房山区教育信息中心VMware服务器虚拟架构解决方案
版本：V1.0
文档创建日期：2012/05
目录
1. 需求分析 (1)
2. 虚拟化的概念 (4)
2.1.概述 (4)
2.2.什么是 V C ENTER S ERVER ？ (4)
2.3. V C ENTER S ERVER 的用途 (5)
2.4. V C ENTER S ERVER 的工作原理 (5)
2.5.主要功能特性 (5)
3. 虚拟化的优势 (8)
4. 方案拓扑 (10)
5. 方案构成部分详细说明 (12)
5.1.虚拟架构主体部分VM WARE ESX S ERVER配置说明 (12)
5.2.现有W INDOWS应用的物理到虚机的迁移 (14)
5.3.SAN集中存储实现虚拟服务器的文件共享 (14)
5.4.虚拟架构环境的集中管理、自动化及优化运行 (15)
5.5.虚拟架构环境的整合备份 (17)
6. 方案优势 (18)
7. 刀片服务器的简介 (20)
7.1.刀片服务器概述 (20)
7.2.刀片服务器的五大优点 (21)
7.3.刀片服务器的配置 (22)
8. 刀片服务器上的虚拟化 (23)
8.1.“刀片”上的虚拟化 (23)
8.2.虚拟化解决方案收益 (23)
1.需求分析
目前房山区教育信息化的高速发展，各学校也都拥有自己的服务器，并且在学校部署了很多应用系统。由于学校目前使用的服务器已经已经不能满足现有应用的发展，而且很多服务器已经陈旧面临淘汰。因此很多学校提出申请购买新的服务器用来迁移现有的应用系统。房山区教育信息中心作为全区教育信息化建设的指导和管理中心，在充分考虑资金投入，以及学校机房环境的条件相对较差，为了提高财政资金使用效率，提出在信息中心部署虚拟服务器群的技术方案。通过虚拟化技术，以及目前信息中心机房优质的运行环境，为全区所有（一期先实现部分学校）学校提供优质的服务。
当前的IT环境具有很强的典型特征：应用部署广、系统发展快，原有可利用成本高，目前存在着大量的基于X86架构的PC服务器，其上安装有Windows和Linux操作系统，运行着诸如SQL数据库、Web Server等常见的典型应用，这是一种典型的传统方式下的应用部署环境，一个应用占用一台或一组服务器来部署，这样，需要部署大量的分散管理的服务器，这些分散管理的传统单一应用服务器环境，将会给日常的维护运行带来如下的不利影响：
1、成本高
硬件成本较高。
运营和维护成本高，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、可用性
可用性低，因为每个服务器都是单机，如果都配置为双机模式成本更高。
系统维护和升级或者扩容时候需要停机进行，造成应用中断。
3、缺乏可管理性
数量太多难以管理，新服务器和应用的部署时间长，大大降低服务器重建和应用加载时间。
硬件维护需要数天/周的变更管理准备和数小时的维护窗口。
4、兼容性差
系统和应用迁移到新的硬件需要和旧系统兼容的系统。
为了更好的解决上述传统单一物理服务器部署应用方式所造成的弊端，提高房山区教育信息中心目前服务器资源的整体利用效率和集中化的管理能力，我们利用全球虚拟化产品领
先厂商VMware公司的产品，在用户的充分理解与配合下，对房山区教育信息中心现有的X86架构服务器使用环境准备进行认真分析和研究，制定虚拟化的解决方案。我们准采取分层次、多角度的调研和测试分析工作，其中包括：
1）、房山区教育信息中心的系统服务器数据采集调研工作：
通过前期的数据采集调研工作，我们要得出目前X86服务器的使用明细状态，包括服务器型号、操作系统、应用概况、服务器IO配置情况等，通过这些服务器明细表，我们可以进行初步的评估筛选工作，对用户环境是否适合采用虚拟化环境、采用虚拟化环境对原有设备的投资保护情况，是否能充分利旧现有的服务器资源等有了最基本的判断。
经过我们认真分析筛选后，认为可以重新利用，作为未来虚拟化环境中的宿主服务器的现有服务器数量，而另外一些型号太老、配置过低的服务器未来则可以用虚拟机的方式来替换掉。
由于有部分服务器可能会被替换掉，用于虚拟化整合的服务器是否有足够的能力来接管这些替换掉的服务器上的应用呢？这些服务器上的应用会不会由于自身对性能和资源就要求过高，从而造成根本就不可能被整合呢？
为了明确上述的疑问，我们又在用户的配合下进行了下面的工作。
2）、实际环境下VMware CP服务器运行状态数据采集评估工作：
我们准备在现场配置了一台安装有VMware的容量规划（CP）软件的服务器，通过该工具，我们要对现有的服务器进行有限数量的运行状态数据采集与分析工作，通过收集到的服务器的运行状态，去合理推断出整个服务器运行环境的平均使用情况，从而为后面进行更合理的方案规划提供有效的数据依据。
