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| 內容簡介： |
《VMware vSphere 5虚拟数据中心构建指南》是来自EMC官方的VMware vSphere
5虚拟数据中心构建指南，由EMC 官方的两位世界顶级虚拟化技术顾问亲自撰写，EMC高级副总裁Chad
Sakac鼎力推荐。既详细讲解vSphere 5的核心技术和工作机制，又系统阐述利用vSphere
5构建一个更加可靠、易于管理、节约成本、更加环保的虚拟数据中心的完整过程和各种技术细节。
《VMware vSphere
5虚拟数据中心构建指南》共8章：第1章系统介绍了服务器虚拟化技术及其使用要素、虚拟化环境规范、虚拟化的好处及其3个阶段，以及整个虚拟化生态系统；第2章介绍了vSphere
5的演变历程和各种架构组件；第3章详细讲解了vSphere
5的存储形式、技术、组件和机制；第4章讲解了任何虚拟化解决方案中都必需的服务器和网络组件及其技术细节；第5章介绍了高可用性及其恢复计划；第6章介绍了vSphere
5中的备份方法和技术原理；第7章讲解了利用vSphere
5构建虚拟数据中心的实施细节；第8章则通过一个完整的案例演示了构建和管理一个虚拟化项目的流程和技术细节。
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| 目錄：
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译者序
序
前言
第1章 从服务器虚拟化到云计算
1.1 虚拟化：IT变革的核心
1.1.1 服务器虚拟化
1.1.2 采用服务器虚拟化的要素
1.1.3 虚拟化环境规范
1.1.4 虚拟化的好处
1.2 虚拟化的各个阶段
1.2.1 第1阶段：IT合理化
1.2.2 第2阶段：关键应用程序
1.2.3 第3阶段：自动化
1.3 虚拟化生态系统
1.3.1 服务器虚拟化
1.3.2 桌面虚拟化
1.4 美好的明天
第2章 vSphere 5的演变和架构组件
2.1 VMware概述
2.1.1 VMware产品线
2.1.2 VMware的发展
2.2 vSphere 5许可证
2.2.1 vSphere 5版本
2.2.2 许可模式
2.2.3 vCenter Server 5.0许可证
2.3 vSphere 5的新增功能
2.4 现有功能
2.5 单独销售的软件
2.5.1 vCenter SRM 5
2.5.2 vCenter Converter
2.5.3 vCenter Operation Management Suite
2.6 vSphere 5技术架构
2.6.1 vCenter Server 5
2.6.2 ESXi 5虚拟化管理器
2.7 安全性
2.7.1 vShield Zones
2.7.2 需要监控的组件
2.8 发展的解决方案
第3章 vSphere 5中的存储
3.1 存储的表现形式
3.2 可用的存储架构
3.2.1 本地存储
3.2.2 集中存储
3.3 存储网络
3.3.1 IP存储网络
3.3.2 光纤通道网络
3.3.3 哪个协议最适合你
3.4 VMFS
3.4.1 VMFS-5规范
3.4.2 从VMFS-3升级到VMFS-5
3.4.3 VMFS数据存储签名
3.4.4 重新扫描数据存储
3.4.5 对齐
3.4.6 增加容量
3.4.7 可以创建单个64TB卷来保存所有VM吗
3.4.8 VMFS配置最佳实践
3.5 虚拟磁盘
3.5.1 VMDK
3.5.2 磁盘类型
3.5.3 原始设备映射
3.5.4 OVF格式
3.6 数据存储
3.7 Storage vMotion
3.7.1 何时使用Storage vMotion
3.7.2 Storage vMotion的工作原理
3.8 存储 DRS
3.8.1 数据存储负载均衡
3.8.2 亲和性规则
3.8.3 配置驱动存储
3.9 存储IO控制
3.10 vSphere Storage Appliance
3.11 VMware 存储API
3.11.1 vStorage API for Array Intergration
3.11.2 vSphere 存储API：存储感知
3.12 多路径
3.12.1 可插入存储架构
3.12.2 模式
3.13 磁盘技术考虑因素
3.13.1 支持的磁盘类型
3.13.2 RAID
3.13.3 存储池
3.13.4 自动磁盘分层
3.13.5 性能
3.13.6 其他建议
3.14 设备驱动程序
3.15 存储是基础
第4章 服务器和网络
4.1 ESXi服务器
4.1.1 内存管理
4.1.2 处理器
4.1.3 用vMotion移动VM
4.1.4 分布式资源调度器
4.1.5 vSphere分布式电源管理
4.2 网络
4.2.1 vSphere 标准交换机
4.2.2 vSphere分布式交换机
4.2.3 虚拟网卡
4.2.4 Cisco Nexus 1000V
4.2.5 部署和好的做法
4.3 虚拟化环境中的应用
4.3.1 Oracle和SQL数据库
4.3.2 Exchange
4.3.3 SAP
4.3.4 活动目录
4.3.5 vSphere 5环境中的Microsoft群集服务
4.3.6 改变数据中心
第5章 高可用性和灾难恢复计划
5.1 概述
5.1.1 恢复点目标恢复时间目标
5.1.2 信息可用性
5.1.3 基础架构保护
5.2 本地可用性
