数据中心的服务器虚拟化与运维管理解决方案模板-V6.0.docx

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数据中心的服务器虚拟化与运维管理解决方案模板

2024/7/18

文档名称
数据中心的服务器虚拟化与运维管理解决方案模板
作者
周 晶
邮箱
jingz＠vmware。com
版本
V1。0
变更记录
2014.04.17 V1。0 初稿
2014.09.04 V1。1 增加了“培训服务”相关内容
2015。03.13 V6。0 基于vSOM 6.0进行全面更新
文档描述
本文档是数据中心的服务器虚拟化与运维管理的解决方案模板，对应于VMware的vSphere with Operations Management (vSOM） 6。0
目 录
1 概述 5
1。1 项目背景 5
1。2 现状分析 5
2 VMware服务器虚拟化与运维管理解决方案概述 12
2.1 服务器虚拟化解决方案 13
2。2 虚拟化环境下的运维管理解决方案 14
2.3 版本比较 17
3 服务器虚拟化解决方案 20
3。1 vSphere体系架构 20
3。1.1 基于vSphere的虚拟数据中心基础架构 20
3.1。2 ESXi体系结构 22
3.1。3 资源分配方式 27
3.2 计算功能特性 29
3.2.1 虚拟机计算性能 29
3。2.2 虚拟机性能 36
3。2.3 关键应用虚拟化 36
3。2.4 虚拟机迁移 38
3.2。5 向大数据扩展 42
3.2。6 CPU和内存的热添加和磁盘的热扩展 43
3。2。7 分布式资源调度DRS 43
3.2.8 分布式电源管理DPM 45
3。2.9 NVIDIA GRID vGPU 46
3.3 网络和安全功能特性 47
3.3.1 vSphere标准交换机(VSS） 48
3。3.2 vSphere 分布式交换机(VDS） 49
3。3。3 网络 I/O 控制 (NIOC） 53
3.3。4 无代理终端安全防护 55
3。4 存储功能特性 60
3。4.1 虚拟化环境的存储 60
3。4。2 vSphere存储体系结构 62
3.4。3 Storage Distributed Resources Scheduler （DRS） 63
3.4。4 基于存储策略的管理 65
3.4。5 Storage vMotion 67
3。4。6 存储 I/O 控制 70
3。4。7 Virtual Machine File System (VMFS） 71
3.4.8 Storage Thin Provisioning 73
3。4。9 存储 API 75
3。4.10 Virtual Volumes 77
3.4。11 vSphere Flash Read Cache 78
3。5 可用性功能 82
3。5。1 VMware High Availability 82
3.5.2 VMware Fault Tolerance 86
3。5。3 VMware Data Protection 89
3。5.4 vStorage APIs for Data Protection 93
3。5。5 vSphere Replication 94
3.6 管理和自动化 100
3.6。1 集中式控制和主动式管理 100
3.6.2 自动化管理与调配 105
4 虚拟化环境下的运维管理解决方案 110
4.1 主要价值 110
4。2 体系架构 110
4.3 基本功能 112
4.4 典型应用场景 115
4。4.1 性能监控与故障修复 115
4。4.2 容量优化 120
4.4。3 vSphere安全加固 123
5 VMware解决方案规划设计 128
5。1 计算资源规划 128
5.2 存储资源规划 132
5.3 网络资源规划 137
5.4 可用性规划 141
5。5 管理与监控规划 143
6 方案优势总结 149
7 配置清单及说明 151
7。1 硬件配置需求 151
7。2 虚拟化软件配置需求 151
8 专业服务 152
8.1 VMware专业服务介绍 152
8。2 专业咨询服务内容 152
8。2。1 VMware Accelerate咨询服务 152
8.2.2 技术咨询服务 153
8。2。3 技术客户经理(TAM）服务 153
8.3 专业服务实施流程 154
8.3。1 评估 155
8。3。2 规划与设计 155
8。3.3 实施 155
8。3。4 运维 156
9 支持服务概述 157
9。1 VMware支持的角色和职责 157
9。2 全球技术支持服务 157
9.3 自助服务支持 158
9。3。1 社会支持 158
9.3。2 其他资源 159
10 培训服务 160
10.1 培训课程和认证体系 160
10.2 VMware精选课程介绍 162
11 缩略语解释 2
1.1 项目背景
不断增长的业务对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要的能力。如果不断购买新的服务器，又会增加采购成本和运作成本，而且还会带来更多供电和冷却的开支,同时,目前的服务器还没有得到充分的利用。通常情况下，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应用的方式，将应用程序隔离起来，而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，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的优势。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。
从安全监督来看,虚拟化技术提升了X86服务器的可靠性、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套操作系统，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的安全性。
XXX客户作为国内大型企业，信息化建设不断发展.目前信息化网络以信息中心为运营维护单位，覆盖出单、收付等多套业务系统,服务器资源庞大.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.