根据上述针对房山区教育信息中心的系统服务器数据采集调研工作结果和实际环境VMware CP测试的结果分析，进行研讨评估。评估过程要充分考虑房山区教育信息中心现有的服务器资源，以及发展情况，做一部分数量作为预留考量。根据以前的经验，这些应用的服务器资源利用率并不高，平均起来，不到10%左右，这些服务器上的应用完全有能力被整合到其他的虚拟化后的服务器上去。从而通过对现有符合条件的服务器充分利用进行虚拟化部署，并根据需要适当的购进一些新的更高配置、更强性能的服务器，完全可以满足将当前的全部X86架构服务器应用全部虚拟化，而且还能为未来几年内更多的应用类型上线提供足够的系统冗余资源，以虚拟化的方式，快速应变目前纷杂多变的环境。
通过反复讨论，我们最终形成了如下的采用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,非常适用于宽带等快速发展的应用领域。
2.虚拟化的概念
2.1.概述
VMware vCenter? Server 提供一个可扩展平台，能够实现主动式的虚拟化管理，并可提供详尽的虚拟基础架构信息。vCenter Server 可集中管理VMware vSphere? 环境及简化日常任务，从而显著提高对环境的管理控制能力。
主要优点
?通过深入了解 vSphere 及其底层基础架构，可快速分析和修复问题。
?借助快速调配、虚拟机工作负载自动平衡和现成的自动化工作流，可主动管理 vSphere 环境，从而提高 IT 响应速度。
?使用基于 Linux 的虚拟设备，可通过 vCenter Server Appliance (vCSA) 快速部署vCenter Server 和管理 vSphere。
?可扩展以满足最严苛的企业环境要求，最多可管理 10,000 个虚拟机。
2.2.什么是 vCenter Server ？
vCenter Server 可从单一控制台统一管理数据中心内的所有 vSphere 主机和虚拟机。
VMware vCenter Server 可从单一控制台统一管理数据中心的所有主机和虚拟机，使得 IT 管理员能够提高控制能力、简化日常任务，并降低 IT 环境的管理复杂性与成本。
2.3.vCenter Server 的用途
?集中进行虚拟化管理— vCenter Server 使 IT 部门能够通过单一界面组织、快速调配和配置整个 IT 环境，对所有关键组件（包括 CPU、内存、存储和网络）提供全面和一致的性能监控。
?通过自动化提高敏捷性—利用任务调度和警报功能，可帮助管理员提高对业务需求的响应速度，并根据需要适当地排定操作的优先顺序。
?加强安全性和控制能力—借助强大的权限管理机制和 Microsoft Active Directory 集成，IT 团队可利用完全委派管理权限来控制对虚拟机和 vSphere 主机的授权访问。
?最佳的可用性和资源分配方式— vCenter Server 通过单一界面来配置和管理 vSphere 环境中的实时迁移、负载平衡、高可用性及容错功能。
?简化修补和更新流程—通过与 VMware vSphere Update Manager 集成，使 IT 团队能够自动强制实施配置和遵从性标准。
2.4.vCenter Server 的工作原理
vCenter Server 包含多个重要组件，这些组件协同工作，共同为企业提供一个可扩展的虚拟化管理中心。管理服务器将清单和性能信息存储在数据库中，提供对主机和虚拟机的集中管理点。vCenter Agent 负责连接主机与管理服务器。管理员可从任何 Windows PC 使用 vSphere Client 访问 vCenteServer，或者从任何 Web 浏览器使用 vSphere Web Client 进行远程访问。角色和权限可以跨管理服务器复制，这使得管理员能够从一个控制台管理vCenter Server 的多个实例。此外还包含一个搜索引擎，可用于快速查找企业任何位置上的虚拟机、主机或其他清单对象。
2.5.主要功能特性
集中化控制和深入可见性
?从任何地点进行远程访问—借助 vSphere Web Client，管理员能够在世界上任何地点
通过任意浏览器管理 vSphere 的基本功能。
?实时监控动态虚拟组成要素— vCenter Server 可提供所有虚拟组成要素和相关物理组件的详尽信息，包括服务器硬件、共享存储和网络。同时还具有使环境监控、诊断及故障问题排除更便捷的事件和警报触发器。管理员通过使用可验证 vSphere 配置正确性的动态拓扑映射，能够了解物理服务器、虚拟机、网络和存储之间的关系。vCenter Server 通过实时查看详细统计数据和图表，可监控虚拟机和其他虚拟组成要素（例如资源池）的性能和可用性。
?可自定义的警报触发器— vCenter Server 可以自动生成通知和警报，并且可以触发自动执行工作流以修复和防范问题。
