镇江第二人民医院数据中心基础架构虚拟化整合项目方案书.docx
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镇江第二人民医院数据中心基础架构虚拟化整合项目方案书
镇江第二人民医院
数据中心基础架构虚拟化整合
项目方案书
版本:
V1.0
文档创建日期:
2013-3-15
信亦宏达公司
前 言
文档目的
VMwarevSphere虚拟化和NetApp存储系统是用于构建云计算基础架构的业界领先的平台。
它使用户能够自信地运行关键业务应用程序,更快速地响应业务需求,并且能够帮助用户进行服务器整合、提高服务器的可靠性和高可用性,以及实现商业连续性的策略等,而NetApp存储系统则保障了所以数据的可靠及可用性。
在同一台物理服务器上安装多个虚拟服务器,并加载操作系统以及应用系统,无论是出于使用还是测试目的,都能够以一种很经济的方式达到商业扩展或者增加服务器资源的目的。
vSphere和NetApp的解决方案加快了现有数据中心向云计算的转变,同时还支持兼容的公共云服务,从而形成了业界唯一的混合云模式的基础。
为了更好的帮助用户了解VMware虚拟架构和NetApp统一存储系统的技术服务优势以及项目管理方式,特编写了本文档供领导及相关技术人员参考。
目 录
1.概述
不断增长且集中的业务对IT部门的要求越来越高,所以数据中心需要更为快速的提供所需能力。
但如果购买新的服务器,又会增加采购成本和运作成本,还会带来更多供电和冷却的开支,而且,服务器还没有得到充分的利用。
通常,企业的服务器工作负载只利用了5%,这导致了大量的硬件、空间以及电力的浪费。
同时由于应用程序兼容性的问题,IT人员只能通过在不同场所的不同服务器中分别运行的方式,将应用程序隔离起来。
这又会导致服务器数量的增长。
购置新的服务器是一项漫长的过程,并且对耗费大量人力,往往需要数日甚至数月的考虑以及操作,这使得IT部门更加难以应对业务快速成长和不断变动的需求。
例如,对于新业务系统平台的供应和拆除需求,往往就需要消耗大量宝贵的资源和时间。
从IT管理员的角度来看,推动虚拟化技术发展的主要动力是基础架构设施的迅猛增长,而硬件部署模式又进一步加剧了基础架构的复杂程度。
应用越来越多,也越来越复杂,因此就变得更加难以管理、更新和维护。
用户希望能采用各种桌面设备、笔记本电脑、家用PC和移动设备来进行工作。
服务器价格急剧下降,服务器散乱现象仍然存在。
随着图形和多媒体的发展,数据也变得越来越丰富,文件的平均大小也在不断上升,要求不间断的在线存储。
纵观整个数据中心,技术不断增多,分布也越来越广,另外,业界和法律法规也在不断要求企业加强IT管理控制。
在这种环境下,虚拟化技术就体现了整合优势。
应用在IT的不同层面,从逻辑层将物理层抽象出来意味着逻辑组件会得到更一致的管理。
从安全角度来看,虚拟化和NetApp的统一存储技术提升了X86服务器和数据的可靠性、可用性,从基础架构层面获得了原先单机系统无法想象的功能,大大提高了业务连续性的级别,降低了故障率、减少了系统宕机的时间。
从服务器的角度来看,虚拟化技术让每台设备都能托管多种操作系统,最大化了利用率,降低了服务器数量。
从存储的角度来看,虚拟化技术可网络化、整合磁盘设备,并让多个服务器共享磁盘设备,从而提高了利用率。
从应用的角度来看,虚拟化技术将应用计算从用户设备中分离出来,并在数据中心对应用及相关数据进行整合,通过集中化技术改善了管理和系统安全性。
出于经济效益和管理安全性考虑,针对基础架构的虚拟化整合已势在必行。
2.虚拟化解决方案
2.1.方案分析和方案拓扑
本期项目采购1套NetAppFAS3200MetroCluster存储系统,MetroCluster在一组双控制器的存储系统中,部署两组完全同步镜像的磁盘柜,能够在镜像数据的两个副本之间保持严格的物理分隔,在出现无论是由磁盘问题、缆线断线还是主机总线适配器(HBA)引而发的故障时,MetroCluster都可以即时使应用系统访问镜像的数据,而系统管理员不必干扰或中断客户端应用程序的运行,由此前端业务连续性得以保证连续运行,管理员在找到造成问题原因并解决问题的过程中不必中断线上业务运营,避免代价高昂的停机时间,同时能够保证用户数据的绝对安全,其分别部署在镇江第二人民医院的两个数据中心中,能够很好的满足镇江第二人民医院VMware虚拟化应用系统7×24小时的业务持续服务能力,实现机房间的容灾。
