VMware虚拟化及容灾解决方案.docx

1、VMware虚拟化及容灾解决方案CommVault虚拟化数据管理解决方案VMware虚拟化环境的数据保护 CommVault Simpana 软件革命性的数据管理解决方案，不仅定位于现阶段数据环境遇到的问题，更可以帮助用户快速过渡到未来数据中心的虚拟化和云环境，利用各种技术，使用户享受现代化数据中心带来的种种益处。使用CommVault Simpana 软件对虚拟化进行保护，用户可以: 几分钟内保护数百台虚拟机，且对物理生产服务器无影响 内置源端/目标端重复数据删除功能，缩减备份数据量 100%保证虚机内应用的一致性 颗粒级的数据恢复、内容检索和电子发现 全方位的存储资源管理，通过详细报表方便

2、理环境和虚拟架构的管理总之，Simpana 软件可以保证数据管理，方便用户快速切换到虚机化环境。一、VMware云计算数据中心解决方案1.1服务器虚拟化VMware的服务器虚拟化解决方案vSphere是业界领先的用于构建云计算基础架构的虚拟化平台。它使得 IT 能以最低的TCO（总体拥有成本）满足要求最严格的关键业务应用的SLA。vSphere通过在计算、存储、网络、可用性、安全和自动化等方面提供的一整套应用和基础架构服务实现了一个完整、高效，安全的虚拟化平台。vSphere所提供的服务如下图所示。图：VMware vSphere虚拟化平台vSphere具有如下的优势。 通过提高利用率和实现自

3、动化获得高效率：可实现 15:1 或更高的整合率，将硬件利用率从 5%15% 提高到 80% 甚至更高，而且无需牺牲性能。 大幅降低IT成本：可使资金开销最多减少70%，并使运营开销最多减少 30%，从而为 vSphere 上运行的每个应用降低20%30%的IT基础架构成本。 兼具敏捷性和可控性：能够快速响应不断变化的业务需求，而又不牺牲安全性或控制力，并且为vSphere上运行的所有关键业务应用提供零接触式基础架构，并内置可用性、可扩展性和性能保证。 可自由选择：借助基于标准的通用平台，可以充分利用各种现有IT资产及新一代IT服务，而通过开放式API，可借助来自全球领先技术提供商体系的解决方

4、案使vSphere提供更强大的功能。1.1.1概述vSphere 可加快现有数据中心向云计算的转变,同时还支持兼容的公有云服务,从而为业界唯一的混合云模式奠定了基础。vSphere，许多群体称之为“ESXi”，即底层虚拟化管理程序体系结构的名称，这是一种采用尖端技术的裸机虚拟化管理程序。vSphere 是市场上最先进的虚拟化管理程序，具有许多独特的功能和特性，其中包括： 磁盘空间占用量小，因此可以缩小受攻击面并减少补丁程序数量 不依赖操作系统，并采用加强型驱动程序 具备高级内存管理功能，能够消除重复内存页或压缩内存页 通过集成式的集群文件系统提供高级存储管理功能 高I/O可扩展性可消除 I/O

5、瓶颈基于VMware vSphere 的虚拟数据中心由基本物理构建块（例如 x86 虚拟化服务器、存储器网络和阵列、IP 网络、管理服务器和桌面客户端）组成。图：vSphere 数据中心的物理拓扑vSphere 数据中心拓扑包括下列组件: 计算服务器 在祼机上运行 ESXi 的业界标准 x86 服务器。ESXi 软件为虚拟机提供资源，并运行虚拟机。每台计算服务器在虚拟环境中均称为独立主机。可以将许多配置相似的 x86 服务器组合在一起，并与相同的网络和存储子系统连接，以便提供虚拟环境中的资源集合（称为群集）。 存储网络和阵列光纤通道SAN 阵列、iSCSI SAN 阵列和 NAS 阵列是广泛应

