張瑪麗

（山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030006）

虛擬化技術(shù)給我們帶來了非常大的影響，使我們的信息化建設(shè)可以更好地發(fā)展。在使用虛擬化技術(shù)的初期，應(yīng)該從資源分配、硬件配置的選擇到vSphere中心的配置，在規(guī)劃的每一個(gè)階段做出最優(yōu)選擇，這將對(duì)虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)是否能有效實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生巨大影響。首先需要考慮容量規(guī)劃和性能規(guī)劃，接著對(duì)相關(guān)的硬件選擇和設(shè)計(jì)進(jìn)行考量，最后對(duì)vSphere的配置進(jìn)行優(yōu)化。這些都對(duì)虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)有著深遠(yuǎn)影響。

1 容量的規(guī)劃

容量規(guī)劃需要注意兩個(gè)關(guān)鍵因素：性能和容量。虛擬化的基礎(chǔ)性能指的是在虛擬架構(gòu)上所有應(yīng)用程序的性能總和，而虛擬化的基礎(chǔ)容量指的是虛擬架構(gòu)上所有工作負(fù)載資源使用量的總和。所以，基礎(chǔ)規(guī)劃的是給定工作負(fù)載的情況下需要給予多少資源 （容量），以及這些資源的速度（性能）。

1.1 新的應(yīng)用

虛擬化規(guī)劃在新的應(yīng)用和現(xiàn)有應(yīng)用比較中，前者要困難很多。因?yàn)槲覀儽仨氈獣援a(chǎn)品供應(yīng)商對(duì)應(yīng)用的配置需求，并將這些需求轉(zhuǎn)化成更加符合實(shí)際的虛擬資源的需求。所以我們需要多和產(chǎn)品供應(yīng)商溝通交流，確切了解是否還有相應(yīng)的虛擬化推薦配置。在給新的應(yīng)用程序配置的虛擬資源初期可能會(huì)高，隨時(shí)還需要不斷監(jiān)控這些虛擬機(jī)，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整使之回歸合理的配置水平。

1.2 現(xiàn)有的應(yīng)用

在虛擬化進(jìn)行規(guī)劃的時(shí)候，我們需要關(guān)注的核心資源有四個(gè)：CPU、內(nèi)存、磁盤和網(wǎng)絡(luò)。如果一臺(tái)物理服務(wù)器的配置如下：

CPU：雙路8核心CPU，每顆核心3056MHz

內(nèi)存：32GB

磁盤：總?cè)萘?TB

網(wǎng)絡(luò)：兩塊千兆網(wǎng)卡

在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，不難統(tǒng)計(jì)出各資源的真實(shí)利用率：

CPU利用率峰值：15%

內(nèi)存利用率峰值：20%

磁盤容量利用率：22%

網(wǎng)絡(luò)利用率：小于1%

調(diào)整之后的虛擬機(jī)配置如下：

CPU：需要3667MHz，2顆虛擬CPU足夠

內(nèi)存：需要6.4GB，配置8GB足夠

磁盤：需要0.66TB，采用精簡配置，按需增加

網(wǎng)絡(luò)：遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鏈路負(fù)載，不予考慮

1.3 收集數(shù)據(jù)

收集以上四種核心數(shù)據(jù)的方法有很多種，可以使用現(xiàn)有Windows系統(tǒng)或者Linux系統(tǒng)內(nèi)置的工具來收集CPU利用率、內(nèi)存利用率、磁盤I/O以及網(wǎng)絡(luò)I/O。也可以利用虛擬軟件提供商提供的工具來進(jìn)行，如VMware公司提供的工具VMware Capacity Planner。收集數(shù)據(jù)有助于提高虛擬化規(guī)劃的速度和可靠性。

1.4 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

我們會(huì)面對(duì)大量規(guī)格不同的服務(wù)器，這些服務(wù)器是虛擬化規(guī)劃的原始資源。要想使用這些硬件資源來進(jìn)行基礎(chǔ)規(guī)劃，需要先進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，需要收集原始的規(guī)劃數(shù)據(jù)：

1.4.1 數(shù)據(jù)收集

第一步收集同時(shí)運(yùn)行的虛擬機(jī)數(shù)量；物理CPU的平均值；物理CPU的平均數(shù)量；物理CPU的平均利用率峰值；物理內(nèi)存平均數(shù)；物理內(nèi)存的平均利用率峰值。第二步收集計(jì)劃的主機(jī)配置信息：每臺(tái)主機(jī)CPU插槽數(shù)；每顆CPU的內(nèi)核數(shù)；每顆內(nèi)核的MHz數(shù)；每臺(tái)主機(jī)的內(nèi)存數(shù)。

