H3CCAS云计算管理平台技术白皮书V100.docx

h3c cas云计算管理平台技术白皮书copyright 2012 杭州华三通信技术有限公司 版权所有，保留一切权利。非经本公司书面许可，任何单位和个人不得擅自摘抄、复制本文档内容的部分或全部，并不得以任何形式传播。本文档中的信息可能变动，恕不另行通知。目 录1 前言11.1 it行业当前面临的困境11.1.2 高昂的成本支出11.1.3 缓慢的业务部署速度11.1.4 分散的管理策略11.2 应对困境的有效措施21.2.1 控制服务器数量膨胀，提高服务器利用率21.2.2 采用虚拟化基础架构技术和云运营体系，提高业务响应速度21.2.3 对数据中心it基础设施进行集中化、可视化的管理21.3 h3c cas云计算管理平台简介21.3.1 概念介绍21.3.2 h3c cas云计算管理平台产品介绍32 技术特点52.1 基于集群的集中管理52.2 完备的虚拟机生命周期管理52.3 性能状况监测62.3.1 物理服务器性能状况监测62.3.2 虚拟机性能状况监测62.3.3 虚拟交换机状况监测72.3.4 虚拟网卡性能状况监测72.4 共享存储管理能力82.5 高可靠性92.5.1 传统的高可靠性和故障切换解决方案92.5.2 h3c cas云计算管理平台ha解决方案102.6 动态资源调整112.7 经济高效的灾备恢复方案122.8 支持ieee 802.1qbg标准132.9 多租户业务安全132.10 自助式云业务工作流142.11 用户分级管理162.12 数据中心集中保护与审核183 典型组网应用183.1 服务器虚拟化应用183.2 云业务运营管理应用193.3 注意事项203.3.1 对服务器硬件的要求203.3.2 整合比（单台服务器上虚拟机数量）的决定因素21ii1 前言1.1 it行业当前面临的困境自从上世纪90年代开始，it行业在全球范围内得到了迅猛的发展，it平台的规模和复杂程度出现了大幅度的提升，与此同时，很多企业的it机构却因为这种提升而面临着一种新的困境：高昂的硬件成本和管理运营成本、缓慢的业务部署速度以及缺乏统一管理的基础架构。图1 it行业当前面临的困境1.1.2 高昂的成本支出随着it规模的不断膨胀，数据中心内的服务器数量、网络复杂程度以及存储容量急剧增长，随之带来的是高昂的硬件成本支出以及运营成本支出（电力、制冷、占地空间、管理人员等），具体表现为： 机房管理员遵循“根据最坏情况下的工作负载来确定所有服务器的配置”这一策略导致服务器的配置普遍过高，利用率较低。 容易出现大量“只安装一个应用程序”而未得到充分利用的x86服务器。 维护人力投入、占地空间和电力、空调制冷等能源成本不断增加。1.1.3 缓慢的业务部署速度新的服务器、存储和网络设备的部署周期较长，整个过程包括硬件选型、采购、上架安装、操作系统安装、应用软件安装、网络配置等。一般情况下，这个过程需要的工作量在2040小时，交付周期为46周，导致提交业务变更请求到进行运营变更之间存在较长的延迟。1.1.4 分散的管理策略数据中心内的it基础设施处于分散的管理状态，具体表现为： 针对各种分散的windows、linux和netware等操作系统的服务器应用了多种基础架构管理系统。 设备数量、状态和所有权信息不完整。 缺少统一的集中化it构建策略，无法对数据中心内的基础设施进行监控、管理、报告和远程访问。1.2 应对困境的有效措施为了摆脱上述困境，it机构只有采取有效措施，才能使其企业获得持久稳固的竞争优势，这些措施包括：1.2.1 控制服务器数量膨胀，提高服务器利用率对未被充分利用的服务器进行整合，不再为新项目另外购置硬件，从而降低资本成本，同时，精简数据中心服务器的数量，又可以成比例地减少供电、制冷和场地方面的运营成本。