5.2.1 消除SPOF
5.2.2 高可用性
5.2.3 什么是群集
5.2.4 vSphere HA
5.2.5 vSphere 容错
5.3 业务持续性
5.3.1 故障切换起因
5.3.2 物理环境中的DRP问题
5.3.3 vSphere 5对DRP的影响
5.3.4 复制
5.3.5 SRM 5
5.3.6 延伸群集
第6章 vSphere 5中的备份
6.1 备份概述
6.1.1 什么是备份
6.1.2 备份的目标
6.1.3 业务影响
6.1.4 传统备份方法
6.1.5 虚拟环境中的备份问题
6.2 虚拟环境中的备份方法
6.2.1 VMware整合备份简史
6.2.2 vSphere 5中的方法
6.3 快照
6.3.1 阵列快照与vSphere快照的对比
6.3.2 VM快照的优点
6.4 应用一致性
6.4.1 卷影拷贝服务
6.4.2 预先冻结和事后解冻脚本
6.5 虚拟环境故障检修
6.5.1 变更数据块跟踪
6.5.2 无LAN备份
6.6 通过VADP API的备份过程
6.7 Data Recovery 2.0
6.8 备份很重要，恢复更关键
第7章 实施vSphere 5
7.1 确定规模
7.2 不同的安装模式
7.3 安装前
7.3.1 检查列表
7.3.2 先决条件
7.4 准备服务器
7.5 安装
7.5.1 ESXi 5服务器
7.5.2 vCenter Server 5安装
7.5.3 升级到vSphere 5
7.6 不同的连接方法
7.6.1 直接控制台用户界面
7.6.2 vSphere Client
7.6.3 vSphere Web Client
7.6.4 脚本工具
7.7 vCenter 配置
7.7.1 许可证
7.7.2 常规设置
7.7.3 主机与群集
7.7.4 数据中心创建
7.7.5 权限管理
7.7.6 存储和网络
7.7.7 P2V转换
7.8 高效管理虚拟环境
7.8.1 主机服务器监控
7.8.2 警告与结构图
7.8.3 资源共享
7.8.4 资源池
7.8.5 整合率
7.8.6 vCenter Server中的性能
7.8.7 复制和模板
7.8.8 vApp
7.8.9 最佳实践
7.8.10 精心规划的架构是关键
第8章 管理虚拟化项目
8.1 背景
8.1.1 目标
8.1.2 选择解决方案的标准
8.2 项目各阶段
8.3 规划
8.3.1 发现
8.3.2 分析
8.4 设计
8.5 实施
8.6 管理
8.7 总结
8.8 一个引人入胜的故事
常用缩略词
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| 內容試閱：
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每个IT经理可能都有过这样的经历，在每年年终的时候，公司批下来的预算又减少了，但是业务部门对服务水平的要求却逐年上升，在这种时候，可能大家都有“巧妇难为无米之炊”的感叹。
我们该怎么办？也许很多人的答案就是据理力争，要求追加预算，但雪上加霜的是，机房的可利用空间和电力供应都到了极限，已经再也容不下新的设备了。此外，许多机构因为法律规范和公司的要求，还需要建立业务持续性计划和灾难恢复计划，在这种情况下，无论从财政上还是从技术上来看，IT部门似乎都已经山穷水尽、无以为继了。可以预见，在全球经济遭遇寒冬的时候，这种现象还会延续，甚至更加严重。
技术的不断发展给我们带来了曙光。虚拟化技术在这时走到了台前，这种诞生之初只能用于测试和开发的技术经过多年的发展，已经不断完善成熟，并成为了一个热门话题。回头审视我们的数据中心，有多少服务器上强大的CPU和海量的存储处于闲置状态？如何更好地整合这些资源，从而更好地节约成本、空间和电力消耗，是摆在我们面前的一大难题。这些广泛的需求刺激着软硬件制造商，他们不断提出新的解决方案，软件巨头们纷纷抛出自己的虚拟化产品，其中VMware公司的产品牢牢占据着市场的领导地位，而Intel、AMD、IBM、NEC、日立等硬件制造厂商也都在自己的产品中加入了对虚拟化的支持。
虚拟化在技术上已经成熟，成功的案例也不胜枚举，但是，成功实施虚拟化并不是一蹴而就的，尽管相对于物理环境，虚拟化成功地简化了服务器部署、备份等工作，从而使系统管理员可以更加轻松地制定业务持续性计划、部署各种关键应用，但是从一开始，这一工作就需要精心的规划、认真的准备、审慎的实施以及持续有效的管理。毕竟，大型数据中心是现代企业的核心，任何错误的举动都可能给整个公司带来严重的后果。
本书是两位顶级虚拟化专家的力作，Eric Maillé和René-Franois
Mennecier作为EMC的高级专家，不仅十分熟悉VMware产品的组成、特性和优势，而且有着丰富的虚拟化项目实施管理经验，他们在书中详尽地介绍了VMware产品的各种特色，以及最新版本vSphere
5
在虚拟化数据中心构建中提供的各种功能以及丰富的工具集，由浅入深地介绍了虚拟化数据中心中服务器、存储、网络、高可用性、容错直至灾难恢复计划等各个方面的规划、部署和管理方法，在本书的最后，还通过一个实际的项目，具体介绍了物理数据中心向虚拟化数据中心迁移的规划过程。
对于所有志在摆脱前文所述的财务和技术困境的IT经理来说，本书是不可多得的指南。在翻译本书的过程中，译者也受到了很大的启发，回想过去多年管理数据中心的经历，更希望将本书介绍给同行们，使大家能够尽快地从物理环境管理的“泥沼”中走出来，建设一个更加可靠、易于管理、节约成本，也更有利于环境的新型数据中心。