1.2 现状分析
本小节首先将对XXX客户数据中心的现状进行描述,统计了现有物理服务器的型号、配置以及其上运行的业务系统的情况，同时还对数据中心里的存储设备的配置与使用情况进行了总结.接下来，本文将对当前的现状进行分析，指出数据中心存在的问题并给出相应的解决方案。
Ø 现状描述
XXX客户数据中心目前以X86服务器为主,运行着人力资源、市场计费、生产经营、资产管理、网络管理、邮件、安全等业务系统。具体的服务器配置如下所示,该表涵盖了主要业务系统的服务器配置。
系统
型号
配置
视频服务器
PowerEdge 2950
Xeon E5410 ＊2/4GB
下载服务器
PowerEdge 2950
Xeon E5110 ＊2/2GB
生产经营管理系统
PowerEdge 2950
Xeon E5410 *2/4GB
固定资产管理系统
PowerEdge 2950
Xeon E5410 *2/4GB
移动站业务管理系统
PowerEdge 2950
Xeon E5410 ＊2/2GB
网管系统
PowerEdge 2950
Xeon E5410 ＊2/2GB
财务系统
PowerEdge 2950
Xeon E5410 *2/2GB
防病毒系统
PowerEdge 2950
Xeon E5410 ＊2/2GB
邮件系统
PowerEdge 2950
Xeon E5410 ＊2/2GB
安全评估系统
PowerEdge 2850
Xeon 2。8G *2/2GB
人力资源系统
PowerEdge 2850
Xeon 2.8G *2/2GB
任务管理系统
PowerEdge 2650
Xeon 2.8G *2/2GB
库存管理系统
PowerEdge 1750
Xeon 2。4G ＊2/1GB
身份认证系统
PowerEdge 750
P4 2。8G/1GB
表：XXX客户数据中心服务器
上述服务器中,除了视频服务器和下载服务器外,其它服务器的负载都非常小，远没有达到充分利用的状态。虽然视频服务器和下载服务器的负载相对较高，但是也没有充分发挥硬件平台的资源效率。
另外还有一些运行边缘业务的服务器，由于设备老旧以及所在位置等原因，本次尚未统计在内。
在存储阵列方面，XXX客户数据中心的主要存储设备及其相应系统的容量与使用率情况如下所示。
u IBM DS4700阵列上，网管系统可使用的总容量为1400G,现已使用了800G，使用率为57%；邮件系统可使用的总容量为1950G,现统计分析系统已使用了900G，使用率为67%.人力资源系统可使用的容量已全部分配完毕。
u IBM FastT600阵列上,库存管理系统可使用的总容量为1340G，现已使用了1340G，使用率为100％；身份认证系统可使用的总容量为340G,现已使用了170G，使用率为50％.
u IBM DS5020阵列上，视频服务器可使用的总容量为1540G，现已使用了1530G，使用率为97％；防病毒系统可使用的总容量为270G，现已使用了206G,使用率为76％。
u EMC CX3—40阵列上，财务系统可用总容量为941G，现已使用了325G,使用率为32%;移动站业务管理系统可用总容量为800G，现已使用了270G，使用率为34%；安全评估系统可用总容量为600G，现已使用了305G，使用率为51％.
u EMC CX500阵列上，任务管理系统可用总容量为120G，现已使用了95G，使用率为79％;固定资产管理系统可用总容量为300G，现已使用了280G，使用率为94%。
u EMC CX4—480阵列上,下载服务器可用总容量为2000G,现已使用了2000G，使用率为100％；生产经营管理系统可用总容量为980G,现已使用了800G，使用率为82%.