收集完畢后，可以利用公式進(jìn)行虛擬化所需容量的計(jì)算：

對(duì)于CPU的計(jì)算：

標(biāo)準(zhǔn)化物理主機(jī)CPU平均值=物理CPU的平均值×物理CPU的平均數(shù)量；

高峰CPU的平均利用率峰值=物理CPU的平均利用率峰值×標(biāo)準(zhǔn)化物理主機(jī)CPU平均值；

高峰CPU總使用量=同時(shí)運(yùn)行的虛擬機(jī)數(shù)×高峰CPU的平均利用率峰值

計(jì)算過程如下：

3056MHz×8=24448MHz

24448 MHz×15%=3667.2MHz

100×3 667.2MHz=366720MHz 100臺(tái)虛擬機(jī)同時(shí)運(yùn)行需要366720MHz的運(yùn)算能力。

對(duì)于內(nèi)存的計(jì)算：

高峰內(nèi)存使用量=物理內(nèi)存平均數(shù)×物理內(nèi)存的平均利用率峰值；

高峰內(nèi)存使用總量=同時(shí)運(yùn)行的虛擬機(jī)數(shù)×高峰內(nèi)存使用量

計(jì)算過程如下：

32768 MB×20%=6553.6MB

100×6 553.6MHz=655360MB 100臺(tái)虛擬機(jī)同時(shí)運(yùn)行需要655360MB的內(nèi)存容量。

1.4.2 主機(jī)數(shù)量計(jì)算

主機(jī)CPU規(guī)格

每臺(tái)主機(jī)的內(nèi)核總數(shù)=主機(jī)CPU數(shù)量×CPU核心數(shù)；

每臺(tái)主機(jī)MHz總數(shù)=每臺(tái)主機(jī)的內(nèi)核總數(shù)×每個(gè)內(nèi)核MHz數(shù)

每臺(tái)主機(jī)CPU可用MHz數(shù)=主機(jī)CPU最高利用率×每臺(tái)主機(jī)MHz總數(shù)

計(jì)算過程如下：

2×8=1 6

3056MHz×16=48896MHz

80%×48896MHz=39117MHz

主機(jī)內(nèi)存規(guī)格

每臺(tái)主機(jī)內(nèi)存可用數(shù)=每臺(tái)主機(jī)內(nèi)存容量×最大使用率

計(jì)算過程如下：

32768 MB×80%=26215MB

以上計(jì)算過程中，保留20%的硬件資源用以應(yīng)對(duì)突發(fā)資源請(qǐng)求。

利用已經(jīng)計(jì)算出來的虛擬機(jī)資源總量和每個(gè)主機(jī)可以使用的資源量，可以從CPU和內(nèi)存兩個(gè)方面來計(jì)算需要的主機(jī)數(shù)量 （冗余N+1）：

根據(jù)CPU計(jì)算需要的主機(jī)數(shù)量：

高峰CPU總使用量/每臺(tái)主機(jī)CPU可用MHz數(shù)=366720MHz/39117MHz=9.3,考慮進(jìn)位和冗余，需要的主機(jī)數(shù)量為11臺(tái)。

根據(jù)內(nèi)存計(jì)算需要的主機(jī)數(shù)量：

高峰內(nèi)存使用總量/每臺(tái)主機(jī)內(nèi)存可用數(shù)=655360MB/26215MB=24.9,考慮進(jìn)位和冗余，需要的主機(jī)數(shù)量為26臺(tái)。

結(jié)合以上計(jì)算結(jié)果，綜合得出需要26臺(tái)物理主機(jī)才能夠滿足同時(shí)運(yùn)行100臺(tái)虛擬機(jī)的要求。但是，考慮到CPU和內(nèi)存的利用率，這樣的方案和配置并不是最優(yōu)的，因?yàn)樵黾又鳈C(jī)的CPU、磁盤等硬件資源所花費(fèi)的資金，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于增加內(nèi)存的投入。所以，應(yīng)該改變主機(jī)的配置，單獨(dú)的增加內(nèi)存容量，用來優(yōu)化虛擬機(jī)方案。此案例中，將每臺(tái)主機(jī)的內(nèi)存從32G增加到128G，計(jì)算結(jié)果如下：

每臺(tái)主機(jī)的內(nèi)存容量：131072MB×80%=104857.6MB

根據(jù)內(nèi)存計(jì)算需要的主機(jī)數(shù)量為：

高峰內(nèi)存使用總量/每臺(tái)主機(jī)內(nèi)存可用數(shù)=655360MB/104857.6MB=6.25，慮進(jìn)位和冗余，需要的主機(jī)數(shù)量為8臺(tái)。

由此可以得出結(jié)論，在進(jìn)行虛擬化基礎(chǔ)規(guī)劃的時(shí)候，進(jìn)行容量規(guī)劃可以發(fā)現(xiàn)很多細(xì)節(jié)，基于這些結(jié)果可以很好地對(duì)硬件的選擇進(jìn)行優(yōu)化。