本书的翻译工作主要由姚军完成，徐锋、陈志勇、刘建林、白龙、方翊、陈霞、林耀成等也为翻译工作做出了贡献。由于译者水平所限，书中难免出现一些错误，请广大读者多加批评指正，在此也感谢机械工业出版社的编辑们对翻译工作的大力支持。
数据中心（datacenter）的管理是当今IT部门面临的问题和挑战的缩影，它令人左右为难：要在逐年缩减的预算内提供更多的服务。作为关键的业务生态系统，数据中心变得越来越复杂，它的各个组成部分更加盘根错节。在这样的复杂度之下，企业计算还必须保持灵活性，并且必须应对为公司带来收入的业务需求。
与此同时，生成的数据量也在不断地增加。据估计，从现在开始的10年内生成的信息总量将是目前信息总量的44倍，要管理这样的数据流，我们需要10倍数量的服务器。
在这些挑战之外，法律上对业务持续性和数据保护计划的强制要求也加重了IT团队的负担。由于这些额外的约束，许多数据中心受到空间不足的影响，在业务线需要新机器来满足新需求的时候会导致严重的问题。能源是另一个关注点，因为数据中心如果管理不善，可能会达到供电能力的上限。有些公司发现自己无法增加数据中心的电量，必须寻求替代的解决方案。
我们也必须考虑自己：用户。我们有许多种通信方法（平板电脑、PC、智能手机），我们想要并且期待能够立即访问到信息（社会化网络、短消息、互联网）。很难理解，在我们的公司里为什么必须等待几天才能访问（有时甚至无法访问）在企业环境之外可以很快（大部分是免费的）访问的服务。
对于以一般公众为目标的服务（如Facebook），了解用户开立一个账户然后开始用标准技术使用这些服务有多么容易是很重要的，这些标准的技术和传统企业使用的技术没有任何不同。在日常使用中所不同的是这些技术的使用方式—完成处理的方式和采用自动化方法的程度。只有完全理解了这些相关的整体知识，加以协调并使其自动化，我们才能够为处理数据的新方式打下基础。在这种背景下，我们还必须理解，目前在IT部门中使用的常规方法必须改进，信息系统的变革是很有必要的。
服务器虚拟化是这种变革的关键，并且通常被作为应对当前挑战的基本解决方案。它能够建立一个高效的技术平台，以支持业务需求，为公司内部用户提供服务，同时降低成本和电力消耗。这种技术与网络和存储虚拟化相结合，形成了新一代的数据中心。加上自动化和自助服务，就构成了“IT即服务”（IT
as a service，也称为云）的基础。
VMware vSphere
5服务器虚拟化解决方案是推进这种变革的核心组件。它提供了一个敏捷、灵活、可伸缩的环境，能够迁移到云计算服务。云计算的确是IT行业将来最大的机遇，利用云计算，最终用户能够访问一系列完全虚拟化的、基于数据中心的服务，而没有必要经历传统技术中十分棘手的部署过程。
为此，我们必须掌握服务器虚拟化技术及其各个组成部分。这些组件最终决定了这个技术平台的稳定性、灵活性和可伸缩性，对这一点的理解也是绝对必需的。技术上的复杂性可能造成难以解决的选择问题。这就是为什么要理解这些组件的相互作用，以及如何在数据中心里以优化的方式使用VMware
vSphere 5。
在本书中，Eric Maillé和René-Franois Mennecier对VMware vSphere
5的运行机制进行了精要的解释，同时介绍了在数据中心生产环境限制下的最佳实践。本书的讲解透彻而生动，提供了许多例子和作者根据专业经历提出的建议。
我强烈推荐本书，它正是所有对这一复杂而引人入胜的主题感兴趣的读者所寻求的实用指南。
—Chad Sakac
EMC高级副总裁兼全球系统工程经理，vExpert和vSpecialist专家、virtual
Geek（http:virtualgeek.typepad.com）的创始人和作者
第1章
从服务器虚拟化到云计算
1.1 虚拟化：IT变革的核心
1.2 虚拟化的各个阶段
1.3 虚拟化生态系统
1.4 美好的明天
在过去几年中，由于技术的变化和快速增长的服务及资源需求，企业信息系统有了很大的改变。计算机资源的需求从未达到如此的高度。利用新的通信手段（如智能手机、社会化网络和即时消息），用户希望从任何地方，在任何时候都能立即访问信息。而且，公司管理层需要高水平的服务，在有限的预算条件下支持企业及业务需求。
1.1 虚拟化：IT变革的核心
IT经理面临对信息系统进行变革和现代化改造的巨大压力。为了满足日益增长的需求，同时控制成本，就必须实施服务器虚拟化。服务器虚拟化已经成为现代计算的基础，为云计算（cloud
computing）铺平了道路。我们已经进入了一个新计算时代，曾经用于测试和开发的技术现在已经用在关键应用上。
在2012年，VMware vSphere
5是企业环境中部署得最多的服务器虚拟化解决方案。它已经成为生产环境中的标准。Microsoft、Citrix和Oracle也都提供了替代的方案，但是从硬件和软件上说，它们与数据中心的各个组成部分的集成度和兼容性都无法和VMware
vSphere 5相比。
为了从VMware的许多优势中获益，IT团队必须理解这种技术和数据中心各个组成部分之间的相互作用。这些团队必须发展跨学科技能，并采纳利用该技术潜能和加速与数据中心集成所必需的方法学。虚拟化环境主要对系统管理员和网络、存储及安全团队产生影响。从早期就让这些成员加入，他们就能够支持这一项目而不是阻碍它的实施，他们必须具备自我培训的能力和改变传统方法的动力，这样的改变需要培训、网上信息和Web研讨会的支持。在项目的一些阶段，请求服务供应商分享他们的知识是很有帮助的。
