虚拟化数据中心可行性研究报告

虚拟化数据中心可行性研究报告
1.数据中心的现状分析
信息作为现代社会的宝贵资源，占据着越来越重要的地位，已经成为现代科学管理的基础，正确决策的前提，有效调控的手段。

能否拥有及时、准确、全面的信息是衡量一个企事业单位是否具有发展潜力的一个重要指标。

经过多年的努力，目前大多数企事业单位根据自己的业务特点和管理需求，建立了自己需要的信息处理系统，这些系统提高了工作效率，减少了重复性的工作，为企业的发展做出了巨大贡献。

企业的数据中心的建设抢在同行业的前头，经过多年的建设，企业的信息处理系统所依赖的硬件服务器规模日渐庞大，新老型号、各种品牌参差不齐，这些情况都给企业数据中心的维护造成很大的困扰，同时也极大的浪费了可用资源。

而且随着企业数据中心的不断发展，这种趋势还在逐渐的扩大之中。

主要表现在下列几个方面：
1．早期建设的信息处理系统所使用的服务器大部分已经到了需要更新换代的时间，旧的服务器因使用较久已难以保证应用的稳定性。

服务器本身元器件老化，功耗加剧。

2．早期因服务器数量不多，所以并未做整体长期规划，但逐渐发展到今天的规模，使集中管理的难度加大，各系统需要进行一对一的维护。

缺乏统一管理，造成故障管理和性能管理的难度很大。

3．因种种原因，很多事实上比较关键的应用系统并没有实现容错及集群保
护。

4．每个业务系统都需要一个独立的操作系统，虽然绝大多数应用对主机资源使用率并不高，但无法全部装在少数的几台物理机器上以提高硬件的使用率。

5．每年维护的成本逐渐增加:
(1)硬件成本, 假如部分或全部更新，需要与应用数量相同的物理服务器。

(2)运营和维护成本高，包括中心机房空间、机柜、网线，耗电量，冷气空调和人力成本等。

6．系统可用性低, 升级或者扩容时候需要停机进行，造成应用的中断。

7．应用兼容性差，系统和应用迁移到新的硬件需要重新安装操作系统和重新部署整个应用。

8．由于数据中心前期建设为了满足业务峰值时的计算需求，当前服务器的硬件资源出现较多的闲置，这些资源却无法调配给其他需要的信息系统使用。

9. 企业从2008年开始，信息化建设大大加快，但是由于采用传统的应用系统和物理主机一对一绑定的部署形式，造成物理主机的数量增加很快，同时带来电能消耗的快速增加，和机房内机器发热的快速增加，当前已经接近机房空调制冷能力的上限。

从上述的情况，我们可以分析出，企业的数据中心有必要对现有的信息系统进行合理的规划，通过可靠的手段进行系统整合，达到硬件资源可充分利用和可再分配的目的，并同时解决老型号服务器无法得到有效服务和单机故障点的困扰。

从根本上降低信息系统维护成本，在一定程度上节省硬件采购成本和减少硬
件资源的浪费。

本项目采用目前先进的服务器虚拟技术（VMware vSphere系列产品），通过对新老信息处理系统的硬件平台改造，建设集中统一的硬件平台架构，利用虚拟机的“一次构建、多次部署”功能，将旧操作系统（如Windows 2000、Windows NT Server 4.0 、Windows 2003和Linux等）重新放到在新的硬件和操作系统上运行的虚拟机中，统一进行管理和维护。

通过虚拟化技术将系统整合到少数的几台服务器上，得到的另一效果就是实现“节能减排”的目标。

“节能减排”指的是减少能源浪费和降低废气排放。

通过遏制IT设备的数量增长，降低电力运转消耗、减少冷却需求、机房污染等带来的弊端，响应国家“绿色IT”的号召，同时可以降低数据中心的运营成本。

由于需整合的系统较多，且情况比较复杂，不少信息系统与企业的日常业务紧密联系，为保险起见，建议本项目分为两个阶段分步进行。

第一阶段包含非核心在线运行的信息系统，第二阶段包括所有核心在线运行的信息系统，未来的目标是将绝大部分的业务系统都迁移到虚拟化平台运行。

后面会详细论述项目怎么分两个阶段走的方案。

2.企业计算资源和业务系统的现状分析和VMware的思路
由于企业前期数据中心建设没有考虑虚拟化技术和云计算发展方向，物理主机CPU核数普遍偏少，内存普遍偏小，因此需要新购入一批高性能的物理主机；
同时本着充分利用原有资源的原则，进行现有物理主机进行了性能评估，从其中
选择性能最好的HP BL680c G5 Blade刀片进行硬件升级，满足虚拟化集成应
用主机的需要。