上述存储设备及其相应系统的容量与使用率情况如下表所示。
阵列名称
使用系统
可用空间
已用空间
使用率
IBM DS4700
网管系统
1400G
800G
57％

邮件系统
1950G
900G
67%

人力资源系统
400G
400G
100％
IBM FastT600
库存管理系统
1340G
1340G
100%

身份认证系统
340G
170G
50％
IBM DS5020
视频服务器
1540G
1530G
97％

防病毒系统
270G
206G
76%
EMC CX3—40
财务系统
941G
325％
32％

移动站业务管理系统
800G
270G
34％

安全评估系统
600G
305G
51％
EMC CX500
任务管理系统
120G
95G
79％

固定资产管理系统
300G
280G
94%
EMC CX4—480
下载服务器
2000G
2000G
100%

生产经营管理系统
980G
800G
82%
表：XXX客户数据中心存储阵列
可见，目前XXX客户的磁盘阵列划分孤立、分散,造成了磁盘阵列的浪费以及数据的高风险性，而且十分不易于维护.随着之后系统和数据量的不断增加，这一现象将会持续加剧.
Ø 现状分析
通过对XXX客户服务器和存储现状的分析,目前IT基础架构有以下几个问题亟待解决：
u 服务器的利用率低。现在机房内运行的大部分机器的利用率都非常低,由于一台服务器只能有一个操作系统，受系统和软件开发平台的限制，CPU、内存、硬盘空间的资源利用率都很低，大量的系统资源被闲置.
u 可管理性差。首先是可用性低，几乎每个应用服务器都是单机,如果某台服务器出现故障，相对应的业务也将中断。其次是当硬件需要维护、升级或出现硬件故障时,上层业务系统均会出现较长时间的中断，影响业务的连续性，其中包括一些重要业务系统，一旦中断服务影响很大，未来数据中心搬迁时会更加麻烦。
u 兼容性差.系统和应用迁移到其他服务器，需要和旧系统兼容的系统。新的软件包括操作系统和应用软件无法运行在老的硬件平台，而老的代码有时候也很难移植到新的硬件平台上。例如:由于各种资源数据库不同公司分别开发，需要的运行的软硬平台很多时候不能保证兼容.为节省时间、物力和保持系统部署的顺利，只能用增加服务器单独部署的方法来解决。
u 服务器和存储购置成本高,维护成本递增，也不得不考虑。随着应用的不断增加，服务器数量也跟着增加，每年要支出高额购置费用不说，还有部分服务器已经过保修期，部件逐渐进入老化期，维护、维修预算费用也逐年增加。
u 对业务需求无法做到及时响应，灵活性差。当有新的应用需要部署时，需要重新部署服务器,存储系统，并需要对网络系统进行调整以适应新的IT应用的需求。
u 目前为每套生产系统，在开发测试中心均要保留一套开发测试环境,造成了资源很大的浪费。
通过使用VMware的服务器虚拟化技术，上述这些问题可以得到很好地解决，它可以提高资源利用率,降低能耗，具有更好的可用性与安全性。可是，虽然服务器虚拟化可以解决XXX客户现有数据中心的诸多问题，但随着虚拟化的引入，现有的传统运维管理方式已经不能满足虚拟化环境对运维管理的需求，现有的这些运维方法在新环境下存在诸多的挑战,使用起来也将显得捉襟见肘，接下来的部分将对这些挑战进行分析.
