Аппаратное обеспечение современных серверов предоставляет мощные вычислительные ресурсы операционным системам и приложениям. Однако большинство приложений могут обходиться значительно меньшими мощностями. Повысить утилизацию аппаратного обеспечения путем динамического распределения ресурсов между приложениями способны технологии виртуализации. Признанным лидером в ряде многих программных продуктов, предназначенных для серверной виртуализации и предоставляющих развитые возможности управления виртуальной инфраструктурой, является VMware Infrastructure 3.



Типовая конфигурация VMware Infrastructure 3

Типовая виртуальная инфраструктура представляет собой несколько физических серверов, подключенных к сети хранения данных (SAN). Помимо SAN возможно использование NAS, iSCSI и локальных хранилищ, однако такой вариант несколько ограничивает функциональность виртуальной инфраструктуры.

Специализированная операционная система ESX server – это гипервизор, позволяющий на одном физическом сервере создать несколько виртуальных. Виртуальная машина является аналогом физической: она использует те же ОС и приложения и имеет аналогичную функциональность. Образы виртуальных машин хранятся в разделах системы хранения с файловой системой VMFS (VMware file system), оптимизированной для этой цели. VMFS предоставляет одновременный доступ с различных ESX-серверов к виртуальным машинам, хранящимся в одном разделе. Управляет виртуальной инфраструктурой VirtualCenter Management Server — отдельный сервер с установленным на нем ПО VMware VirtualCenter. VirtualCenter может быть как физическим, так и виртуальным. При реализации в виде виртуальной машины его можно установить на ESX-сервере, которым он управляет.

Возможности VMware Infrastructure 3

Основой VMware Infrastructure 3 считается Virtual SMP — технология, предоставляющая виртуальной машине возможность многопроцессорной обработки. Она рекомендована к использованию на виртуальных машинах, на которых установлены соответствующие приложения. Это позволяет существенно повысить их производительность.

VMotion — средство миграции работающей виртуальной машины между ESX-серверами, которое позволяет обеспечить непрерывное функционирование системы. После того как поступает команда на перемещение работающей виртуальной машины, оперативная память виртуального сервера с ESX-сервера-источника копируется в оперативную память ESX-сервера-назначения. После успешного завершения этого процесса и синхронизации оперативной памяти между ESX-серверами выполнение виртуальной машины продолжается на сервере назначения. В случае, если по каким-либо причинам оперативная память не была синхронизирована, перемещение не происходит и виртуальная машина продолжает выполняться на ESX-сервере-источнике. Таким образом, исключается возникновение ситуации, при которой в результате перемещения между ESX-серверами будет нарушена работоспособность виртуальной машины.

Виртуальная локальная сеть

VMware Infrastructure 3 предоставляет широкие возможности по конфигурированию виртуального сетевого оборудования, а также позволяет обеспечить отказоустойчивость и балансировку нагрузки в LAN. Для построения таких решений на платформе VMware Infrastructure3 не нужно приобретать дополнительные лицензии от производителя аппаратного обеспечения, так как инструменты балансировки работают на ESX-сервере и не требуют дополнительного лицензирования.

Виртуальное сетевое оборудование – это сетевые интерфейсы виртуальных машин и виртуальные коммутаторы. Через виртуальные коммутаторы виртуальные машины могут взаимодействовать с виртуальными серверами, расположенными на том же или другом EXS-сервере, а также с физическими серверами. Виртуальному коммутатору можно назначить один или несколько физических сетевых интерфейсов ESX-сервера или не назначить ни одного — в этом случае подключенные к нему виртуальные машины смогут взаимодействовать только между собой. При использовании нескольких физических сетевых интерфейсов для одного виртуального коммутатора появляется возможность обеспечить балансировку исходящего трафика, генерируемого виртуальными машинами, а также обеспечить отказоустойчивость.

Для определения отказов сети LAN в VMware Infrastructure3 применяется два метода определения сбоев. В режиме Link Status only система при определении отказа принимает во внимание только состояние физического сетевого интерфейса ESX-сервера. При этом она диагностирует сбои типа «кабель не подключен к сетевому адаптеру», «отсутствует питание физического коммутатора» и др. В режиме Beacon Probing каждый физический сетевой интерфейс посылает пакеты всем остальным адаптерам, подключенным к тому же виртуальному коммутатору, и принимает ответы от них. Такой метод позволяет определить не только сбои, диагностируемые в первом режиме, но и ошибки неправильной конфигураций коммутатора, блокировки порта и др.

Сеть хранения данных

Сеть хранения данных – важный компонент виртуальной инфраструктуры, доступность и работоспособность которой является критичной для работы виртуальных машин. Поэтому в VMware Infrastructure3 используется технология multipathing для сети SAN, которая совместно с дублированием элементов SAN позволяет в случае выхода из строя одного или нескольких путей продолжить работу с системой хранения данных.