1. 下面是准备升级的原有刀片的现状
刀片机箱配置IP 当前跑的业务
HP BL680c G5 CTO Blade 4*E7450/32G/2*146G 23.68.1.5 OA系统服务jboss中间件第一台
HP BL680c G5 CTO Blade 4*E7450/32G/2*146G 23.68.1.6 OA系统服务jboss中间件第二台
HP BL680c G5 CTO Blade 4*E7450/32G/2*146G 23.68.1.7 OA系统服务jboss中间件第三台
HP BL680c G5 CTO Blade 4*E7450/32G/2*146G 23.68.1.8
HP BL460c G6 CTO Blade 2*X5560/12G/2*146G 23.68.1.13 邮件服务器
HP BL460c G6 CTO Blade 2*X5560/12G/2*146G 23.68.1.14 邮件服务器
报表服务器、oa门户软件下载、案件执法管理HP BL460c G6 CTO Blade 2*X5560/12G/2*146G 23.68.1.11
系统
HP BL460c G6 CTO Blade 2*X5560/12G/2*146G 23.68.1.12 OA系统服务jboss中间件第四台
2.新购硬件和扩容硬件的基本参数
序号名称数量推荐参数
1 扩容HP BL680c 4台内存扩容到128GB 内存；4块千兆网卡；2
块HBA卡
2 新购PC服务器4台CPU：4颗10核CPU (因为VMware
vSphere根据物理CPU收费，逻辑核数越多，
可以支持更多的虚拟机)
内存：256GB (内存大小直接对应于支持虚
拟机的多少)
网卡：4块千兆以太网卡(分担网络负载和网
络链路备份)
磁盘通道适配卡：2块单口HBA光纤通道
卡，8Gb/s
第一阶段，迁移除了CNG电子标签,迁移金质工程,财务系统外的所有信息系统
到虚拟化计算平台。

后面有详细叙述。

具体做法，首先购买4台高性能PC服务器建立虚拟化计算平台，这样可以迁移
一部分应用到到虚拟化计算平台，同时也能空出来的需要扩容的HP BL680c
G5 Blade刀片，然后扩容HP BL680c G5 Blade刀片，安装虚拟化套件加入
到虚拟化计算平台，形成一个统一虚拟化计算平台。

由于企业数据中心的特点，
新购的高性能PC服务器组建的计算资源池用在内网的应用，扩容后的HP
BL680c G5 Blade刀片组成的计算资源池用在外网的应用。

第二阶段，迁移CNG电子标签,金质工程,财务系统到虚拟化计算平台。

具体的业务系统和虚拟化实施的阶段，
所属网络序号系统名称虚拟化实施阶段
内网业务系统
1 “金质工程”食品安全监管系统第二阶段
2 “金质工程”行政许可业务管理系统第二阶段
3 “金质工程”计量业务监督管理系统第二阶段
4 “金质工程”质量监督管理系统第二阶段
5 “金质工程”质量信用系统第二阶段
6 “金质工程”特种设备安全监管系统第二阶段
7 “金质工程”执法打假快速反应系统第二阶段
8 认证认可业务管理系统第一阶段
9 质量监督业务管理系统第一阶段
10 执法案件管理系统第一阶段
11 “金质工程”空间地理信息系统第二阶段
12 12365投诉举报指挥系统第一阶段
13 标准化业务管理系统第一阶段
14 科研信息管理系统第一阶段
15 人力资源管理系统第一阶段
16 重庆市企业综合数据平台第一阶段
17 重庆市企业内网办公业务系统第一阶段
18 重庆市质监业务学习平台第一阶段
19 总局公文传输系统第一阶段
20 财务监管系统第二阶段
21 “小蜜蜂”财务系统第二阶段
外网业务系统
1 “金质工程”行政许可在线申报服务系统第二阶段
2 “金质工程”特种设备安全监管系统第二阶段
3 认证认可行政许可在线申报系统第一阶段
4 重庆市气瓶电子标签监管系统第二阶段
5 重庆市特种设备安全监察网第一阶段
6 “金质工程”掌上业务巡查系统第二阶段
7 重庆市企业公众信息网第一阶段
8 重庆市质监系统主干网第一阶段
9 质监网络基础平台第一阶段
10 重庆市企业舆情监管系统第一阶段
11 重庆检验检测信息网第一阶段
12 楼层多媒体管理系统第一阶段
企业虚拟化数据中心拓扑结构：
VMware 提供的虚拟化数据中心解决方案包：
序号名称型号技术参数数量备注
1.虚拟基础架
构软件vSphere
虚拟化基础架构软件VMware vSphere，支持物理主机构建HA
集群。