1.2.2 采用虚拟化基础架构技术和云运营体系，提高业务响应速度利用先进的虚拟化管理和云运营管理软件，建立安全的、可审核的数据中心环境，为业务部门提供成本更低、服务水平更高的基础架构，从而能够针对业务部门的需求做出快速的响应。1.2.3 对数据中心it基础设施进行集中化、可视化的管理通过虚拟化管理和云运营管理软件，完全实现数据中心it基础设施的集中化管理，这样不仅可以精简it操作，提高管理效率，而且还可以简化监控、管理、报告和远程访问等操作。利用集中化管理功能，管理员能够通过一个统一的视图中对整个it环境进行组织、监控和配置，从而进一步降低运营成本。h3c cas云计算管理平台正是为了顺应当前it行业的虚拟化和云运营需求而推出的解决方案。通过将行业标准x86服务器及其现有的cpu、内存、磁盘和网络连接一起转换到一个逻辑计算资源池中，操作系统及其应用程序被隔离到安全、可移植的虚拟机中。随后，该基础架构会根据每个虚拟机的需要和优先级，将系统资源动态地分配给它们，从而实现主机级容量利用率以及对服务器资源的控制。由于虚拟机可以在资源池中的任一物理服务器上运行，并且无需宕机便可在这些服务器之间无缝地转移。因此，虚拟机可动态、自动地分配给资源池中最合适的主机，从而确保软件应用程序的服务级别。通过将硬件资源聚合到资源池，it 环境可得到优化，从而动态支持不断变化的业务需求，同时确保灵活有效地利用硬件资源。1.3 h3c cas云计算管理平台简介1.3.1 概念介绍为了更好地理解 h3c cas云计算管理平台的功能与特点，我们首先了解一下虚拟机的定义。虚拟机与物理服务器类似，它们主要的区别在于虚拟机并不是由电子元器件件组成的，而是由一组文件构成的。每台虚拟机都是一个完整的系统，它具有cpu、内存、网络设备、存储设备和 bios，因此操作系统和应用程序在虚拟机中的运行方式与它们在物理服务器上的运行方式没有任何区别。与物理服务器相比，虚拟机具有如下优势： 在标准的 x86 物理服务器上运行。 可访问物理服务器的所有资源（如 cpu、内存、磁盘、网络设备和外围设备），任何应用程序都可以在虚拟机中运行。 默认情况，虚拟机之间完全隔离，从而实现安全的数据处理、网络连接和数据存储。 可与其它虚拟机共存于同一台物理服务器，从而达到充分利用硬件资源的目的。 虚拟机镜像文件与应用程序都封装于文件之中，通过简单的文件复制便可实现虚拟机的部署、备份以及还原。 具有可移动的灵巧特点，可以便捷地将整个虚拟机系统（包括虚拟硬件、操作系统和配置好的应用程序）在不同的物理服务器之间进行迁移，甚至还可以在虚拟机正在运行的情况下进行迁移。 可将分布式资源管理与高可用性结合到一起，从而为应用程序提供比静态物理基础架构更高的服务优先级别。 可作为即插即用的虚拟工具（包含整套虚拟硬件、操作系统和配置好的应用程序）进行构建和分发，从而实现快速部署。1.3.2 h3c cas云计算管理平台产品介绍h3c cas云计算管理平台是h3c公司面向企业和行业数据中心推出的虚拟化和云计算管理软件，通过精简数据中心服务器的数量，整合数据中心it基础设施资源，精简it操作，提高管理效率，达到提高物理资源利用率和降低整体拥有成本的目的。同时，利用先进的云管理理念，建立安全的、可审核的数据中心环境，为业务部门提供成本更低、服务水平更高的基础架构，从而能够针对业务部门的需求做出快速的响应。