现有的传统管理工具和方法是为了支持孤立的计算环境而设计的，因此IT团队面临着如何利用传统管理工具和方法有效地支持新的动态IT基础设施(虚拟化环境）的挑战, 这些挑战主要包括如下四个方面.
第一，虚拟化环境中有大量的数据需要管理，相对于物理环境而言，管理员可管理的虚拟机数量要多出达5~10倍,服务器和变更的数量也明显增多。这些都使得IT专业人员在尝试部署新的虚拟化管理计划时要面对重重困难.同时，环境中的伪警报数量大幅度增加，使得客户非常难以应对其环境所面临的挑战和性能问题。现有的运维管理方法已经无法保证管理员可以高效地管理如此大量的数据并对问题做出快速地响应。因此，新的运维管理方法需要提供整个基础架构和应用的运行状况、风险和效率的全面可见性，并可以提高管理员对问题的响应速度。
图：当前的传统运维管理方式
第二，对于虚拟化平台的管理员而言,工作中遇到的问题大多是性能方面的问题，处理性能问题所花费的精力大约占到全部管理任务的80％,要迅速定位并解决性能问题，需要高效的工具来辅助，单纯地使用“红黄绿"三色交通灯的性能指示是无法迅速地解决这些性能问题的。因此,这就需要一种主动管理基础架构和应用性能而不是被动监控的解决方案。
第三，管理员在使用虚拟化平台时会面对两个对立的目标：一方面,要尽可能地增加虚拟机的密度以充分利用硬件平台的处理能力，增加投资回报。另一方面，虚拟化的主要特征就是资源池化，资源整合以后，调配资源的灵活性大大提高,但同时也对性能和容量的管理带来了更大的挑战,如果不能有效地管理资源分配,则可能出现资源滥用，资源匮乏等情况。实际的生产环境中一个比较常见的问题就是容量“过度调配"和硬件利用率低下，它会损害组织最初在节约成本方面寻求的核心价值,同时它还会使组织无法实现最初部署虚拟化和云计算时所寻求的敏捷性.因此，这就需要推动更高的整合率，管理员需要随时保证业务增长对性能和容量的要求。
第四，现有的运维模式容易导致大家相互指责,同时无法迅速查明问题的源头、在哪方面需要立即采取措施，以及如何尽快恢复服务。为了解决这个问题，新的运维管理方法应该能够帮助管理员高效地定位问题的根源,它应该可以快速地缩小问题的范围，迅速定位问题所属的范畴，例如:计算，存储，网络等.
下图显示的是在一项调查中，众多已经部署虚拟化的客户选出的他们在运维管理方面所面临的主要难题,这项数据从另一方面展示了现有的传统运维管理方法在虚拟化环境下存在的主要问题.
图：虚拟化环境下运维管理的棘手问题
通过上图可以看出,容量监控与规划，协同合作，性能问题定位与调优以及根本原因定位是客户在虚拟化环境下进行运维管理所面临的主要难题。
由于传统运维管理方法在虚拟化环境下存在上述诸多不足，因此，运维管理方面的新需求应运而生,这些需求可以从如下两个方面进行概括。
图:虚拟化环境对运维管理的新需求
首先，新的方案应该能够保证服务质量，能够迅速缩短问题的平均解决时间、提高基础设施和应用的可见性、能够主动快速解决影响业务的问题,这些都是客户所追求的基本能力，因为这个能力直接关系着服务的质量。
其次，新的方案应该可以像虚拟化的早期阶段一样,在降低资金开销和运维开销方面获得收益。这意味着该方案不仅需要优化环境中的计算资源,同时也需要优化该环境中的人力资源。
VMware的服务器虚拟化与运维管理（vSphere with Operations Management，vSOM)解决方案不仅可以帮助客户很好地完成服务器虚拟化的目标,同时还可以解决上述这些虚拟化环境下运维管理的问题，提供整个虚拟化环境的可见性，最大限度提高容量利用率和运营性能.