6、用的存储技术，VMware vSphere 支持这些技术以满足不同数据中心的存储需求。存储阵列通过存储区域网络连接到服务器组并在服务器组之间共享。此安排可实现存储资源的聚合，并在将这些资源置备给虚拟机时使资源存储更具灵活性。 IP 网络每台计算服务器都可以有多个物理网络适配器，为整个 VMware vSphere 数据中心提供高带宽和可靠的网络连接。 vCenter ServervCenter Server 为数据中心提供一个单一控制点。它提供基本的数据中心服务，如访问控制、性能监控和配置功能。它将各台计算服务器中的资源统一在一起，使这些资源在整个数据中心中的虚拟机之间共享。其原理是：根据系统

7、管理员设置的策略，管理虚拟机到计算服务器的分配，以及资源到给定计算服务器内虚拟机的分配。在 vCenter Server 无法访问（例如，网络断开）的情况下（这种情况极少出现），计算服务器仍能继续工作。服务器可单独管理，并根据上次设置的资源分配继续运行分配给它们的虚拟机。在vCenter Server 的连接恢复后，它就能重新管理整个数据中心。 管理客户端 VMware vSphere 为数据中心管理和虚拟机访问提供多种界面。这些界面包括 VMware vSphere Client (vSphere Client)、vSphere Web Client（用于通过 Web 浏览器访问）或 vSp

8、here Command-Line Interface (vSphere CLI)。1.1.2计算功能特性1.1.2.1虚拟机计算性能虚拟机是一个由VMkernel控制的软件构造体。所有虚拟机配置信息、状态信息和数据都封装在存储在数据存储中的一组离散文件中。这使虚拟机具有可移动性，并且易于备份或克隆。图：虚拟机文件虚拟机具有如下基本特性： 分区：可在一台物理机上运行多个操作系统，并在多个虚拟机之间分配系统资源 隔离：虽然多个虚拟机可以共享一台计算机的物理资源，但它们相互之间保持完全隔离。由于隔离的原因，虚拟环境中运行的应用在可用性和安全性方面远优于在传统的非虚拟化系统中运行的应用。 封装：虚拟

9、机实质上是一个软件容器，它将一整套虚拟硬件资源与操作系统及其所有应用捆绑或封装在一起。通过封装，虚拟机获得了超强的移动性并且易于管理。 硬件抽象化: 虚拟机完全独立于其底层物理硬件。可以为虚拟机配置与底层硬件上存在的物理组件完全不同的虚拟组件。由于虚拟机独立于硬件，再加上它具备封装和兼容性这两个特性，因此可以在不同类型的 x86 计算机之间自由地移动它，而无需对设备驱动程序、操作系统或应用进行任何更改。事实上，您可以在一台物理计算机上混合运行不同类型的操作系统和应用。图：虚拟机特性 CPU虚拟化VMware通过CPU虚拟化技术解决了如何在一个操作系统实例中运行多个应用的难题。实现这一任务的困难

10、之处在于每一个应用都与操作系统之间有着密切的依赖关系。一个应用通常只能运行于特定版本的操作系统和中间件之上。这就是Windows用户常常提到的“DLL地狱”。因此，大多数用户只能在一个Windows操作系统实例上运行一种应用，操作系统实例独占一台物理服务器。这种状况会导致物理服务器的CPU资源被极大地浪费。能够使多个操作系统实例同时运行在一台物理服务器之上，是VMware所提供的CPU虚拟化技术的价值所在。通过整合服务器充分利用CPU资源，可以给用户带来极大的收益。服务器整合的益处能够得以实现的前提是工作负载并不需要知晓它们正在共享CPU，虚拟化层必须具备这种能力。这是CPU虚拟化与其它虚拟化

11、形式所不同的地方。 内存虚拟化ESXi 裸机体系结构的强大功能主要体现在内存优化方面，这些功能可提高内存使用效率。ESXi 主机的内存管理支持安全地过量分配内存。分配给每个虚拟机的内存总和可超过主机上安装的物理内存总和。ESXi 主机采用了几种有效方法来支持安全的内存过量分配。例如，过量分配率为 2:1 时，通常只会对性能产生非常小的影响。图：内存的过量分配内存通常是最有限的资源，vSphere VMkernel 管理服务器的 RAM，可进行多种资源节约操作。通过 VMware 设计的若干功能，vSphere 可支持实现 RAM 的高效使用和更高的整合率，包括透明页共享、客户机内存回收和内存压