h3c cas云计算管理平台由三个组件构成： cvk：cloud virtualization kernel，虚拟化内核平台 运行在基础设施层和上层客户操作系统之间的虚拟化内核软件。针对上层客户操作系统对底层硬件资源的访问，cvk用于屏蔽底层异构硬件之间的差异性，消除上层客户操作系统对硬件设备以及驱动的依赖，同时增强了虚拟化运行环境中的硬件兼容性、高可靠性、高可用性、可扩展性、性能优化等功能。 cvm：cloud virtualization manager，虚拟化管理系统 主要实现对数据中心内的计算、网络和存储等硬件资源的软件虚拟化管理，对上层应用提供自动化服务。其业务范围包括：虚拟计算、虚拟网络、虚拟存储、高可用性（ha）、动态资源调度（drs）、虚拟机容灾与备份、虚拟机模板管理、集群文件系统、虚拟交换机策略等。 cic：cloud intelligence center，云业务管理中心 由一系列云基础业务模块组成，通过将基础架构资源（包括计算、存储和网络）及其相关策略整合成虚拟数据中心资源池，并允许用户按需消费这些资源，从而构建安全的多租户混合云。其业务范围包括：组织（虚拟数据中心）、多租户数据和业务安全、云业务工作流、自助式服务门户、兼容openstack的rest api接口等。图2 h3c cas云计算管理平台架构h3c cas云计算管理平台可以集中管理数千台物理服务器和数万台虚拟机，通过一个统一的管理平台来对所有相关任务进行集中管理，管理员仅需要键盘和鼠标便可实现虚拟机的部署、配置和远程访问等操作。图3 h3c cas云计算管理平台主界面2 技术特点2.1 基于集群的集中管理h3c cas云计算管理平台将服务器主机和虚拟机都组织到集群中，提供了清晰的分层结构视图，直观地展示了数据中心、主机池、集群、主机和虚拟机之间的关系，大大简化了资源管理的工作量。基于集群进行集中管理的好处在于： 利用集中化管理功能，管理员能够通过统一的界面对整个it环境进行组织、监控和配置，从而降低管理成本。 由多台独立服务器主机聚合形成的一个具有共享资源池的集群不仅降低了管理的复杂度，而且具有内在的高可用性，通过监控集群下所有的主机，一旦某台主机发生故障，h3c cas云计算管理平台就会立即响应并在集群内另一台主机上重启受影响的虚拟机。从而为用户提供一个经济有效的高可用性解决方案。图4 集中化管理层次模型2.2 完备的虚拟机生命周期管理支持虚拟机的创建、修改、启动、暂停、恢复、休眠、重启、关闭、下电、克隆、迁移、快照等常用功能，同时支持通过管理界面的控制台远程连接到虚拟机。所有的操作全部基于图形化配置界面。图5 提供的虚拟机生命周期管理功能集2.3 性能状况监测2.3.1 物理服务器性能状况监测提供物理服务器cpu和内存等计算资源的图形化报表及其运行于其上的虚拟机利用率top 5报表，为管理员实施合理的资源规划提供详尽的数据资料。图6 物理服务器性能图形报表2.3.2 虚拟机性能状况监测提供虚拟机cpu、内存、磁盘i/o、网络i/o等重要资源在内的关键元件进行全面的性能监测。图7 虚拟机性能图形报表2.3.3 虚拟交换机状况监测提供虚拟机交换机上各个虚端口的流量统计与模拟面板图形化显示。图8 虚拟交换机状况监测2.3.4 虚拟网卡性能状况监测提供进出虚拟机虚端口的流量的图形化实时显示。图9 虚拟网卡性能状况监测2.4 共享存储管理能力h3c cas云计算管理平台中的存储用于保存虚拟机的操作系统、应用程序文件、配置文件以及与活动相关的其它数据，是虚拟机正常工作的基本前提条件。根据存储的种类不同，可以分为本地存储和共享存储两种。 