除了上述这些在服务器虚拟化后会立即显现的运维管理问题外，从长远来看,尽早地采用VMware提供的运维管理方法也是大势所趋，越早采用,越早受益。这是因为目前市场上的VMware虚拟化程度大约在65%以上，随着虚拟化比率的不断提高,客户也在不断扩大对虚拟化功能的运用范围,开始采用软件定义的存储以及网络与安全模式,从而逐步完全过渡到软件定义的数据中心（Software Defined Data Center, SDDC）。
而这一转变使得IT部门能够转变运维方式，从本质上被动反应也就是往往需要竭力应付业务需求并面对日益积压的应用请求的部门，转变为主动创新的部门，将节约的IT资源重新投入到有助于实现关键业务目标的新应用、服务和计划中去。主动创新的部门更能与业务目标保持一致,并且对企业的发展、创新和竞争能力起着更为关键的作用。
可见，无论是对眼前问题的考虑,还是着眼于长远的效益，尽早使用VMware高效的运维管理方法都是一个必然的选择，而VMware的服务器虚拟化与运维管理解决方案（vSOM)是这一选择的最佳起点。下面的章节将从方案概述、整体规划设计、服务器虚拟化解决方案、运维管理解决方案、方案优势总结等方面对该方案进行全面地分析与介绍。
随着服务器虚拟化的持续发展,用户需要主动型管理解决方案来清晰地了解自己的业务运行健康状况， 虚拟数据中心的工作负载容量和性能，以确保高效利用资源，并防止出现影响业务的故障和性能问题.而VMware的服务器虚拟化与运维管理解决方案（vSphere with Operations Management， vSOM）将全球领先的虚拟化平台与一流的管理功能相结合，它可以使用户了解整个虚拟化环境的运营状况,实现性能提升，同时优化容量,确保关键应用的稳定健康运行。
借助vSOM,用户可以使用单一控制台来优化容量和监控工作负载性能，例如:用户能够回收未使用的容量、将虚拟机调整至适度规模、改善利用率并提高整合率,从而充分利用虚拟化平台。vSOM支持来自1，650多家ISV合作伙伴的3，000多个应用，它为虚拟化关键业务应用提供了最广泛的选择。
vSOM是一款包含了vSphere与vRealize Operations标准版的解决方案套件，它高度集成了全球最可靠的虚拟化平台与强大的自动化运维管理工具.
图：vSOM高度集成了vSphere与vRealize Operations
vSOM是一个托管式虚拟化平台，其中，vCenter Server从vSphere主机收集实时性能数据并将数据存储在vCenter数据库中,同时保留历史数据汇总信息。vRealize Operations则从vCenter收集指标，并提供对IT基础架构的运行状况、风险和效率的全面和深入地分析，同时将这些信息以图形化的方式展现出来.
图：vSOM体系结构
下面将分别对vSOM的服务器虚拟化与运维管理解决方案进行介绍。
1.3 服务器虚拟化解决方案
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。
u 通过提高利用率和实现自动化获得高效率：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。
u 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。
u 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。
u 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案使vSphere提供更强大的功能。
作为一款先进的虚拟化平台，vSphere拥有如上诸多的优势，但是，仅仅使用vSphere会存在一些运维管理方面的不足,例如：性能优化与容量管理.这些不足使得vSphere的优势不能够完全发挥出来。因此,为了将vSphere的优势发挥到极致,一套与之紧密结合的运维管理工具是必不可少的.
而vSOM是vSphere与vRealize Operations 标准版的集合,它除了可以高效地完成服务器虚拟化，让整个数据中心更加地灵活，敏捷，高效外，还可以深度监控整个IT基础架构的容量与性能，可以实现更高的容量利用率、整合率和硬件节约，同时还可以缩短问题诊断和解决的时间,避免业务受到影响,下面将介绍vSOM所提供的运维管理解决方案。
1.4 虚拟化环境下的运维管理解决方案
vSOM中的vRealize Operations 标准版提供了虚拟化环境下的运维管理解决方案.