这是重新思考工作流程和规程的一个机会。可以规划一次概念验证（Proof Of
Concept，POC）来确定解决方案的功能特征，但是考虑到这一技术已经在各种活动和各类业务中证明了自己的成功，这一过程现在似乎已经没有意义。
管理团队也必须了解这一点，他们必须意识到与机构和工作流程相关的变化，以及项目成功所需要的投资。
有了这些支持，机构各个层面上的每个人都应该意识到与虚拟化相关的问题和深层次变化，以及公司由此得到的利益。
1.1.1 服务器虚拟化
服务器虚拟化是掩盖硬件设备物理资源的一个抽象层（abs traction
layer），为系统提供与实际形式不同的资源。从本质上说，硬件资源是有限的。服务器虚拟化突破了这些限制，开启了一个具有潜力的新世界。服务器虚拟化并不是一个新概念，它是IBM在20世纪60年代为其大型主机系统创造的概念。在很长的时间内，它似乎是x86环境所无法采用的技术，但是VMware在1998年取得了成功。
VMware技术将整个x86服务器虚拟化为一个逻辑实体—虚拟机（virtual
machine，VM）。如图1-1所示，低级别的虚拟化层次（称为虚拟化管理器hypervisor）可以在单个物理机器上运行多个操作系统。
图1-1 没有虚拟化，一台物理机器上只能运行一个操作系统，
而虚拟化允许在一台机器上同时使用多个操作系统
虚拟化管理器使得操作系统独立于所处的硬件，为在单台机器上整合各种基于服务器的服务带来了许多可能性。
1.1.2 采用服务器虚拟化的要素
后面几节将介绍在IT环境中采用服务器虚拟化应该考虑的因素。
1. 资源的浪费
在实体环境中，据估计有80%的数据中心服务器平均使用率低于10%。而从占地面积、耗能和散热方面来说，数据中心都将达到极限。这种浪费的根源在于许多公司都在运行单个应用程序的x86服务器上投入了大量资金。这使得物理服务器数量剧增，考虑到它们的实际使用，运行成本简直是天文数字。据估计，管理员花费大约70%的时间支持或者维护无法给公司带来任何价值的运营活动。
注意：与购买服务器的成本相比，管理、执行等间接成本和电力消耗成本已经成为巨额的费用，最多的时候，它们高达服务器初始成本的4倍。
维护服务器基础架构运行条件的高成本浪费了企业的资金，造成运营效率低下，不利于创新和管理新项目的能力。
与这种浪费对立的是，管理层向IT经理施加压力，要求他们在保证一定服务水平的同时，在相同（甚至更少）的IT预算下应对不断增加的请求量。虚拟化是满足这类需求，同时降低成本并且保持公司IT系统最新的一种方法。
2. 服务器虚拟化中的技术
服务器技术在过去几年有了很大的进步，已经具备了多核64位处理器和更大的内存管理能力。现在，在一个能够容纳几十个操作系统的服务器上安装单个操作系统显然是没有道理的。
虚拟化技术最大限度地利用了多核处理器，而且可以达到很高的整合水平。现在的服务器在性能上达到4年前的10至12倍。这大大地增强了与AIX、SUN和HP-UX等UNIX服务器竞争的能力。除了一些特殊的配置以外，SAP或者Oracle等策略性应用程序在虚拟化的x86环境中都能工作得很不错。
硬件中也已经集成了许多支持原生虚拟化的功能特性：
处理器通过Intel VT（虚拟技术Virtualization Technology）和AMD
V（Virtulization）拥有了内置虚拟化功能。
存储设备制造商直接与VMware技术接口，从服务器接管某些与存储相关的任务（称作VAAI：vStorage APIs for
Array Integration）。
诸如Cisco Nexus 1000V和最近的IBM DVS5000V等一些网络交换机能够简化这种环境中的网络管理。
从这几个例子可以看出，硬件和软件公司已经开始开发完全集成和利用虚拟化技术潜力的产品。
1.1.3 虚拟化环境规范
考虑了实施虚拟化环境的要素之后，你应该熟悉这种环境的基本规范。
1. 更改数据中心模型
用封装在文件中的虚拟实体代替物理服务器，这改变了数据中心当前的模型。在虚拟化之前，使用的是由许多小规模物理服务器组成的分布式模型。通过虚拟化，这种模型变成围绕单个服务器站点的集中化整合模型。存储成为支柱，为了部署虚拟机器，它必须提供高性能和数据安全解决方案。网络也起着关键的作用，因为一旦选择云计算模型，公司就完全依赖网络和互联网连通性。因此，网络带宽必须足够。
这一变革迫使企业重新定义目前的基础架构。
2. 虚拟机
在虚拟环境中，管理员管理的是虚拟机（Virtual
Machine，VM）。VM包含了一个物理服务器的全部内容：操作系统（称作客户操作系统）、应用程序和数据。
至于基础架构，VM与物理服务器完全相同，不需要进行应用移植。管理员可以很精确地微调VM的大小。这种配置粒度使他们能够为VM提供所需的资源。
VM相互完全隔离（操作系统、注册表、应用程序和数据）。如果一个VM遭到病毒感染或者操作系统崩溃，不会危及其他VM。目前，VM之间的屏障还从未打破过。
VM的所有组件都包含在文件中，这称为封装（encapsulation）。封装简化了备份、复制、灾难恢复计划过程以及新环境的迁移，带来了很好的使用灵活性。
而且，VM完全独立于它们所在的硬件。在传统的物理环境中，操作系统与所安装的硬件紧密联系。（这种环境很庞大，要求每个服务器都需要有一个安装了特定驱动程序的主映像。）而在虚拟化环境中，虚拟化层总是为VM提供相同的虚拟硬件（图形卡、SCSI卡等），所以可以创建相同的VM而不需要考虑底层硬件。这减少了专用于每种类型硬件的多种主映像的创建，使大规模部署变得更加简单。