在部署了h3c cas云计算管理平台，并将主机作为被管理资源对象添加到h3c cas云计算管理平台之后，该主机默认使用本地磁盘介质作为存储，其它主机不能使用。 在数据中心中，很多用户选择使用共享存储来承载虚拟机及其数据，目前，h3c cas云计算管理平台支持ip san等类型的存储。采用共享存储的好处是： 共享存储往往比本地存储提供更好的i/o性能（尤其在多虚拟机环境下）。 h3c cas云计算管理平台中的在线迁移和高可用性功能需要共享存储作为先决条件，例如ha和动态资源调整等。h3c cas管理平台中的虚拟机文件系统是一种优化后的高性能集群文件系统，允许多个云计算节点同时访问同一虚拟机存储。 由于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。图10 共享存储2.5 高可靠性h3c cas云计算管理平台对数据中心it基础设施进行基于集群的集中化管理，由多台独立服务器主机聚合形成的集群不仅降低了管理的复杂度，而且具有内在的高可靠性，从而为用户提供一个经济、有效、适用于所有应用的高可靠性解决方案。h3c cas云计算管理平台定时对集群内的主机和虚拟机状态进行监测，当服务器发生故障的时候，受影响的虚拟机将在集群中留有备用容量的其它主机上自动重启，从而将停机时间和服务中断降低到最低，同时不需要专门的备用硬件和安装附加的软件。2.5.1 传统的高可靠性和故障切换解决方案h3c cas云计算管理平台与传统的集群和高可靠性解决方案都支持主机发生故障时的自动恢复，它们是互为补充的，但是在软硬件要求和恢复时间等方面有所不同。传统的集群解决方案（如微软的cluster service和veritas cluster server）致力于在发生主机故障或虚拟机故障时，在最短的应用程序停机时间内实现即时恢复，要达到这个目标，it基础架构必须进行如下设置： 每台物理服务器和虚拟机都必须有一个镜像虚拟机（可能在其它主机上）。 使用集群软件将服务器（或虚拟机及其主机）设置为互相镜像，一般情况下，由主虚拟机向镜像发送心跳信号，一旦发生故障，镜像将立即接管。下图显示使用传统集群方法的典型的虚拟机设置：图11 传统的集群配置设置和维护这样的集群解决方案成本昂贵，并会占用大量资源。每添加一台新的虚拟机，可能需要更多的虚拟机甚至是更多的主机才能进行故障切换。您将不得不设置、连接和配置所有的新计算机，并更新群集应用程序的配置。总之，传统解决方案虽然能够保证快速恢复，但却是资源和劳动密集型的，而且通常存在对应用程序和操作系统的依赖性问题。由于集群解决方案的成本和复杂性问题，它们通常只被一小部分企业应用程序所采用，而大部分应用程序则没有任何故障切换保护。h3c cas云计算管理平台通过为应用程序提供可用的、经济的高可用性，而使其更“大众化”。2.5.2 h3c cas云计算管理平台ha解决方案利用h3c cas云计算管理平台的ha特性，可以将一组主机合并为一个具有共享资源池的集群，ha监控集群下所有的主机，一旦某台主机发生故障，ha会立即响应并在集群内另一台主机上重启受影响的虚拟机。图12 使用h3c cas云计算管理平台ha特性进行主机故障切换h3c cas ha解决方案有效的解决了目前其它高可用性解决方案面临的问题： 当物理服务器宕机时，所有运行于该服务器的虚拟机可以自动切换到其它的可用服务器上，相对传统的双机容错方案，h3c cas ha可以最大程度减少因硬件故障造成的服务器宕机和服务中断时间。 不同于其它ha的双机热备方式，所有参与ha的物理服务器都在运行生产系统，充分利用现有硬件资源。