12、缩。实现过量分配的内存管理机制如下： 透明页共享TPS（Transparent page sharing）TPS 是 VMware 独有的一种内存优化方法。VMkernel 可检查虚拟机存储的每个内存页面，以便识别相同的页面，并仅存储一个页面副本。 气球内存回收 ESXi 主机使用一种随 VMware Tools 提供的内存释放驱动程序，该程序安装在每个虚拟机中。如果内存不足，则 VMkernel 将选择一个虚拟机并扩充其内存，也就是说，它会通知该虚拟机中的释放驱动程序从客户操作系统要求更多的内存。客户操作系统通过生成内存满足这一需求，然后 VMkernel 会将释放出的页面分配给其他虚拟机。

13、 内存压缩当内存过量分配时，内存压缩可以帮助提高虚拟机性能。默认情况下已启用该功能。因此当主机内存过量分配时，ESXi会在尝试将该页面交换到磁盘前压缩虚拟页面并将其存储在内存中。 主机级SSD交换文件每个虚拟机都包含一个 VMkernel 交换文件。如果多个虚拟机需要完全使用分配给它们的内存，则 ESXi 主机将根据为每个虚拟机指定的内存资源设置，按比例将其内存区域交换到本地或网络固态驱动器 (SSD) 设备中。将虚拟机内存分页移到磁盘中: 如非必要, 系统不会使用 VMkernel 交换空间, 因为这种方式的性能很差。 虚拟机性能虚拟机有一个对应的硬件版本的概念，该硬件版本指示虚拟机支持的虚

14、拟硬件特性，如 BIOS 或 EFI、虚拟插槽数、最多 CPU 数、最大内存配置和其他硬件特征。创建虚拟机所用的 vSphere 主机的版本决定了虚拟机的硬件版本。最新版本支持的最大虚拟机能力为：64个虚拟CPU、1TB内存、1000000 IOPS的磁盘读取速度以及36Gbs以上的网络吞吐量。远远大于典型应用的需求，足以满足关键应用和甚至大数据的需求。这足以满足每天处理 20 亿次交易的大规模数据库的需求，只需一台虚拟机，即可存储 NASDAQ每天 20 亿笔交易的全部信息图：虚拟机容量演进以适应更大关键应用 关键应用虚拟化 下图可见，越来越多的关键应用已经运行在虚拟化平台之上.图：关键应用

15、虚拟化比例虚拟化给关键应用带来了如下的好处： 效益：降低应用程序成本 敏捷性：提高应用程序服务质 自由度：缩短应用程序生命周期图：动态扩展应用程序的资源已适应不同SLA将关键应用部署到虚拟化平台可以使应用程序的资源按需扩展，以满足业务变化和适应不同SLA的需要。 支持动态的扩展： 热添加容量：CPU和内存热添加 利用vMotion迁移到更强大的主机，不影响业务的连续性。 在几分钟内就可以调配附加的应用程序实例。实验得出，超过95% 以上的应用程序在 VMware vSphere 上可达到甚至超过本机性能。 VMware 虚拟机扩展性能很好 64 个虚拟 CPU，1TB 内存 开销很小（通常为

16、2% 至 10%） 虚拟化的主机更易于扩展 使用所有核心（64 个核心或更多） Exchange 服务器容量增大一倍 性能基准测试设定了标准 8,900 个并发 TPC-C 事务SPECweb2005 的结果为“优于物理”创世界纪录的 TPC-H 性能 1.1.2.2向大数据扩展VMware正努力推进vSphere为基础的数据中心和虚拟化平台，使其能够支持Apche Hadoop的工作负载，帮助企业在一个通用的虚拟化基础架构上部署、运行和管理Hadoop集群以及周边的核心应用，以发掘大数据的价值，为业务决策提供真实的依据。vSphere计算平台内置的敏捷性、弹性、负载均衡、可靠性和安全性，为大