Ø 功能特性
vSOM的运维管理解决方案具有如下的功能特性.
u 全面的可见性，便于vSphere管理员使用
§ 获取关于基础架构和应用运行状况、风险和效率的全面视图和深入运营洞察信息
§ 自动从vCenter收集数据
§ 以vCenter窗格的方式深入集成
§ 直观的屏幕引导用户发现需要注意的问题
§ 降低虚拟机管理成本并优化vSphere管理效率
u 主动管理性能
§ 停止监控，转而开始主动管理基础架构和应用性能
§ 自动化的根本原因分析和修复建议可帮助管理员快速发现并消除潜在瓶颈
u 容量优化
§ 发现容量不足和超额配置情况，以便合理调整虚拟机大小、回收闲置资源并放心提高整合率
§ 通过增加ESXi上的虚拟机密度降低基础架构成本
vSOM的运维管理解决方案的管理界面可以显示虚拟基础设施的健康状态、风险和效率.此外，管理界面还可以显示当前虚拟基础架构中各节点（可以在vCenter级别，数据中心级别，集群级别，ESXi主机级别以及虚拟机级别上显示节点信息）的资源使用情况和资源需求情况，并以数字的形象直观地呈现负载的高低.对于主要的环境资源，包括CPU,内存，网络以及存储等,进行使用情况汇总。
图：vSOM运维管理的基本界面
Ø vSOM提升了vSphere的价值
如果只使用vSphere，用户可以节约28％的运维成本,如果在vSphere环境下使用vRealize Operations ，那么可以节约50％的运维成本,因此，vRealize Operations 可以大幅提升vSphere的价值。
图:vRealize Operations 提升了vSphere的价值
Management Insight Technologies对vSOM的调查研究表明，vSOM可以使客 户获得比单独运行vSphere更多的好处，一些主要的优势提升数据如下：
u 提高基础架构和应用可用性
§ 将应用的停机时间减少 36％
§ 将故障诊断和解决问题的时间减少 26%
u 降低成本
§ 实现约双倍的 vSphere IT 成本节约
u 提高容量利用率
§ 将vSphere容量利用率提高 40％，将整合率提高 37％
vSOM相对于单独使用vSphere所带来的运维成本收益，如下图所示。
图：在vSphere环境下部署vRealize Operations所带来的运维收益
除了可以节约运维成本，vSOM在关键性能指标上，相对于单独使用vSphere都提高了30％～40%，具体的性能收益数据如下图所示。
图:在vSphere环境下部署vRealize Operations所带来的性能收益
可见，无论在降低运维成本还是提高整体性能方面，vSOM都可以在很大程度上提升vSphere的价值,它拥有单独部署vSphere所无法比拟的优势。
1.5 版本比较
vSOM分为标准版,企业版与企业增强版三个版本,各版本的功能特性对比如下图所示。
图：vSOM各版本比较
本章节将从体系结构、计算、网络与安全、存储、可用性以及管理与自动化等方面对vSOM的服务器虚拟化解决方案vSphere进行介绍。
1.6 vSphere体系架构
1.6.1 基于vSphere的虚拟数据中心基础架构
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：
u 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
u 不依赖操作系统，并采用加强型驱动程序
u 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
u 通过集成式的集群文件系统提供高级存储管理功能
u 高I/O可扩展性可消除 I/O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:
Ø 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）。
Ø 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。
Ø 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。
Ø vCenter Server
vCenter 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.