同时，对众多的操作系统和应用程序，h3c cas提供统一的ha解决方案，避免了针对不同操作系统或者应用，采用不同的ha方案带来的额外开销和复杂性。通过h3c cas ha，it部门可以： 为没有容错功能的应用提供冗余保护 传统意义上ha实现很复杂并且价格昂贵，多用于关键性的服务或应用，而h3c cas ha为所有的应用程序提供了高性价比的ha解决方案。 为整个it环境提供“第一条安全防线”不同于其它基于操作系统和应用的ha实现方式，h3c cas ha为it系统提供了更统一、更易于管理的高可用性解决方案。h3c cas用最少的成本和最简单的管理方式为所用的应用提供了最基本的冗余保护功能。1. 工作原理ha对资源池中的虚拟机进行持续的监控，h3c cas云计算管理平台统一在各个虚拟机之间维持“心跳”，当发现虚拟机失去“心跳”的时候，就会尝试在其它的服务器上重新启动失效的虚拟机。ha会保证任何时候当物理服务器发生宕机，资源池中都有足够的硬件资源，使失效的服务器中的虚拟机在其它的服务器上顺利启动。h3c cas采用优化后的高性能集群文件系统，通过支持san/iscsi/nfs等存储协议，可以允许不同的服务器访问同一虚拟机磁盘文件，这一特性使得h3c cas ha的实现非常的简单和方便。2. 关键特性 自动侦测物理服务器失效 h3c cas会自动的监测物理服务器的运行状态，如果发现服务器出现故障，会在其它的服务器上重新启动故障机上虚拟系统，这个过程无需任何人为干预。 资源预留 h3c cas永远会保证资源池里有足够的资源提供给虚拟机，当物理服务器宕机后，这部分资源可以保证虚拟机能够顺利的重新启动。 虚拟机自动重新启动 通过其它的物理服务器上重新启动虚拟机， ha可以保护任何应用程序不会因为硬件时效而中断服务。 智能选择物理服务器 当与h3c cas drs共同使用时，h3c cas ha可以根据资源的使用情况，为失效物理服务器上的虚拟机选择能获得最佳运行效果的物理服务器。2.6 动态资源调整在虚拟化和云计算环境中，一旦客户将服务器整合到资源较少的物理主机上，虚拟机的资源需求往往会成为意想不到的瓶颈，全部资源需求很有可能超过主机的可用资源。h3c cas云计算管理平台提供的动态负载均衡特性引入一个自动化机制，通过持续地平衡容量，将虚拟机迁移到有更多可用资源的主机上，确保每个虚拟机在任何节点都能及时地调用相应的资源。即便大量运行sql server的虚拟机，只要开启了动态资源调整功能，就不必再对cpu和内存的瓶颈进行一一监测。全自动化的资源分配和负载平衡功能，也可以显著地降低数据中心的成本与运营费用。动态资源调整功能通过心跳机制，定时监测集群内主机的cpu利用率，并根据用户自定义的规则来判断是否需要为该主机在集群内寻找有更多可用资源的主机，以将该主机上的虚拟机迁移到另外一台具有更多合适资源的服务器上，或者将该服务器上其它的虚拟机迁移出去，从而为某个虚拟机腾出更多的“空间”。图13 动态资源调整2.7 经济高效的灾备恢复方案h3c cas云计算管理平台实现了透明的定时备份和即时备份功能。执行备份功能时，将虚拟机镜像文件进行磁盘级的复制，此过程在后台自动进行，不会影响当前虚拟机的业务运行。图14 h3c cas云计算管理平台的灾备恢复方案h3c cas云计算管理平台的备份特性是一种高效而低成本的灾备恢复特性，它将给用户带来如下价值： 基于磁盘的备份功能，为虚拟机提供快速、简单的数据保护。 无需额外代理的备份，简化了部署复杂度。 支持全自动的定时备份和手工干预的即时备份，满足不同的应用要求。2.8 支持ieee 802.1qbg标准支持ieee 802.1qbg（evb）协议标准，与h3c s5800系列以太网交换机及imc网管组件配合，能够实现对虚拟机流量的全面监控。