注意：许多公司在老的服务器上部署关键应用程序，对这些服务器的升级被无限延后的原因就是迁移的复杂性。利用虚拟化，这些服务器可以简单地转换为虚拟服务器，不需要重新安装操作系统或者应用程序。
3. 灵活性
灵活性是虚拟化环境的主要特征之一。VM可以从一台物理服务器以完全透明的方式转移到另一台服务器上。这减少了服务中断并简化了管理员在执行计划维护或者向新平台迁移时的日常管理。将负载分配给不繁忙的服务器也很容易。
4. 即时部署
虚拟化革新了传统服务器管理方法和服务器的运行。利用即时部署能力，新服务器能够在几分钟内投入使用，而在传统的物理环境中这可能要花费数周。这完全改变了时限性，使公司能够很快地适应与业务相关的变革，例如，合并、收购和新服务或者新计划的实施。特殊的需求能够很快满足，也能改进用户服务。
5. 将资源集中到群集
ESXi主机服务器能够聚集到称为群集（cluster）的实体中，这时的虚拟环境可以作为一个整体而不是单独的单元来管理。因为实体资源在群集中共享，可以获得高级的高可用性功能。在高活动率的时候，负载可以自动地在群集中所有服务器上共享。这简化了管理员的工作并保证了应用程序的服务水平。
6. 服务质量
为了保证每个VM都能访问所需的资源，可以实施服务质量（Quality of Service,
QoS）。QoS可以在多个级别上设置—VM、ESXi主机服务器或者群集。
1.1.4 虚拟化的好处
服务器虚拟化提供了无法抗拒的直接好处，主要有：
成本降低：成本的降低是企业的主要关注点。虚拟化是降低CAPEX（资金支出）和OPEX（运营支出）的方法之一。数据中心内的服务器越少，意味着投资越低、维护成本越低、占地面积越小，电力消耗和散热的成本也越低。降低电力消耗和散热的成本是最根本的好处，因为这方面的费用最多可达基础架构硬件成本的3倍。而且，电费可能逐年增加，限制甚至降低电力消耗也就更加关键。
如图1-2所示，服务器虚拟化是降低数据中心电力消耗的一种方法。
2000～2010年间数据中心的电力消耗增长曲线在2006～2007年开始降低。在2000～2005年间，电力消耗翻了一番（从300亿千瓦时年增长到600亿千瓦时年），而在2005～2010年间，增长率只有56%，这种情况是由三个因素造成的：经济危机减缓了投资；数据中心的电力消耗得到了更好的控制；大规模采用虚拟化，从根本上减少了服务器的数量。
服务等级协议（SLA）的改进：利用vSphere
5的先进功能，可以非常简单地实现高可用性解决方案，同时又将管理员从耗时的群集解决方案中解放出来。而且，实现活动恢复计划和备份操作也比原来简单得多，这解决了过度狭窄的备份窗口以及相关的时间约束问题。
灵活性：虚拟化能够很轻松地适应增长的需求，不管这些需求是业务需求、与合并收购相关的企业需求还是用户需求。灵活性增强了反应能力和创新能力，因为任何项目必需的专用基础架构可以简单地建立，而不需要大量的投资。
图1-2 通过服务器虚拟化，数据中心电力消耗减少的情况（以上图形
摘自2011年8月Jonathan G. Koomey（斯坦福大学）的研究
操作效率：虚拟化的固有功能极大地简化了程序化维护操作、迁移的各个阶段和软件更新，而在物理环境中这些操作都极其耗费资源。
自动化：这使管理员可以解放出来，从事其他工作，并允许用户独立地使用资源，而不需要来自IT团队的帮助。自动化减少了不提供附加值的重复工作，对于成本的降低起到关键的作用。成本降低和信息系统自动化水平存在直接的联系。
用户：用户得到的益处最多，因为他们将IT当作一个服务消费，而不需要通过IT团队。
标准化：应用统一标准的能力更好地满足法规的要求，为日常运营提供更有效的过程。
但是，认为实现这一环境就能解决所有的问题也是个错误。在虚拟化展现出所有潜力之前，还需要经历多个阶段。
1.2 虚拟化的各个阶段
我们来看看图1-3中虚拟化的3个阶段，这几个阶段能够带来成功的云计算服务。
1.2.1 第1阶段：IT合理化
用新一代服务器替换高耗能的旧服务器，对基础架构进行合理化（rationalize）。这降低了数据中心的电力消耗和占用空间，其中的某些数据中心已经达到使用寿命。而且，利用vSphere的分布式电源管理（Distributed
Power Management，DPM），服务器可以根据群集资源需求关闭或者重启，从而优化电源使用。
1. 好处
虚拟化过去常常用在非关键性测试和开发环境中。这样，开发人员能够根据需要使用多种操作系统和应用程序版本。管理员可以在不需要网络或者存储团队的情况下测试生产环境。IT经理在这一阶段中可以虚拟化直接由他们控制的服务器（例如，基础架构服务器），域控制器、打印服务器和Web服务器很容易进行虚拟化。在这一阶段中，基础架构虚拟化渗透率可以达到0%～30%。
图1-3 第1阶段以IT服务直接控制的基础架构服务为中心，第2阶段以业务关键应用程序为中心，第3阶段则关注提供给用户的服务
这一阶段能让各个团队熟悉新环境。利用即时部署（instant
provisioning），这些团队能更好地对新需求做出反应，因为新的服务器可以在几分钟内做好准备，而不需要像物理环境那样花费几周，这也同时改进了对用户的服务。
使用快照（snapshot）还可以简单地更新应用程序，因为如果应用程序出现故障，可以快速地回溯。
2. 挑战
一般来说，期望从虚拟化技术中得到的成本节约在合理化阶段中还不能实现。确实，在这一阶段必须购买新服务器、存储设备和VMware许可证，还必须培训各个团队。这是一个投资阶段（investment