Балансировка нагрузки физических серверов


В VMware Infrastructure 3 реализован DRS-кластер, который помощью технологии VMotion в режиме реального времени перераспределяет нагрузку между ESX-серверами, что повышает их утилизацию. При его конфигурировании можно задать уровень автоматизации. В ручном режиме операции перемещения оператор выполняет самостоятельно, в полуавтоматическом система выдает рекомендации, которые он должен подтвердить, и, наконец, в автоматическом режиме эти действия осуществляются без вмешательства человека. В последнем случае можно также задать пороговое значение загрузки серверов для начала миграции, перечислить виртуальные машины, которые должны работать на одном и том же ESX-сервере, и другие параметры. Таким образом, виртуальная инфраструктура VMware позволяет гибко настроить балансировку нагрузки ESX-серверов в соответствии с заданными требованиями.

Распределение вычислительных ресурсов между виртуальными машинами

Вычислительными ресурсами в VMware Infrastructure 3 являются оперативная память и ресурсы процессора. В VMware Infrastructure 3 существует возможность гибко распределять ресурсы между сервисами, которые работают на разных виртуальных машинах и имеют разную критичность. Для упрощения распределения ресурсов существует специальный объект виртуальной инфраструктуры — ресурсный пул, который может объединять в себе несколько виртуальных машин. Для ресурсного пула, как и для отдельной виртуальной машины, может быть зарезервирован некий ресурс, а также указано максимально доступное количество ресурсов. Таким образом можно гибко распределить ресурсы между ИТ-сервисами организации в соответствии с текущей необходимостью.

В VMware Infrastructure 3 довольно элегантно решена проблема расширения. При нехватке вычислительных ресурсов компания может приобрести дополнительный физический сервер и установить на него ESX. После чего новый сервер с помощью консоли управления VirtualCenter можно легко добавить к существующей инфраструктуре и сделать его ресурсы доступными для всех виртуальных машин в соответствии с заданными приоритетами.

Ускорение ввода ИТ-сервисов в эксплуатацию

Упрощение процедуры развертывания новых виртуальных серверов достигается путем создания шаблонов. Шаблон представляет собой эталонную виртуальную машину с установленной операционной системой, необходимыми обновлениями и программным обеспечением. При развертывании виртуальной машины с гостевой ОС Windows из шаблона администратор может использовать процедуру SysPrep, чтобы указать необходимые параметры установки ОС. Развертывание полностью готовой к дальнейшей работе виртуальной машины на основе шаблона занимает считанные минуты. Экономия времени достигается благодаря тому, что развертывание в виртуальной инфраструктуре, по сути, является простым копированием файлов.

Консолидация серверных ресурсов

Предпосылкой для консолидации серверов на виртуальной инфраструктуре является большое количество приложений, которые требуют для работы отдельного сервера и не совмещаются с другими системами. Это могут быть ПО, написанное под определенную операционную систему, которая не используется в организации для других задач, а также программы, которые желательно выполнять на отдельной ОС в силу требований в области безопасности или доступности. Такие приложения зачастую не нуждаются в значительных вычислительных ресурсах, поэтому выделять для их работы отдельный сервер нерационально.


Существуют и другие причины для консолидации серверных ресурсов на виртуальной платформе. В процессе работы компании накапливают большое количество серверов различных производителей с индивидуальными наборами драйверов, что приводит к удорожанию сопровождения. Помимо этого, в случае выхода из строя морально устаревшего аппаратного обеспечения возможны проблемы с заменой. Виртуальная инфраструктура выступает в качестве прослойки между физической и виртуальной средой, которая предоставляет стандартный набор виртуальных серверов. Как следствие, все виртуальные машины получают типовой набор аппаратного обеспечения и могут работать на серверах различных моделей. Таким образом, виртуальная среда систематизирует парк аппаратных серверов, в результате чего ИТ-инфраструктура становится более управляемой и требует значительно меньших материальных и человеческих ресурсов для обслуживания.

Устранение запланированных простоев

Важным аспектом функционирования ИТ-инфраструктуры является обеспечение непрерывности функционирования сервисов. Для устранения запланированных простоев в VMware Infrastructure3 предусмотрен так называемый режим обслуживания. Перед тем как остановить один из ESX-серверов, например для интеграции дополнительных модулей памяти, администратор переводит его в режим обслуживания. Затем ESX-сервер перемещает работающие на нем виртуальные машины на другие ESX-серверы. Эта операция выполняется с помощью VMotion, поэтому сервисы, которые запущены на виртуальных машинах, продолжают работу без остановки. По окончании сервисных работ ESX-сервер может быть введен обратно в пул виртуальных машин незаметно для ИТ-сервисов.