Ø 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 vSphere Command—Line Interface (vSphere CLI)。
1.6.2 ESXi体系结构
1.6.2.1 ESXi架构和组件
ESXi是组成vSphere基础架构核心的虚拟化管理器，可直接安装在物理服务器之上，并允许多个虚拟机运行于虚拟化层之上.每个虚拟机与其他虚拟机共享相同的物理资源，并且它们可以同时运行。与其他虚拟化管理程序不同，ESXi的所有管理功能都可以通过远程管理工具提供。由于没有底层操作系统，安装空间占用量可缩减至 150 MB 以下。
ESXi 体系结构独立于任何通用操作系统运行，可提高安全性、增强可靠性并简化管理。紧凑型体系结构设计旨在直接集成到针对虚拟化进行优化的服务器硬件中,从而实现快速安装、配置和部署。
如下图所示，从体系结构来说ESXi包含虚拟化层和虚拟机，而虚拟化层有两个重要组成部分:虚拟化管理程序VMkernel和虚拟机监视器VMM.ESXi主机可以通过vSphere Client、vCLI、API/SDK和CIM接口接入管理。
图：ESXi体系结构
1.6.2.2 VMkernel
VMkernel 是虚拟化的核心和推动力,由 VMware 开发并提供与其他操作系统提供的功能类似的某些功能，如进程创建和控制、信令、文件系统和进程线程。VMkernel控制和管理服务器的实际资源,它用资源管理器排定VM顺序，为它们动态分配CPU时间、内存和磁盘及网络访问。它还包含了物流服务器各种组件的设备驱动器--例如，网卡和磁盘控制卡、VMFS文件系统和虚拟交换机。
VMkernel 专用于支持运行多个虚拟机及提供如下核心功能：
u 资源调度
u I/O 堆栈
u 设备驱动程序
VMkernel 可将虚拟机的设备映射到主机的物理设备。例如,虚拟 SCSI 磁盘驱动器可映射到与 ESXi 主机连接的 SAN LUN 中的虚拟磁盘文件;虚拟以太网 NIC 可通过虚拟交换机端口连接到特定的主机 NIC。
1.6.2.3 虚拟机监视器VMM
每个 ESXi 主机的关键组件是一个称为 VMM 的进程。对于每个已开启的虚拟机,将在 VMkernel 中运行一个 VMM。虚拟机开始运行时，控制权将转交给 VMM，然后由 VMM 依次执行虚拟机发出的指令。VMkernel 将设置系统状态，以便 VMM 可以直接在硬件上运行。然而，虚拟机中的操作系统并不了解此次控制权转交，而会认为自己是在硬件上运行.
VMM 使虚拟机可以像物理机一样运行，而同时仍与主机和其他虚拟机保持隔离.因此，如果单台虚拟机崩溃，主机本身以及主机上的其他虚拟机将不受任何影响.
1.6.2.4 虚拟机
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
1.6.2.4.1 虚拟机的特性
虚拟机具有如下基本特性：
u 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
u 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。
u 封装：虚拟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.
u 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
1.6.2.4.2 虚拟机的组件
虚拟机通常有一个操作系统、VMware Tools 以及虚拟资源和硬件,其管理方式与物理计算机非常相似.在虚拟机上安装客户操作系统与在物理计算机上安装操作系统完全一样。管理员必须拥有操作系统供应商提供的包含安装文件的 CD/DVD-ROM 或 ISO 映像.
Ø 操作系统
虚拟机与所有标准 x86 操作系统和应用程序完全兼容。在一台物理主机的不同虚拟机里,可以根据应用需求同时运行不同的x86操作系统，彼此之间不会冲突，且对x86操作系统无需进行任何修改.
Ø VMware Tools
VMware Tools 是一套实用程序，能够提高虚拟机的客户操作系统的性能,并改善对虚拟机的管理。在客户操作系统中安装 VMware Tools 十分必要。虽然客户操作系统可以在未安装 VMware Tools 的情况下运行，但是管理员将无法使用某些重要功能,并失去一些便利性。VMware Tools 服务是一项在客户操作系统内执行各种功能的服务。该服务在客户操作系统启动时自动启动。
该服务可执行的功能包括：
· 将消息从 ESXi 主机传送到客户操作系统.
· 向 ESXi 主机发送心跳信号，使其知道客户操作系统正在运行。
· 实现客户操作系统与主机操作系统之间的时间同步.
· 在虚拟机中运行脚本并执行命令。
· 为使用 VMware VIX API 创建的与客户操作系统绑定的调用提供支持，除 Mac OS X 客户操作系