另本期项目采购2台4路物理服务器运行VMwareVsphere虚拟化系统,分别部署在两个机房内,以实现机房之间的容灾。
A数据中心的1台物理服务器运行HIS应用,B数据中心的1台服务器运行PACS应用,另外创建一个虚拟服务器作为VC管理虚拟化资源,两边机房的虚机和应用数据全部运行在NetAppFAS3200MetroCluster存储系统中。
物理服务器上安装配置VMware虚拟架构套件vSphere企业版软件,用于在单个物理服务器实体上,利用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,就可以安装配置Windows&linux操作系统,进而再安装应用软件,这样就可以充分利用现有服务器资源,在服务器层面实现业务系统的整合。
NetApp是全球最优的统一存储系统,它与VMware是紧密的合作伙伴,所有的存储系统都经过了VMware的认证,并且可以通过VCenter进行管理。
它的高速缓存和重复数据删除技术也充分保证了诸多VMware虚拟机高速运作,并且节省至少50%的存储空间。
VMware虚拟化服务器端则使用HA虚拟机高可用技术,在正常状态下,2台物理服务器各司其职,在虚拟机上运行医疗应用系统。
如果出现服务器故障,因为数据是共享的,虚拟机将自动透明地转移到其他物理服务器中运行,保证应用系统无间断运行。
当然,有了VMware的虚拟化技术,虚拟机也可以在需要的时候随意无缝迁移到另外数据中心的其他物理机中。
虚拟化技术的引入,不会对现有的网络架构做本质上的颠覆,原先的架构仍然是延续的,只是在数据中心的基础设施方面,大大减少了需要维护和管理的设备,如服务器、交换机、机架、网线、UPS、空调等等。
原先设备可以根据制度进行折旧报废、或者利旧更新,使得IT管理人员有了更多的选择。
下图是虚拟化整合之后的IT架构:
(在本项目中,A数据中心的磁盘柜X和磁盘柜YMirror处于同一机箱中,对半使用。
)
随着虚拟化的不断应用,可以不断动态地增加虚拟化集群的规模,搭建更健康的IT体系架构。
客户端方面,延续了原先的访问模式,对于虚拟服务器的数据交互等操作,等同于原先传统物理服务器的的访问模式,不会对业务系统造成任何不利影响。
2.2.方案构成说明
通过对现有服务器的收集、分析,计划采用以下设备作为虚拟化的硬件平台,具体配置如下:
物理服务器
虚拟服务器个数
应用
IBM3850服务器1
X
HIS系统
IBM3850服务器2
X
PACS系统
VC管理节点(虚拟机)
1
VC管理
存储系统
个数
作用
NetAppFAS3200MC
1套
存储系统控制器
DS4243磁盘柜含600GB15KSAS磁盘
2台
磁盘存储柜
双口8Gb存储光纤扩展卡
2片
扩展光纤口
SAN,NAS存储协议
1套
存储协议
该部分主要介绍涉及到的硬件、软件与专业服务的情况:
硬件部分:
新购的用于服务器整合的IBM3850高性能服务器。
这2台服务器的配置如下:
四路4核至强CPU,至少64GBmemory,4块以上千兆网卡,2块HBA卡。
更高的配置才会获得更好的整合比,同时可以更好地应用vSphere的高级功能。
运行VMwarevCenterserver的配置建议如下:
一台虚拟机,至少2GBmemory,2块虚拟千兆网卡,预装Windows2003。
为了避免影响,不能安装其它管理软件或应用软件。
VMwarevCenterserver是虚拟化集群管理的核心,因此应尽量提升其运行稳定性和可靠性。
或者采用虚拟机(VM)的方式,通过引入VMwarevCenter虚拟设备进行统一管理。
NetAppFAS3200MetroCluster存储系统将两个控制器分别部署到两个数据中心,DS4243磁盘柜也是如此,从而形成同步高可用存储。
存储设备配备SAN光纤协议和NAS文件存储协议,来满足VMware虚拟机操作系统安装及医院文件存储需求。
软件部分:
主要配置以“8+1”方式体现,其中
“8”指的是8套VMware虚拟架构套件企业版(VMwarevSphere4Enterprise)使用授权;
“1”指的是1套VMwarevCenterManagementServer使用授权。
软件说明:
VMwareVSPHERE套件按照CPU数量计算lisence,一个lisence管理1个CPU;
按照2台IBM3850计算,每台服务器是4颗CPU,需要采购8套VMwareVSPHERE虚拟化套件。
另外需要单独采购一套VMwarevCenter管理软件。
专业服务:
根据需要可选购VMware提供的专业服务
2.3.方案优势
一、数据存储的故障避免与安全优势
(1)全冗余结构、集群切换接管:
FAS3200统一存储设备。
支持双控制器配置集群,在其中一台出现任何故障的情况下,集群软件负责实现故障的切换和接管。
控制模块采用电源、风扇等关键部件的冗余设计,实现无缝切换,保证单个部件失效时系统仍可以连续正常工作,确保用户的应用不会中断和数据的最大可用性。
(2)真正可用RAID6(RAIDDP)技术:
用的提供业界安全级别较高的RAIDDP(RAID6)技术,实现了在一个RAID内部,即使任意两块磁盘同时失效,也不会造成数据丢失,保证系统可靠运行。
整体可靠性比RAID5提高3000倍以上。
同时性能没有任何下降,不象其他的RAID6在应用时性能会下降20%,RAIDDP(RAID6)能真正应用到关键的生产作业环境中。
二、性能的优势
(1)高性能、高扩展的前后端接口(4/8Gb光纤接口、1/10Gb网口、FCoE接口):
每套FAS3200,最多可以扩展到8个8Gb光纤接口或20个4Gb光纤接口。
万兆以太网端口最多可以扩展到8个或20个千兆以太网端口,以太网端口可以接入到NAS环境中的以太网交换机。
以太网端口可以通过VIF功能实现端口的聚合,达到扩展带宽和实现链路冗余的目的。
FAS3200可以扩展FCoE扩展卡,最多可以扩展8个FCoE端口。
(2)高速的SAS连接:
每套FAS3200,板载4个6GbSAS接口,最多可以扩展到20个6GbSAS端口,用于连接SAS设备或后端扩展磁盘柜。
FAS3200控制器后端可以扩展连接磁盘架,最大配置磁盘数量600块,扩展磁盘架依靠相应的模块和SAS线连接,用于前端服务器虚拟化应用系统的存储应用。
(3)高性能加速模块:
FAS3200标配内存16GB,通过性能加速模块扩展,增加两块512GB性能加速模块,整个系统高速缓存达到1TB,使整体存储性能得到大幅提高。
例1:
通过PAM加速软件与高达1TB性能加速模块的配合,使数据库小数据块随机读时通过PAM加速软件智能预读的处理,将高达1TB的数据加速模块中,随机读的命中率可高达50%-90%,大幅的提高系统的小数据块随机IOPS,满足前端系统对存储高性能的要求。
例2:
如虚拟桌面多台、几十、上百台同时启动时,由于操作系统绝大多数都是相同的文件,并配合内置的重复数据删除,第1台机器启动过中将操作系统文件预读到性能加速模块中,后续机器启动读取文件会最高达95%从高性能的加速模块中读出,大大加快启动速度,解决启动风暴。
(4)数据Qos分级管理:
工作负载平衡与优先级-FlexShare可提供多达五个优先级别,通过优先级别预定义,自动化的负载平衡处理,以满足不同部门的对系统实时性能需求的调整。
我们的FlexShare软件是功能强大的服务质量工具,它使您能够为系统上整合的多个应用工作负荷分配各个优先级,使您能够信心十足地进行VMware整合。
使用该软件,您可以调整在系统利用率高的条件下,系统应如何确定其资源的优先级。
FlexShare提供五个优先级,您可以逐卷进行设置,可以:
●确定特定数据集的优先级并在必要时更改优先级。
●设置每卷和每个缓存的策略,并指定卷的相对优先级。
三、统一的存储系统
(1)支持FCSAN/IPSNA/NAS在一个平台上。
从而支持企业将虚拟和物理资源整合到集中的存储系统中,真正的支持虚拟服务器存储的应用。
(2)配置ISCSI协议软件,实现前端主机到后端的存储设备的IPSAN连接,满足虚拟化对共享存储的需求。
四、对虚拟化灵活的磁盘规划与自动精简配置
(1)NetApp独特的DATAONTAP操作系统,内置Snapshot功能,可以瞬间保存磁盘的快照,一旦出现数据丢失,可以在很短的时间内通过快照简单灵活的恢复数据。
(2)灵活的容量分配管理:
系统可以灵活的划分出应对项目存储需求的虚拟空间容量,但未真正使用部分实际并不用磁盘物理的空间容量,并且可以随时根据不同项目对存储空间容量的需求,对项目需要占用的磁盘空间进行扩大或缩小。
(其他厂家通常可以通过较复杂的操作进行容量的扩大,但无法进行容量占用的缩小)
FlexVol功能是将物理的磁盘与逻辑的卷从创建阶段隔离开来。
在FlexVol的概念中,RAID磁盘组首先组成一个物理存储池(aggregate),而卷的创建是基于物理存储池之上的。
卷的大小可以在20MB到16TB之间任意调整,而且扩展的最小单位是1MB。