Резервное копирование виртуальной инфраструктуры

Задачу резервного копирования виртуальной инфраструктуры решает VMware Consolidate Backup (VCB), работающая по схеме off-host backup. Она предусматривают установку ПО резервного копирования на прокси-сервере и подключение сервера VCB к сети хранения данных SAN, где находятся образы виртуальных машин. Для резервного копирования виртуальной машины система создает ее моментальный снимок (snapshot), который использует прокси-сервер VCB.

Резервное копирование может быть выполнено на уровне образа виртуальной машины или файлов. В первом случае копирование осуществляется для всех поддерживаемых гостевых операционных систем, в том числе Windows, Solaris, Linux, Novel Netware, в то время как копирование на уровне файлов возможно на данный момент только в среде Windows. Благодаря тому что резервное копирование выполняет прокси-сервер VCB, достигается экономия на приобретении лицензий для ПО. К тому же при этом используется VCB-прокси, а не продуктивные ESX-серверы, что снижает нагрузку последних.

Можно также применять традиционный метод, который предусматривает установку агентов резервного копирования на каждой виртуальной машине. При этом резервное копирование происходит так же, как и для физических серверов.

Отказоустойчивые решения VMware Infrastructure 3

VMware Infrastructure3 предоставляет инструменты для построения кластеров высокой доступности (High Availability, HA), которые позволяют минимизировать риски аппаратных сбоев. При возникновении сбоя в работе сервера виртуальные машины, работавшие на нем, автоматически перезапускаются на другие ESX-серверы, объединенные в кластер. В конфигурации HA-кластера указывают количество ESX-серверов, которые могут одновременно выйти из строя, и приоритеты запуска виртуальных машин. HA-кластер не требует отдельного конфигурирования каждой виртуальной машины и работает независимо от установленных на них гостевых операционных систем. В целом HA-кластер является достаточно эффективным решением для минимизации простоев в результате аппаратных сбоев.

На основе VMware Infrastructure3 возможно построение катастрофоустойчивой ИТ-инфраструктуры, предусматривающей использование основного и резервного ЦОД. Данные из основного ЦОД в резервный дублируются с помощью механизмов резервного копирования. На каналах связи с низкой пропускной способностью целесообразно применять ПО резервного копирования, которое дедублицирует резервируемые данные. В случае выхода из строя основного ЦОД виртуальные машины восстанавливаются из копии резервного ЦОДа. Процедура восстановления упрощается благодаря тому, что резервный ЦОД использует идентичное виртуальное аппаратное обеспечение. Основным преимуществом этой схемы является отсутствие необходимости в установлении дополнительного ПО. Однако если стоит задача добиться максимальной скорости восстановления, предложенная схема может оказаться недостаточно эффективной из-за длительности процедуры развертывания данных из резервной копии.

Для таких задач оправданно использование механизмов репликации данных вместо резервного копирования. Этот подход позволяет построить инфраструктуру с существенно меньшим временем восстановления, но для ее реализации следует купить дополнительное ПО.

С целью автоматизации процесса восстановления можно применять ПО, предназначенное для построения географически распределенных кластеров. Преимуществом использования виртуальной инфраструктуры для геокластеров является стоимость начальных инвестий: не нужно приобретать лицензии на программное обеспечение для каждой виртуальной машины.

Разработка и тестирование ПО

С помощью VMware Infrastructure3 можно создать библиотеку заранее сконфигурированных машин, способных быстро разворачиваться для проведения тестов. Использование шаблонов устраняет необходимость инсталляции и конфигурирования серверов каждый раз, когда необходимо подготовить оборудование, что существенно сокращает время тестирования. А развертывание серверов из шаблонов позволяет обеспечить наперед заданную конфигурацию и, как следствие, нивелировать риски «человеческого фактора».

Для тестирования ПО или пакетов обновлений, когда важна возможность возврата к предыдущему состоянию сервера, удобно применять технологию моментальных снимков, реализованную в VMware Infrastructure3. Она дает возможность зафиксировать состояние виртуальной машины на определенный момент времени, причем система делает снимок не только дискового образа, но и содержимого оперативной памяти.

Заключение

Использование VMware Infrastruc­ture3 позволяет организациям экономить средства на внедрении и поддержке ИТ-инфраструктуры, динамично распределять существующие ресурсы в соответствии с текущими потребностями бизнес-задач, легко наращивать вычислительную мощность, быстро развертывать новые сервисы. Благодаря упрощению администрирования и поддержки ИТ-подразделения получают возможность сосредоточиться на развитии инфраструктуры компаний.

Александр Тулуш – консультант компании «S&T Софт-Троник».
С автором материала можно связаться по e-адресу:
Oleksandr.Tulush@snt.ua