phase）。在这一开始阶段之后，有些管理者得出结论：这种技术不能降低成本。这一点都不奇怪。实际的成本节约发生在下一阶段，那时这种技术已经得到完善并且自动化。之后，成本将得到可观的降低。
在合理化阶段，整合度很低（每个服务器5～10个VM），所以性能问题不明显。大部分问题集中在存储空间。由于部署VM很简单，出现了一种称为虚拟机蔓延（VM
sprawl）的现象，这种现象应该得到控制，否则会导致整个环境失控。为了保持控制能力，必须采用严格的VM管理规则。下面是规则的一些例子：
自动关闭（删除）在规定时间内（几个星期）不活跃的VM。
必须识别连续数天处于休眠状态（启动但是没有活动）的VM，以便了解其不活跃的原因。如果这个VM已经被人遗忘，应该关闭并最终删除。
必须识别生产VM并且使其与其他VM分开。例如，可以创建文件夹来分类VM。
1.2.2 第2阶段：关键应用程序
在第2阶段中，提高关键应用程序的服务水平并显著改进操作效率。虚拟化现在可以大规模地部署到信息系统中。工作重心转移，第1阶段的中心是基础架构，而现在的中心是应用程序。关键应用程序的例子包括Microsoft
Exchange、Lotus Notes、SAP、Oracle、Microsoft
SQL、SharePoint、Citrix和VDI。
1. 好处
目前，除了少数特殊的应用程序负载之外，大部分关键应用程序在VMware环境中都可以无限制地运行。在vSphere
5中，得益于VM性能的增强，95%的应用程序负载可以在VM中安全地运行。
如图1-4所示，2010年1月～2011年4月间的观察证明，这些应用程序在虚拟化应用程序中运行得很好。注意Microsoft
SharePoint在VMware下的高采用率（67%）。
图1-4 大部分传统关键应用程序在VMware中的运行情况
注：研究数据涉及VMware的客户。
2. 利用复制快速部署应用程序
IT管理员虚拟化Oracle或者SAP的原因之一是：这是复制应用程序的最简单方法。在物理服务器中，复制应用程序的过程是低效率的根源之一。IT管理员必须配置每个应用层，包括硬件、操作系统和应用程序，这很费时且可能造成潜在的配置错误。虚拟化为快速部署创建优化的“黄金映像”，简化了复制过程。而且，应用程序还可以打包成一个vApp，包含多个预先配置了不同应用层（例如，Web、应用程序和数据库）的虚拟机。这个包可以按照需求快速部署到生产（也可以是测试和生产前）用的基础架构中。
3. 简化高可用性的实现
在物理环境中，高可用性是很令人头痛的。每个应用程序需要特殊的高可用性方法，这就需要昂贵的许可证、专用的备用基础架构以及配置和管理每个解决方案（Oracle
RAC和Data Guard、Microsoft群集、Data Base Mirroring [SQL
Server]、Database Availability Group[DAG] Exchange
Server…）的熟练人员。使用vSphere技术的标准化方法可以替代这种昂贵的方法，也没有其他技术那么复杂。有些公司利用虚拟化方法，用vSphere
HA、vSphere FT或者App-Aware
HA（这是一个允许用户插入来自Symantec或者Neverfail的第三方App-Aware产品的API）等集成的高可用性解决方案代替费时的群集解决方案。而且，因为vMotion和Storage
vMotion的使用，计划维护操作不再需要中断所涉及的服务，从而提升了服务水平。
4. 保证预留资源
在这一阶段中，虚拟化渗透率达到30%～80%。
5. 挑战
因为与关键应用程序相关，这一阶段非常敏感。根据2011年7月国际数据公司（IDC）的研究，许多公司发现图1-5中列出的原因降低了它们的部署速度。
图1-5 可能影响应用程序部署的因素
这一阶段通常需要能够有效地克服技术障碍的方法。这些问题与性能、备份和灾难恢复计划（Disaster Recovery
Plan，DRP）相关。这一阶段的挑战在于实现足以支持应用程序负载的目标架构。现有的方法必须加以修改，因为它们通常不适合于虚拟化环境。
有些公司在这种改变上可能面临强大的内部阻力。因此，关键是让所有IT团队尽早加入到项目中来，并在整个转换的过程中给予他们支持。
存储架构也是必不可少的，因为它们是虚拟机的宿主。由于数据量可能非常大，优化数据管理变得很重要。数据压缩、精简配置（thin-provision）和备份重复数据删除都很适合于这些环境。必须考虑虚拟化环境的动态特性，对现有架构进行修改。
对于管理员来说，获得多种技能以及新环境中的培训都是不可或缺的。他们的角色和任务必须演变，最终拥有广阔的视野，很好地理解虚拟技术各个组成部分与数据中心的相互作用。
1.2.3 第3阶段：自动化
在第3阶段中，利用自动化（automation）降低成本。自动化能够节约管理员的时间，使他们能将更多的精力投入到信息系统的更新和改进中。现在，70%的维护和30%的创新这一比例已经颠倒过来。自动化是管理增长和满足每年提出的新要求的关键。自动化拉近了业务需求和计算机资源的距离，不需要求助IT团队，支持创新并提供不受财务问题困扰启动新计划的可能性。确实，许多项目中止的原因都是IT预算的缺乏。
这一阶段还包括过程的工业化和为达到高整合水平的资源优化。这些工作能够证明前两个阶段的投资是正确的。
注意：一个管理员在物理环境中通常能管理50台物理服务器，在虚拟环境中能管理多达200～300个VM，实施自动化之后可以管理多达数千个VM。
因为基础架构问题和应用服务水平在前两个阶段已经解决，考虑到过程的实施和部署自动化，这个阶段可以将重点放在用户需求上。利用服务目录，用户可以独立地消费IT资源而无需依赖大量IT建议或者工作。这就是所谓的IT即服务（IT