17、数据拓展铺平了道路。 敏捷性使用 vSphere 虚拟化 Hadoop 可以实现更高级别的敏捷性，有助于部署、运行和管理 Hadoop 集群，同时保持与物理部署不相上下的系统性能。通过一个易于使用的用户界面，企业只需单击相应按钮即可部署资源，以适应不断变化的业务需求。 弹性扩展通过将数据与计算分离开来，以实现弹性扩展，同时保持数据的持久性，可以大幅扩展 Hadoop 集群。 通过将计算和数据放置在单独的虚拟机中，管理员可以使用/停用无状态计算节点来适应快速变化的业务需求，同时保持数据的持久性和安全性。 智能扩展能力使企业能够提高资源利用率和灵活性，通过对弹性 Hadoop 环境中的资源进行池化

18、来适应突发性工作负载 。 混合工作负载功能不再需要为 Hadoop 集群购买专用硬件。 通过对计算和存储资源进行池化，企业可以通过创建多个运行于一个物理集群上的分布式工作负载，重新分配未使用的资源，用于运行其他工作负载。 这使企业能够创建真正的多租户机制，以使多种不同类型的应用同时运行在一个物理集群上。 可靠性和安全性利用 vSphere 为 Hadoop 工作负载提供的在企业中广泛接受的高可用性解决方案，同时通过虚拟机级隔离，保证数据始终受到保护。 使用 vSphere 虚拟化 Hadoop 集群使企业能够放心地运行利用率极高的高性能集群。1.1.2.3CPU和内存的热添加和磁盘的热扩展热添

19、加使管理员可以在虚拟机需要时为其增加 RAM 和 CPU 资源，同时不会中断虚拟机的使用。这样可减少停机时间并确保虚拟机中的应用始终拥有所需的资源。即使制定了最好的规划，应用所需的资源有时还是超出预期，Sphere5 支持热添加vCPU和内存以及热添加/热扩展虚拟磁盘，从而实现虚拟机资源的动态添加。通过在不中断应用或终端用户的情况下为虚拟机调配添加vCPU，内存和硬盘，热添加和热扩展能力允许IT为应用添加可用资源。所有虚拟机都支持虚拟磁盘的热添加/热扩展。所有在物理服务器上本地支持热添加vCPU/内存的客户操作系统，都支持虚拟机CPU/内存的热添加。1.1.2.4分布式资源调度DRSvSphe

20、re Distributed Resource Scheduler (DRS) 可以跨 vSphere 服务器持续地监视利用率，并可根据业务需求在虚拟机之间智能分配可用资源。DRS能够从以下三个层面帮助客户调度资源： 根据业务优先级动态地调整资源 平衡计算容量 降低数据中心的能耗 根据业务需求调整资源DRS 将 vSphere 主机资源聚合到集群中，并通过监控利用率并持续优化虚拟机跨 vSphere 主机的分发，将这些资源动态自动分发到各虚拟机中。 将 IT 资源动态分配给优先级最高的应用 为业务部门提供专用的 IT 基础架构，同时仍可通过资源池化获得更高的硬件利用率 使业务部门能够在自己的资

21、源池内创建和管理虚拟机 平衡计算容量DRS 不间断地平衡资源池内的计算容量，以提供物理基础架构所不能提供的性能、可扩展性和可用性级别。 提高服务级别并确保每个虚拟机能随时访问相应资源 通过在不中断系统的情况下重新分发虚拟机，轻松部署新容量 自动将所有虚拟机迁出物理服务器，以进行无停机的计划内服务器维护允许系统管理员监控和有效管理更多的 IT 基础架构，提高管理员的工作效率DRS 使用户可以跨集群中的所有主机创建资源池，并应用集群级别的资源分配策略。除资源池和资源分配策略之外，DRS 还提供以下资源管理功能： 初始放置当集群中的某个虚拟机启动时，DRS 会将其放在一个适当的主机上，或者根据选择的