由于通过FlexVol进行的卷的扩展已经摆脱了与物理磁盘的关系,所以大大简化了卷扩展步骤,同时扩展的全部过程可以在1分钟内完成。
(3)重复数据删除能以单个共享数据块为参考寻找相同的数据块并将其替换,从而提高效率。
相同的数据块可能属于多个不同的文件或LUN,或者可能重复出现在同一个文件中。
重复数据删除是NetAppWAFL文件系统不可或缺的一部分,该系统管理NetAppFAS系统上所有存储。
因此,不管您运行何种应用程序或如何访问数据,重复数据删除都在”后台”运行,并且开销很低。
至于用户能节约多少空间,则取决于数据集和它所包含的重复数据删除量。
五、NETAPP在VMware中的管理优势
(1)配置DFM管理工具,具有基于Web的直观图形用户界面,可以对包括物理设备和网络在内的整套存储基础设施进行集中管理,并且它还能实现对存储资源的预配置,对存储系统提供了安全而又全面的数据管理功能。
(2)VCenter控制台直接集成管理NetApp存储,VMware管理员在控制台直接使用NetAppDataONTAP功能,包括自动精简配置、即时Snapshot复制和克隆、快速备份和恢复、高可用性(RAID-DP)和重复数据删除。
六、虚拟化存储空间的效率保证技术
通过提升存储效率,您能够显著降低您的整体存储需求,这带来的是在能耗、制冷和空间方面的节省。
借助NetAppFlexVol技术提供的灵活配置功能,NetApp客户定期获得60%或更高的存储利用率,而行业的平均利用率则接近30%。
NetApp提供一系列额外技术进一步提升存储利用率,包括重复数据删除,精简配置管理,虚拟数据克隆等。
技术
应用优势
RAIDDP
RAID-DP®的双重奇偶校验保护,一旦两个磁盘同时发生故障可提供保护,相比于数据镜像节省46%。
重复数据删除
NetApp重复数据删除确定和消除数据块级冗余。
对于大多数数据集,空间节省可达25%至55%;对于存储在磁盘上的全备份,最高空间节省可达95%;对于虚拟服务器和桌面环境,空间节省可达70%至95%;对于工程应用环境,最高空间节省可达70%。
自动精简配置
借助NetApp自动精简配置,存储可作为一种共享资源,容量仅只有在需要的时候才被消耗。
自动精简配置能够减少您的存储容量需求20%至30%。
数据快照
NetApp提供空间有效、不间断的Snapshot™技术。
相比于其它同类产品,NetAppSnapshot技术提供高达80%的空间节省。
精简数据复制
复制是一种确保业务连续性的有效方法。
NetAppSnapMirror和
SnapVault软件仅对增加的数据块迁移进行操作——精简迁移——在初始基线之后,节省带宽,减低基于磁盘的备份所需的存储。
如果您的原始卷是重复数据删除的,那么目标卷将继承同样的空间节省,原始存储系统和目标存储系统不必是同样的模式和配置。
虚拟克隆
NetAppFlexClone®技术让您在数秒钟内创建一个数据集的“虚拟副本”,当对克隆做出改动时仅消耗额外的存储空间——这让它对包含了同一操作系统的许多副本的虚拟环境来说是一种理想技术。
空间节省能够高达80%。
2.4.方案实施后的效果
虚拟化项目成功实施之后,服务器数量、网络设备、机架、其它外设以及IT支撑设备会大量减少,机房环境会变得更加易于管理并井井有条。
vCenter是一个强大的集中虚拟化管控工具,通过vCenter可以管理到虚拟化涉及的方方面面,纵观整个虚拟化架构也是基本功能。
下图演示了通过vCenter查看虚拟化架构拓扑的实景图。
图表vCenter演示
从管理角度观察,虚拟平台环境一目了然,运行状态、功能信息等随时掌握。
下面是通过管控中心vCenter进行管理的界面演示:
图表vCenter演示
图中左边是硬件设备以及虚拟设备资产,右边是状态信息以及各种配置信息等,所有可管理的内容都容纳在vCenter之中。
vCenter是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,对所有物理服务器及其上的虚拟服务器进行统一管理的工具。
可以看到,虚拟化集群之内的配置参数、运行状态、逻辑关系等等信息都可以一目了然的呈现出来。
同时还可以针对集群定义所需要的高级功能,如HA、vMotion、DRS等。
如果集群之中出现硬件故障,可以通过虚拟化快速恢复,保证较高级别的业务连续性水平。
对于性能的监控、管理,vCenter也极为便利,可以根据需求定义需要监控的资产设备,快速定位性能瓶颈或发现问题根源。
如下图所示:
图表vCenter演示