as a service）。
1. 挑战
在第3阶段中，IT团队面对的挑战和过去不同。以前遇到的问题与技术或者基础架构问题相关，例如，维护操作条件、更新平台以及各类迁移（应用程序、硬件、操作系统等）。虚拟化解决方案减少了这些问题，但是公司现在必须面对组织和管理问题。服务器虚拟化对数据中心的所有硬件和软件元素都有影响，必须有合适的管理原则，确定具有决策权的人。
自动化很方便，但是VM绝不是自由的。采用严格的规则并定义一个VM管理策略绝对有必要。如果建立了成本分摊制度，就有必要定义制度的标准（例如，按照消耗量或者VM数量）。
VM生命周期管理（VM lifecycle
management）的各个方面在确定哪个VM可以删除以及哪个VM必须保留和存档（按照法律规定）时，都是必须考虑的。
2. 迈向云计算
虚拟化的第3阶段（也就是最后一个阶段）也是引入云计算的一个阶段。云计算是一个广泛的主题，需要单独的一本书来介绍，所以这里不作详细说明。
云计算的定义多种多样，下面是来自NIST（美国国家标准和技术学会）的一个有趣的定义：
云计算是一种可以在最小的管理投入或者服务提供商交互的情况下快速部署和发布的计算模型，能够提供对一个可配置计算资源池（例如，网络、服务器、存储、应用和服务）的普遍、方便、按需的网络访问。
实际上，云计算是利用计算资源的一种新方式，目标是通过提供全自动计算服务，降低IT基础架构的复杂度。
在这个模型中，信息系统从一个成本中心变成一个利润中心，可用的资源可以通过订阅或者收费服务重新计算。用户通过提供服务目录的一个网关来消费计算资源。从技术上和财务上讲，虚拟化技术的出现使得人们可以不考虑物理组件，从而使这种新模型成为可能。
云计算模型的主要好处是激活的速度和提供的敏捷性，它能快速地做出反应，满足公司的业务需求。使用可用的服务，几乎可以立刻创建各种项目，这改变了日常的工作方法。
这种模型的主要问题之一涉及对数据所处位置和所有权的理解。这是云服务供应商的问题，它们必须解释数据所在的位置，以及规范是否能够有效地服从于购买此类服务的国家或者团体的法律和规定。数据流向和所有权必须以容易理解的方式编写文档并接受各方的验证。
在企业内部创建的云称为私有云（private cloud）。由外部供应商（服务提供商，service
provider）提供的服务称为公共云（public
cloud）。在发生私有云无法满足的活动激增时，可以在规定时间内分配来自公共云的附加资源，这称作混合云（hybrid
cloud）。
公共云是外部提供商（服务提供商）向最终用户提供的服务。提供商和客户在最低性能或者交付时间上达成一致，这称作服务水平协议（Service-Level
Agreement，SLA）。客户不再需要管理内部IT基础架构，可以将重点放在核心业务上，因此这种模型最适合于中小型企业（Small
and Medium
Business，SMB），在这种企业中IT通常不是核心。服务水平（通常是每周7天每天24小时具有DPR、备份等）和安全水平提供的用户体验好于大部分SMB目前的水平，主要是因为内部能力和财务方法的相关问题。运营成本明显低于内部解决方案，而且用户总是能够访问最新的软件版本。加之，计算资源变得灵活，它们能够适应活动量的波动和季节性特征。
云计算存在多种模型，包括：
软件即服务（Software as a
Service，SaaS）：用户对底层基础架构没有控制权。他们直接使用在云中找到的应用程序。例如：Mozy、Zimbra、Gmail、Google
Apps、Microsoft Office 365、Cisco WebEx）。
平台即服务（Platform as a
Service，PaaS）：用户用编程语言或者服务提供商提供的工具，部署他们创建或者购买的应用程序。他们不控制底层基础架构。例如，SpringSource、Microsoft
Azure。
基础架构即服务（Infrastructure as a
Service，IaaS）：用户自己部署处理器、内存、网络和存储等资源。他们保留对操作系统和应用程序的控制。例如，EMC、VMware、Cisco、Amazon
Web Services、IBM、CSC、Verizon）。
1.3 虚拟化生态系统
下面几节提供虚拟化生态系统和各种解决方案的快速概览。
1.3.1 服务器虚拟化
必须区分裸机虚拟化产品和主服务器上的（称为基于主机的（host
based）产品。服务器上基于主机的虚拟化应用可以用于测试，但是决不能用于生产。如果基于主机的版本投入生产，副作用是灾难性的，但是它们作为测试环境是很有趣的。
这类产品中著名的有：
Microsoft Virtual Server 2005、Vitrual PC
VMware server
VMware Workstation、VMware Player、VMware ACE、VMware
Fusion（Mac版本）
在裸机（bare-metal）虚拟化应用程序中，虚拟化层直接安装在硬件上，安装从CD-ROM启动开始，与传统操作系统的安装方式相同。只有这些解决方案经过了优化，可以用于生产环境。它们和操作系统一样安装于硬件上。
下面是主要的裸机虚拟化解决方案：
VMware vSphere
Microsoft Hyper-V
Citrix XenServer
Oracle VM
Red Hat KVM
尽管Citrix XenServer、Oracle VM、Red Hat
