虚拟化辅助技术。很早以前,Intel研究人员就参与了Xen项目。Xen的代码层设计得很薄,效率很高,便于利用当前的虚拟化辅助技术和未来几年中芯片将会采用的一些更新的技术。 4.3 广泛的互操作性 使用业界的Linux设备驱动程序,使XenServer的硬件支持十分广泛。由于开源的特点,设备驱动支持也能方便地扩充。同时,业界领先的服务器提供商如HP、Dell、NEC和联想通过与思杰的OEM合作进一步验证了XenServer的有效性。例如,Dell和HP均在其服务器上采用了集成式XenServer版本。 由于XenServer来源于开源的Xen项目,其对各种Linux发行版有广泛地支持,性能十分出色,与竞争对手相比,Linux性能领先。同时由于Citrix和微软的长期紧密的合作关系,XenServer可以非常好地支持微软Windows平台及其上面的各种服务器应用。思杰和微软已经围绕XenServer和Microsoft Hyper-V宣布了一系列虚拟化技术合作计划,包括共享通用虚拟硬盘文件格式(VHD)、提供“插拔兼容”虚拟机以及未来关于Microsoft System Center的合作。因此,思杰客户不但可以充分利用XenServer的丰富功能,而且清楚知道公司的虚拟基础架构将与微软的主要平台和谐运作。微软的服务器虚拟化认证计划(SVVP)主要是运用Windows Server操作系统对服务器虚拟化解决方案进行认证。一旦通过认证,微软就能认可对经认证配置环境下运行的Windows Server虚拟机提供支 第 22 页 共 24 页 XXXX服务器虚拟化方案建议书 持服务,而无需在物理硬件上重现问题。XenServer是第一个完全通过微软SVVP验证的解决方案,不管采用的是32位还是x64虚拟机,Intel还是AMD处理器,或者是多达8个CPU的服务器。 在存储的支持上,不但支持IDE、SATA、SCSI 和SAS本地存储和iSCSI、光纤通道和NFS 等共享存储,由于其开放的存储管理接口,XenServer还能与 NetApp、Dell/EqualLogic和IBM Storage N系列(以及更多)实现了本地集成,从而可以充分利用各种经优化的高级存储服务,包括快速克隆、瘦配置、快照和副本删除等等。 4.4 简单易用,良好的可靠性和可管理性 XenServer的安装和配置十分简单,整个安装过程在类图形化的向导的指引下,只需10分钟。思杰在虚拟机中引入了物理服务器的全新配置向导、直观的界面和简单的点击转换功能,建立了简易操作的新标准。 管理员可以通过XenCenter管理工具在Windows客户端上方便地对多个XenServer服务器进行统一集中的管理。尽管大型数据中心的虚拟机数量增长极快,但通过XenCenter让管理员可以轻松掌握虚拟机的动态。Web 2.0风格的标签和搜索功能让IT技术人员可以为工作负载分配元数据和虚拟标签,既可以是预先定义的,也可以是针对每个企业的不同需求的自定义标签。通过XenServer的性能监控、和提示界面,IT人员可以轻松查看很长时间以内虚拟机的实时和历史信息,以及物理主机性能,同时不会产生存储或性能开销。 同时,免费的XenServer Express版本可以通过简单地通过许可密钥升级来升级到标准版和企业版,而无需重新部署,从而为客户提供方便灵活的升级途径。 得益于Xen系统管理程序的先进构架,其核心代码十分精简。和竞争对手复杂庞大的架构相比,其精简高效的代码潜在漏洞少,从而系统更新维护的工作量也少很多,其可靠性优势明显。例如,XenServer 4.0自发布后的一年多的时间内,仅发布了4个热修复程序,而且许多客户都不受这些漏洞影响,无需采用这些热修复程序。相比之下,一些竞争对手的类似产品在同时期内的补丁数量可达 第 23 页 共 24 页 XXXX服务器虚拟化方案建议书 上百个。 4.5 强大的企业级功能和稳定性 以大量经实践检验的企业级功能为基础,如动态迁移、资源池和工作负载置备等,最新的XenServer版本新增了100多种增强型虚拟化功能,包括高可用性(HA)和灾难恢复能力的提升。这些功能还包括业界最先进的HA、自动重启和故障转移技术,这些技术还可以通过扩充无缝升级为适用于大多数关键业务应用的完全容错技术。 XenServer可利用Citrix独特的工作负载置备(Provisioning)功能,利用单个共享操作系统镜像,采用流技术将服务器工作负载按需分配到多个物理或虚拟服务器,这将大大降低补丁和更新管理的成本,同时大大减少操作系统和应用镜像在企业中的存储空间。 XenServer采用的是部署极为广泛且功能强大的开源Xen系统管理程序。Xen是开放的业界标准虚拟化技术,是许多公司的商用虚拟化产品的“引擎”,包括思杰、赛门铁克、甲骨文、红帽、Novell、Sun、Stratus、Marathon、Egenera、Neocleus 和凤凰科技。此外,全球一些最大规模的虚拟化部署环境(如Amazon Elastic Compute Cloud)都采用了Xen系统管理程序,充分验证了底层Xen技术的扩展性和稳健性。 共 24 页 第 24 页
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