图15 h3c evb解决方案流程图h3c imc实现虚拟机网络策略配置与管理。这里的策略指虚拟机接口策略，包括vlan、端口安全、qos、端口镜像、acl等。h3c s5800系列以太网交换机与h3c cas云计算管理平台交互，获取虚拟机接口类型和实例等信息（利用ieee 802.1qbg协议中的vdp协议），对于需要支持多通道的应用场合，通过cdcp协议与h3c cas云计算管理平台协商s-channel信息。另外，h3c s5800系列以太网交换机还需要和h3c imc网管软件配合，请求和下载imc上配置的策略文件，并将获取到的策略文件应用到具体的虚拟机接口上。2.9 多租户业务安全 通过用户数据安全隔离与网络安全策略模板，确保虚拟化、多租户环境下的用户隐私信息及数据的安全。 通过用户权限的精细化控制、管理帐号的分级管理以及详细的操作访问日志，避免权限滥用问题。图16 多租户业务管理2.10 自助式云业务工作流自助式服务管理为用户提供了一个安全的、多租户的、可自助服务的iaas，是一种全新的基础架构交付和使用模式。通过h3c cas云计算管理平台提供的虚拟化资源池功能，使it部门能够将计算、存储和网络等物理资源抽象成按需提供的弹性虚拟资源池，以消费单元（即组织或虚拟数据中心）的形式对外提供服务，it部门能够通过完全自动化的自助服务访问，为用户提供这些消费单元以及其它包括虚拟机和操作系统镜像等在内的基础架构和应用服务模板。这种自助式的服务真正实现了云计算的敏捷性、可控性和高效性，并极大程度地提高了业务的响应能力。图17 自助式云业务工作流图18 用户自助服务门户图19 虚拟机申请2.11 用户分级管理根据数据中心云业务划分需求，可以将管理员划分为多级进行管理，不同的级别具有不同的管理权限和访问权限。图20 用户分级管理 系统管理员：或者称之为超级管理员，能够创建和管理数据中心内的所有云资源。对于公有云，系统管理员是运营商数据中心管理员；对于私有云，系统管理员是企业或机构的it管理员。 组织管理员：或者称之为虚拟数据中心（vdc）管理员，拥有对组织虚拟数据中心的管理权，包括组织内部虚拟机的运行管理、镜像管理、用户管理以及认证策略管理等。组织管理员由系统管理员创建。对于公有云，组织管理员是外部企业或机构的it管理员；对于私有云，组织管理员是内部部门或合作伙伴的it管理员。 最终用户：权限最低，允许最终用户通过rdp协议访问自己专属的虚拟机，并允许通过自助服务门户向组织管理员申请虚拟资源。最终用户由组织管理员创建。除此之外，h3c cas云计算管理平台还提供了管理员分组的概念。管理员分组是多个管理员的集合，每一个分组又可以配置多个子分组，不同的子分组可能具有不同的访问权限，但属于同一个分组或子分组的管理员具有相同的访问权限。图21 管理员分组不同分组/子分组的操作员登录到h3c cas云计算管理平台之后，默认只能查看和操作本分组/子分组内的资源。图22 不同分组/子分组资源的独立管理2.12 数据中心集中保护与审核通过灵活的用户访问控制，对虚拟机的配置和远程访问权限进行保护，同时，审核日志会对重大操作进行详细记录，方便事后审计追踪。图23 详细的操作日志记录3 典型组网应用3.1 服务器虚拟化应用通过服务器虚拟化，提高硬件资源的利用率，可以有效地抑制it资源不断膨胀的问题，降低客户的采购成本和维护成本，同时可以节省it机房的占地空间以及供电和冷却等运营开支。 利用h3c cas cvm的服务器虚拟化能力，将原有业务分步骤迁移到虚拟化环境中。 通过统一的