22、自动化级别生成放置建议。 负载平衡DRS 可以跨集群中的 vSphere 主机分配虚拟机工作负载。 DRS 持续监控活动工作负载和可用资源，并执行或建议执行虚拟机迁移，以最大限度提高工作负载性能。 集群维护模式DRS 可以根据当前集群情况确定可以同时进入维护模式的最佳主机数量，从而加快 VMware Update Manager 修补过程。 限制更正在主机出故障或主机进入维护或待机模式后，DRS 可以根据需要在 vSphere 主机间重新分配虚拟机，以便符合用户自定义的关联性和反关联性规则。关联性、反关联性规则：虚拟机的关联性规则用于指定应将选定的虚拟机放置在相同主机上(关联性)还是放在不同主

23、机上 (反关联性)。 关联性规则用于系统性能会对虚拟机之间的通信能力产生极大影响的多虚拟机系统。 反关联性规则用于负载平衡或要求高可用性的多虚拟机系统。1.1.2.5分布式电源管理DPM分布式电源管理vSphere Distributed Power Management (DPM) 可持续优化数据中心的能耗。当 DRS 集群中的虚拟机所需资源较少时（例如在夜间和周末），DPM 会将工作负载整合到较少的服务器上，并关闭其余服务器以减少能耗。当虚拟机资源需求增加时，DPM 会让关闭的主机恢复联机，以确保达到服务级别要求。 在利用率较低的时段，最多可使数据中心日常的电力和散热成本降低 20% 自动

24、管理数据中心的能效启用 DPM 后，系统会将集群级和主机级的容量与集群中运行的虚拟机的需求做比较。如果正在运行的虚拟机的资源需求可由集群中的一部分主机满足，DPM 会将虚拟机迁移到这部分主机上，然后关闭不需要的主机。资源需求增加时，DPM 会重新启动这些已关闭的主机并将虚拟机迁移到这些主机上。DPM 执行的这一合理的动态集群规模调整操作不但降低了集群的能耗，而且不会影响虚拟机性能或可用性，集群能耗的降低也节约了成本。此外，还可以将 DPM 设置为仅就开机/关机操作提出建议。图：能源优化DPM图例1.1.3存储功能特性VMware vSphere 存储虚拟化是 vSphere 功能与各种 API

25、 的结合，提供一个抽象层供在虚拟化部署过程中处理、管理和优化物理存储资源之用。存储虚拟化技术提供可从根本上更有效管理虚拟基础架构的存储资源的方法，使组织能够： 大幅提高存储资源利用率和灵活性。 无论采用何种存储拓扑，均可简化操作系统修补过程并减少驱动程序要求。 增加应用的正常运行时间并简化日常操作。 充分利用并完善现有的存储基础架构。ESXi 提供主机级别的存储器虚拟化，即采用逻辑方式从虚拟机中抽象物理存储器层。ESXi 虚拟机使用虚拟磁盘来存储其操作系统、程序文件，以及与其活动相关联的其他数据。虚拟磁盘是一个较大的物理文件或一组文件，可以像处理任何其他文件那样复制、移动、归档和备份虚拟磁盘，

26、管理员可以配置具有多个虚拟磁盘的虚拟机。ESXi 支持光纤通道 (FC)、Internet SCSI (iSCSI)、以太网上的光纤通道 (FCoE) 和 NFS 协议。无论主机使用何种类型的存储设备，虚拟磁盘始终会以挂载的 SCSI 设备形式呈现给虚拟机。虚拟磁盘会向虚拟机操作系统隐藏物理存储器层。这样可以在虚拟机内部运行未针对特定存储设备（如 SAN）而认证的操作系统。下图描述了使用不同存储器类型的五个虚拟机，以说明各个类型之间的区别。图：访问不同类型存储器的虚拟机1.1.3.1Storage Distributed Resources Scheduler (DRS)分布式资源调度管理（D

27、RS）可以基于CPU和内存资源的利用率来分配和均衡虚拟机的工作负载，存储DRS将此功能延伸到了存储，它使智能虚拟机的初始部署更智能，并能基于集群内存储设备的I/O、容量等状况实现负载平衡。存储DRS会持续监控存储空间使用量和存储I/O负载，并据此协调存储资源来满足业务增长需要，以及对运行的虚拟机进行智能部署，并在必要的时候将工作负载从一个存储资源转移到另外一个，以确保最佳的性能，避免I/O瓶颈，提高所有应用的服务级别。 负载平衡vSphere Storage DRS 可持续平衡存储空间使用量和存储 I/O 负载，同时避免出现资源瓶颈，以满足应用服务级别要求。 利用 Storage DRS，您可