1.5 網(wǎng)絡(luò)容量規(guī)劃

一般情況下，千兆以太網(wǎng)交換機(jī)足以滿足虛擬機(jī)的負(fù)載流量，所以在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，并不存在容量的問題。但是，隨著虛擬機(jī)的不斷增多，在vSphere的管理下，需要考慮隔離流量等問題，如網(wǎng)絡(luò)管理、vMotion、容錯(cuò)、存儲(chǔ)和流量等。這些功能部署在擴(kuò)展應(yīng)用中，會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)端口的數(shù)量，所以如何更優(yōu)地部署網(wǎng)絡(luò)端口數(shù)量是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的重點(diǎn)。

一般采用vSwitch的方式，搭建虛擬交換機(jī)來滿足虛擬網(wǎng)絡(luò)端口的使用。結(jié)合虛擬交換機(jī)的端口聚合，足以滿足當(dāng)前需求。

2 存儲(chǔ)性能的規(guī)劃

在虛擬化開始階段運(yùn)行良好的基礎(chǔ)架構(gòu)，隨著負(fù)荷的增加，性能會(huì)隨之降低。從存儲(chǔ)的角度看，單磁盤大容量已經(jīng)很普遍，但是它的運(yùn)算速度慢以及虛擬環(huán)境的存儲(chǔ)資源共享架構(gòu)，會(huì)使得情況越來越糟。所以，做好虛擬化的存儲(chǔ)性能規(guī)劃相當(dāng)重要。

面對(duì)傳統(tǒng)的存儲(chǔ)架構(gòu)，加上不同速度不同容量的磁盤，在滿足速度和容量的情況下，會(huì)導(dǎo)致滿足性能的同時(shí)，浪費(fèi)大量的空間，究其原因就是采用RAID存儲(chǔ)無法有效利用存儲(chǔ)資源。利用虛擬存儲(chǔ)池和子LUN分層技術(shù)，可以找到靈活的解決方案。

虛擬存儲(chǔ)池可以由大量不同速度、不同容量的磁盤組成。底層存儲(chǔ)池采用的RAID位于較低的一個(gè)層面上，以LUN形式交付給主機(jī)使用的大存儲(chǔ)池。子LUN分層技術(shù)做到負(fù)載均衡，將數(shù)據(jù)塊移動(dòng)到合適層次。不同的虛擬機(jī)存儲(chǔ)在不同的磁盤上，在性能和容量的選擇上更靈活，更合理。

3 虛擬化設(shè)計(jì)

整體設(shè)計(jì)不僅僅是決策和硬件的配置，還需要考慮到各方面因素，包括容量、性能、安全、管理、連續(xù)性和災(zāi)難恢復(fù)等。從規(guī)劃開始，伴隨著管理和維護(hù)的不斷進(jìn)行，設(shè)計(jì)一直貫穿其中。收集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、制作設(shè)計(jì)文檔、擴(kuò)展性考量，都是設(shè)計(jì)所面臨的不同階段的重要過程。

3.1 選擇硬件

從資源角度講，不僅要考慮硬件的容量，還需要考慮管理因素，考量不同的基礎(chǔ)架構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。從存儲(chǔ)角度講，選擇支持多種協(xié)議的統(tǒng)一存儲(chǔ)解決方案，關(guān)鍵要素是靈活性和效率。

硬件的選擇關(guān)鍵要考慮滿足大部分的需求的同時(shí)，能夠簡化結(jié)構(gòu)部署。

3.2 配置選擇

任何一種技術(shù)，都有通用場(chǎng)合下應(yīng)該使用的特性，也有特殊場(chǎng)合下給特殊用途使用的功能。

在可用性方面，更主要的是考慮哪種接入控制策略：集群允許主機(jī)故障數(shù)目；作為故障切換空間容量保留的百分比；指定故障切換主機(jī)。

在vMotion方面，由于需要消耗很大的流量，所以盡量將vMotion流量隔離到獨(dú)立的網(wǎng)卡上；或者配置多網(wǎng)卡進(jìn)行vMotion在線遷移工作。

在DRS方面，選用全自動(dòng)的DRS實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡的工作方式。在存儲(chǔ)方面，包括空間利用率負(fù)載均衡和I/O延時(shí)負(fù)載均衡。在整體性能保證的前提下，進(jìn)行最優(yōu)選擇。

4 總結(jié)

虛擬化基礎(chǔ)建設(shè)需要做大量的規(guī)劃，需要做詳細(xì)的容量規(guī)劃來明確基礎(chǔ)的硬件需求；需要明確解決方案中的需求和局限。在整個(gè)環(huán)境的部署中，還需要明確采用哪種合適的架構(gòu)，對(duì)環(huán)境的要求 （空間、環(huán)境、制冷），是否提供冗余，是否提供安全性等因素。我們需要做出很多決策來給設(shè)計(jì)提供判斷依據(jù)，這些決策會(huì)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的部署產(chǎn)生很大影響。開始階段的規(guī)劃越詳細(xì)，基礎(chǔ)架設(shè)的結(jié)構(gòu)就越牢靠。