?简化的导航和资源清单搜索—一种全局搜索功能，可用于从 vCenter Server 中的任何位置访问由多个 vCenter Server 实例组成的整个资源库，包括虚拟机、主机、数据存储和网络。经过改进的用户界面可简化导航。
主动管理 vSphere 环境
?快速调配和简化的补丁程序管理—管理员通过使用向导或模板，借助配置标准最大限度地减少错误和停机，可在几分钟内创建新的虚拟机或主机。使用 vSphere Update Manager，管理员可以轻松修补虚拟机和主机。使用主机配置文件功能可以轻松标准化和验证主机配置。?通过动态资源分配确保满足 SLA 要求—借助 vSphere Distributed Resources Scheduler (DRS) 持续监控各个资源池的使用情况，vCenter Server 可在不导致停机或影响服务级别协议 (SLA) 的情况下，智能地在主机之间迁移虚拟机。从而形成一个具有内置负载平衡能力的自我管理、高度优化且高效的 IT 环境。
?工作流自动化— vCenter Server 包括 VMware vCenter Orchestrator，这是一个旨在简化管理的功能强大的编排引擎。管理员可以通过使用现成的工作流或使用拖放式界面装配工作流来自动执行 800 多个任务。
? vCenter Server 可用性—通过服务管理控制台显示 vCenter 组件的运行状况，使管理员能够迅速确定和修复管理基础架构中的问题。VMware vCenter Server Heartbeat（需单独提供许可证）可深入了解所有 vCenter Server 组件，支持通过 LAN 或 WAN 对管理服务器和数据库进行故障切换，将其转移到备用服务器上，从而提供额外的可用性。
可扩展性
?大规模管理— vCenter Server 是一款 64 位解决方案，可用于处理最大型的 IT 环境。单个 vCenter Server 实例可管理多达 1,000 台主机和 10,000 个虚拟机。在链接模式下，管理员可以从单一控制台跨 10 个 vCenter Server 实例管理多达 1,000 台主机和30,000 个虚拟机。
?开放式体系结构—借助 vCenter API 和 .NET 扩展可实现 vCenter Server 与其他工具之间的集成，并且支持在 vSphere Client 中嵌入自定义插件。这不但可以保护公司投资，并且还能为管理 IT 环境提供选择自由。
3.虚拟化的优势
1、节能环保
利用服务器虚拟化技术实现，将1台服务器虚拟成多台服务器使用。实现数据中心机房的环保节能。可将虚拟化后的服务器分配给各个学校使用，相对于各个学校使用独立服务器。例如：假设将一台服务器虚拟化成5台服务器，如果一个区县有100所学校的话，只需要配置20台服务器，即可满足为全区每所学校提供一台独立服务器使用的需求。
这样可以实现80%的节能效果。
2、减少学校资金投入，降低维护的成本
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。区县信息中心可以将学校普遍的应用系统（例如CMIS，web 主页，邮件系统等等）统一迁移到信息中心虚拟化服务器上。由于是虚拟服务器，学校可以方便的独立管理，独立使用。另外可以降低学校网管对应用服务器更新换代的资金投入。
降低运营和维护成本，区县教育信息中心的机房运行环境比较好，温湿度，电源供电，防土防尘，防雷，防静电等效果都不错，可以提高服务器的使用寿命和运行效率。
可以降低数据中心空间、机柜、网线，耗电量，冷气空调和人力成本等。还可以降低网管人员对服务器硬件维护的成本。
3、系统应用的安全性
目前很多学校都在校园网内部建立的学校的主页，邮件系统等，但是没有投入相关的安全硬件设备（例如，防火墙，IPS，网页防篡改，数据库安全设备），如果一旦学校的主页被篡改，将带来很大的负面影响，并且在短时间内很难快速恢复。如果每所学校都投入这种安全硬件设备，将需要很大资金的支持，才能完成。虚拟化服务是将学校的应用系统迁移到区县数据中心里后，只需要在数据中心部署相关的安全设备，即可完成对学校这些应用系统提供高质量的安全保护的效果。也可以避免学校大量的资金投入。
4、统一存储备份，提高数据安全，减少资金投入
在区县信息中心建立统一的数据存储平台（FC SAN或者是IP SAN），为各个虚拟化服务器划分独立虚拟存储空间。建立统一的数据备份中心，为数据存储平台提供数据备份功能。较少学校对存储系统和备份系统的资金投入。要维护好一套存储备份系统，学
校会投入大量的人力、物力和财力。实现统一数据备份中心有效的避免学校大量的资金投入，同时也提高了数据的安全性。
4.方案拓扑