28、以：将更多存储容量部署并集成到存储池。充分利用新容量。提高所有应用的服务级别。允许 vSphere 管理员监控和管理额外的基础架构，从而提高他们的工作效率。 持续监控Storage DRS 可以在预分配的整个数据存储池中监控存储空间和 I/O 使用情况，并据此协调存储资源来满足您的业务增长需要。 通过 Storage DRS 的监控功能，您可以：指定如何利用规则和策略将存储资源分配给虚拟机。为业务部门分配专用的存储基础架构，同时通过存储卷池提高存储利用率。授权业务部门在其存储池内创建和管理虚拟机，同时对所有存储资源进行 IT 控制。 无中断维护当 vSphere 管理员将启用了 Storage

29、 DRS 的数据存储集群置于维护模式时，Storage DRS 便会将虚拟机磁盘文件移至其他数据存储。 在所有虚拟磁盘都已移至集群内的其他数据存储前，数据存储将一直处于“正在进入维护模式”状态。 Storage DRS 还可提供：关于将虚拟磁盘迁移到何种位置的建议一个故障列表，其中显示无法移动的虚拟机磁盘文件及具体原因1.1.3.2配置文件驱动的存储配置文件驱动的存储，可以确保虚拟机基于底层存储平台的服务水平协议、可用性、性能和能力实现合理部署。利用配置文件驱动的存储可以清楚查看存储池的情况，从而可以优化并自动完成存储调配。管理员可以批量调配数据存储，无需再逐一调配虚拟机，从而可满足不断增长的

30、业务需求。借助配置文件驱动的存储，管理员可以确保应用程序服务级别与可用存储相匹配，从而使所需的日常监控和故障排除工作变得十分有限。存储管理员不必协调多个团队即可分配存储，因此可以延长应用正常运行时间并提高业务连续性。 简化存储调配利用配置文件驱动的存储可以清楚查看存储池的情况，从而可以优化并自动完成存储调配。 使 vSphere 管理员能够克服前期的各种存储调配难题，例如容量规划、差异化服务级别以及容量预留空间的管理。 管理员可以批量调配数据存储，无需再逐一调配虚拟机，从而可满足不断增长的业务需求。按照预定义的要求管理虚拟机的初次放置和日常放置。创建数据存储集群支持 Storage DRS。通

31、过与 vSphere APIs for Storage Awareness (VASA) 集成，可以深入了解存储的特征。 确保应用服务级别与可用存储相匹配在您必须手动选择不同的数据存储和不同的存储层时，让应用程序服务级别与可用存储匹配十分困难，尤其是当应用程序的正确服务级别未知或在其整个生命周期中发生变化时。 借助 vSphere 配置文件驱动的存储，vSphere 管理员可以确保应用程序服务级别与可用存储相匹配，从而使所需的日常监控和故障排除工作变得十分有限。使用合规性检查可确保虚拟机始终位于适当的存储上。通过 Storage vMotion 找到不合规的虚拟机并纠正这种错误。 无需复杂的协

32、调即可分配存储对于支持动态环境所需的存储管理，可能需要在应用所有者、虚拟机所有者和存储管理员之间进行多方协调，因此经常会造成关键应用停止工作。 得益于配置文件驱动的存储，存储管理员在其工作过程中不会再造成服务中断，也不必协调多个团队。延长应用正常运行时间并提高业务连续性。减少管理团队之间的协调工作。减少适当分配存储所需的工作量。1.1.3.3Storage vMotionvMotion可以在主机之间迁移正在运行的虚拟机而不中断服务，它针对的是虚拟机的运行时状态，迁移的是正在运行的虚拟机，而Storage vMotion可以在存储阵列内和跨存储阵列实时迁移虚拟机磁盘文件，进而避免因计划内存储维护而造成的应