KVM效果不错，但是市场关注的是Microsoft和VMware之间的争斗。VMware在虚拟化市场上处于领先，在技术上也走在Microsoft的前面。
VMware目前在大公司中确立了很高的地位，在这方面它处于准完全的统治地位。它在生产环境中达到了很高的成熟度，并且很好地与数据中心的各种软硬件元素集成，这是一个很大的优势。
Microsoft提供Hyper-V，这个解决方案很适合于当今的SMB，但是无法为大公司提供VMware的所有高级功能。
1.3.2 桌面虚拟化
工作站虚拟化使每个用户远程登录到位于数据中心的一个虚拟机。远程访问也可以通过许多硬件解决方案实现，如传统PC、便携电脑、低速终端甚至智能手机，不需要在客户端工作站上作任何配置。
下面是目前最有名的解决方案：
VMware View
VMware WSX（新的VMware项目：通过HTML5技术的Windows桌面）
Citrix XenDesktop
NEC Virtual PC Center
Quest vWorkspace
Systancia AppliDis Fusion
Neocoretech NDV
对于便携电脑和台式机，客户端-虚拟化管理器类型的解决方案可以直接安装在现有硬件之上，这些解决方案可以让多个相互隔离的VM运行于单个PC上。有了这样的解决方案，用户可以使用多个不同且完全隔离的环境（例如，一个映像用于专业用途，另一个用于私人用途），并且可以通过集中的管理控制台进行控制。
现有的解决方案有：
Citrix XenClient
Virtual Computer NxTop（现在是Citrix的一部分）
1. 性能和容量规划
当在虚拟环境中使用关键应用时，具备用于监控性能和容量规划的工具是很重要的。
以虚拟环境为中心的主要软件工具包括：
VMware vCenter Opterations Management Suite
Quest vFoglight（已被Dell收购）
Orsyp Sysload
vKernel（被Questr Software公司收购，因此现在归属Dell）
Veeam One
Xangati
2. P2V转换工具
迁移项目需要使用将物理机器转换为虚拟机器的工具。这种迁移称作物理-虚拟转换（Physical to
Virtual，P2V）。
下面是最著名的P2V工具：
VMware vCenter Converter
Vizioncore vConverter
HP Server Migration Pack
Plate Spin Migrate（Novell）
3. 备份
传统备份解决方案可用于虚拟环境。许多制造商提供了非常适合这类环境的解决方案。下面是最流行的产品：
EMC Avmar
Symantec NetBackup
Veeam Backup
IBM Tivoli Storage Manager TSM
VMware Data Recovery
Quest vRanger Pro
Comm Vault
Acronis vmProtect
这些备份解决方案一般不需要代理，它们与VMware提供的API接口，提供无缝集成。某些解决方案允许在虚拟机中进行文件级恢复并提供重复数据删除。
4. 云套件
几年前新推出的刀片服务器管理通过重新组合同一个机架上的多台服务器，简化了它们与数据中心的集成（减少电缆、减少占地面积、减少电力消耗等）。云套件的想法与此类似，但是打包了硬件和软件级别的解决方案，可用于整个数据中心。整个套件可以立即投入使用，集成了部署和调整工具，目标是减少虚拟化环境在工业化平台上的交付时间。所有主要的IT厂商都提供了基于这个模型的产品。
私有云方面的产品包括：
Vblock（EMCVMwareCisco联盟）
FlexPod（NetAppVMwareCisco联盟）
IBM Cloudburst
Oracle ExadataExalogic
Dell vStart
HP CloudSystem
公共云方面的产品包括：
Google
Amazon
Microsoft
Salesforce.com
5. 云数据存储
对于这种新服务，任何内容都能自动地存储于云中，所以数据可以从任何地方、任何类型的终端（例如，PC、智能手机、平板电脑）访问。这些解决方案广泛流行。与改动发生之后，数据立刻在不同的终端之间自动同步（这也加强了数据的安全）。这使得多个用户需要修改相同文档的工作更容易协同进行。
注意：我们用Dropbox服务编写本书，用这种方法很容易共享我们的文件。
下面是此类著名的解决方案：
Dropbox
Oxygen
VMware Project Octopus
Apple iCloud
Ovh hubiC
EMC Syncplicity
1.4 美好的明天
正如你所看到的，当今的数据中心虚拟化环境有着庞大的生态系统。这些解决方案支持计算的根本变革，即用更少的资源提供更高的效率。但是，仅靠虚拟化并不能解决IT人员面临的所有问题，实际上，如果没有合适的管理，虚拟化可能造成一些问题。因此，在规划虚拟化策略时，重要的是建立VM生命周期，恰当地管理资源分配，减少虚拟化蔓延的现象。从一开始就与各个方面的IT人员协作，包括存储、网络和安全小组，你的虚拟化项目就能够成功。
今天的挑战与前10年不同，因为需求也不一样了。即时新闻和社会化网络生成了难以管理的海量数据。因此，必须为转向云计算服务铺平道路，构建新一代的数据中心，迎接新的挑战。
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