VMware还提供了Web客户端,可以从全球任何位置以Web方式访问虚拟化平台vsphere,并且完成对数据中心的操控管理。
就像如下界面:
集中化的管控中心可以完成绝大部分的IT管理职能,大大减少了琐碎的管理事务,提高管理人员的生产效率。
经过一段时间的运行,还可以进行“节能减排”带来的效益分析,从绿色环保角度体会虚拟化带来的益处。
经过不断的利旧扩容,或者采购高配置服务器,逐渐扩大虚拟化的范围和规模,最后形成“云计算”架构的IT基础框架,达到提升IT管理水平的目的。
2.5.VMwarevSphere配置
本方案的主体部分是2台安装了VMwarevSphere软件的四路服务器。
虚拟化架构内部连接方式如下图所示:
1、特别需要注意的是在按照上述步骤安装完虚拟机后,还要进一步给虚机安装VMwareTools,对于官方支持的虚机上的操作系统,VMware都会提供相应的VMwareTools,VMwareTools可以改进虚机的显示性能、鼠标响应速度,提供理想化虚拟网卡支持以获得更高网络效率,以及用于响应ESX服务器的所发出的一些命令来实现类似随ESX服务器自动重起或Shutdown等功能,非常有用。
请参考上述文档同样章节相关内容以及里边连接所提供文档中注明的一些注意事项,以使VMwareTools能够正确安装并使用;
2、对于现有需要上收整合的应用,建议在虚机配置时,都采用单颗虚拟CPU(vCPU)的方式,如果应用不能支持多个CPU并行运算的操作,配置多虚拟CPU反倒更浪费资源,造成系统响应速度变慢。
3、如果不能确认应用是否能够支持并发的CPU运算操作,也可以同时用单虚拟CPU的虚机和双虚拟CPU的虚机做个对比测试,跑同样的应用,看看哪种情况下,应用的响应速度最好。
但切记对于超线程的服务器,不能把超线程打开后看到的两颗CPU当成是真正的两颗CPU,所以如果是双路单核超线程CPU的服务器,每个虚拟机最大只能配置成双路虚拟CPU。
对于双核CPU,每个核可以做为一个独立的CPU来看待。
4、在创建虚机过程中,当提示选择何种SCSI控制器时,建议选用LSILogic控制器,而不是BusLogic控制器,前者具有更好的性能。
5、建议每台服务器配置4~6块千兆网卡,并且采用NicTeaming的方式,将两块网卡为一组接入同一个VirtualSwitch,同时在为虚机和ServiceConsole创建PortGroup时,不同虚机采用不同的网卡主备策略,如虚机1以A网卡为主,B网卡为备,虚机2相反,这样既能充分利用每一块网卡,保证性能,互相之间又有冗余备份,当一块网卡出现问题时,另一块网卡自动接管,提高可用性。
如果可能的话,最好设置VLAN,以便于把生产网络与管理ESX服务器所用的管理网络分离开来,以保证最大的安全可靠性。
6、建议每个虚机都设置一下CPU及内存资源的最小值,不需要太大,比如主频保留值可以在300MHz左右,内存保留值可以在512MB左右,最大值可以不用设定,这样既能保证每个虚机都有最基本的私有资源可供使用,又能在需要时获得更多资源以应付更多访问要求。
ESXServer5.0是VMware虚拟架构套件vSphere的基础组成部分,是动态、自我优化的IT基础结构的基础。
<0}{0><}100{>VMwareESXServer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。
<0}{0>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。
<0}{0>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。
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双路服务器上创建多个虚拟服务器的方式,来完成传统方式需要更多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3.0GHzCPU,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。
2.6.VMwarevCenter配置
为了对服务器虚拟架构进行有效的管理和监控,方案中建议采用虚拟机(VMwarevCenterAppliance)的方式配置v
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