我们建议前期可以在Internet服务器区，先采用虚拟器虚拟化，在关键应用服务器区和大流量服务器区进行CP数据采集。在得到分析数据后，依据此数据，对该处服务器进行合理的虚拟化部署。
5.方案构成部分详细说明
针对上面的拓扑图，详细说明如下：
5.1.虚拟架构主体部分VMware ESX Server配置说明
本方案的主体部分既是安装了VMware ESX Server软件的高配置服务器。
ESX 3.5是VMware虚拟架构套件VI3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。
单台物理服务器配置多个虚拟服务器的性能依据
根据统计，对于传统的服务器应用方式，通常服务器的平均利用率在5-15%之间，而采用虚拟架构整合后，服务器的平均利用率可达到60%-80%。我们完全可以通过在单台高配置的服务器上创建十几、二十几甚至更多个虚拟服务器的方式，来完成传统方式需要很多台的低配置的服务器才能完成的工作，用户在降低成本的方式，还大大减少了环境的复杂性，降低了对机房环境的需求，同时具有更灵活稳定的管理特性。
采用VMware虚拟架构相比于传统单台服务器部署单一应用方式的另外一个好处是，可以充分满足不同应用对系统资源的不同要求，如有的应用只需要一个 3.0 GHz CPU，512MB的内存就可以很好的运行，而有的高访问率、高吞吐量的应用则需要2个甚至是4个双核的CPU，8GB的内存才能保证稳定的运行，在传统方式下，往往不可能针对每一种应用来采购服务器，而是用一种或几种标准配置的服务器来统一采购，这样，势必会造成某些应用资源富裕，而另一些应用面临资源紧张的情况，且应用之间不能互相调配资源。采用虚拟架构后，由于每个虚拟机所需使用的系统资源都是由虚拟架构软件统一调配，这种调配可以在虚拟机运行过程中在线的发挥作用，使得任何一个应用都可以有充分保证的资源来稳定运行，同时，该应用在此时用不到的资源又可以被其他更需要资源的应用临时借用过去，最大限度的提高了整体系统的资源利用率。
每一台虚拟服务器都可以利用VMware 虚拟对称式多重处理 (SMP)技术，通过使单个虚拟机能够同时使用多个物理处理器，增强了虚拟机性能。作为一项独特的 VMware 功能，Virtual SMP 支持虚拟化需要多处理器和密集资源的应用程序（如数据库）。
5.2.现有Windows应用的物理到虚机的迁移
为了方便用户将现有的Windows或Linux应用直接迁移成虚拟机，从而避免繁琐的重新安装过程，提供工作效率和安全性，VMware专门提供了相应的物理到虚机（P2V）的迁移工具---VMware Converter，如下图所示原理图：
5.3.SAN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ESX Server 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。
5.4.虚拟架构环境的集中管理、自动化及优化运行
为了对服务器虚拟架构进行有效的管理和监控，方案中建议配置一台独立的Windows 2003服务器来做为VI3套件中的VirtualCenter服务器，VirtualCenter服务器为 IT 环境提供了集中化管理、操作自动化、资源优化和高可用性。基于虚拟化的分布式服务为数据中心提供了前所未有的响应能力、可维护性、效率和可靠性级别。
以下 VirtualCenter附属产品提供了资源优化和高可用性特征。
使用VMware DRS将可用资源与预定义的业务优先事务协调起来，同时使用VMware分布式资源调度程序优化劳动力密集型和资源密集型操作。
使用VMotion? 迁移运行中的虚拟机和执行无中断的 IT 环境维护。
使用 VMware HA 实现经济高效、独立于硬件和操作系统的应用程序可用性。
VirtualCenter 提供了管理任意规模的虚拟 IT 环境所需的最高级别的简便性、效率、安全性和可靠性。
5.5.虚拟架构环境的整合备份
通过使用VMware Consolidated Backup软件，可以为虚拟服务器提供易于使用、集中化的备份工具，它使虚拟机内容能够从一个集中的Windows 2003代理服务器（而不是直接从ESX Server）中进行备份，它可与其他商业备份软件完美协调工作，由于只需要在备份代理服务器上配置商业备份软件的Agent，而不是象传统服务器群方式下，每台服务器都需要配置备份软件的Agent，因此可以大幅节省用户用户购买这些Agent的费用。
6.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。
4、旧硬件和操作系统的投资保护
不再担心旧系统的兼容性，维护和升级等一系列问题。
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。