通过统一平台能够对物理主机环境和虚拟机应用系统环境
进行统一管理
32个
一颗物理
CPU需要一
个vSphere
授权
2.虚拟化集群
管理软件vCenter VMware vCenter标准版1个
集群的管理
软件
3.虚拟化安全
软件vShield
vShield endpoit和vSheild edge提供虚拟化环境中统一的杀毒
接口和防火墙
33个
一个虚拟机
需要一个
vShield授
权
4.虚拟化性能
监控和管理
软件
vCenter
Operatio
ns
vCenter Operations监控集群中虚拟主机和物理主机的性能状
况，以及集群的配置管理，容量管理和故障管理
33个
一个虚拟机
需要一个授
权
5.培训与认证VCP VCP培训并参加认证考试2个原厂培训师进行虚拟化知识的培训
6.原厂专业服
务
PSO VMware原厂紧急现场服务以及客户计算环境定期巡检
10人
天
3.虚拟化数据中心方案实施后的效果
虚拟化项目成功实施之后，服务器数量、网络设备、机架、其它外设以及IT支撑设备会大量减少，机房环境会变得更加易于管理并井井有条。

vCenter和vCenter Operations是一个强大的集中虚拟化管控工具，通过vCenter可以管理到虚拟化涉及的方方面面，纵观整个虚拟化架构也是基本功能。

下图演示了通过vCenter查看虚拟化架构拓扑的实景图。

图表vCenter演示
从管理角度观察，虚拟平台环境一目了然，运行状态、功能信息等随时掌握。

下面是通过管控中心vCenter进行管理的界面演示：
图表vCenter演示
图中左边是硬件设备以及虚拟设备资产，右边是状态信息以及各种配置信息等，所有可管理的内容都容纳在vCenter之中。

vCenter是为了集中管理和监控虚拟机、实现自动化以及简化资源调配，对所有物理服务器及其上的虚拟服务器进行统一管理的工具。

可以看到，虚拟化集群之内的配置参数、运行状态、逻辑关系等等信息都可以一目了然的呈现出来。

同时还可以针对集群定义所需要的高级功能，如HA、vMotion、DRS 等。

如果集群之中出现硬件故障，可以通过虚拟化快速恢复，保证较高级别的业务连续性水平。

对于性能的监控、管理，vCenter Operations也极为便利，可以根据需求定义需要监控的资产设备，快速定位性能瓶颈或发现问题根源。

如下图所示：
图表vCenter Operations演示
4.虚拟化数据中心方案的优势
1．短时间内完成服务器部署，大大提高信息化建设效率
采用传统的方式构建数据中心，比如我们政府的某个部门需要使用服务器，部署一个信息化的应用大概会有如下流程：
需要首先了解需求——>立项——>进行方案设计——>再进行评审——>招标——>采购服务器及网络、存储等设备——>将买来的服务器一台一台的往机房里面搬——>开始实施——>验收。

经过这样的流程，整个项目从开始立项到实施完毕常常要花上半年甚至更长的时间，不但浪费精力，还大大降低了政府的信息化建设效率，导致新系统迟迟无法上线。

部署虚拟化计算基础平台之后，如果某个部门需要使用服务器设备，只需要向信息中心申请，信息中心在十分钟之内就可以从虚拟化资源池中按照需求为这个部门划分若干台虚拟的服务器出来，该部门马上就可以开始使用服务器，至于服务器硬件架构是如何构建的，服务器放在什么地方，需不需新建机房，需不需要维护人员去维护，需不需要招标等等都不需要关心，减少很多人力物力的消耗。

2 资源可重复利用，避免浪费
虚拟化计算资源池的一个非常重要的特点是：可以非常容易的随时部署随时撤销。

例如某学院需要将一批文档转换为PDF格式，需要服务器进行处理，那么档案部门只需要向信息中心申请，信息中心只需要按照档案部门的需求，将虚拟化计算资源池中一定量的计算资源划分出来，形成一台虚拟
的服务器供档案部门进行文档转换使用即可。

当档案部门使用完成后，信息中心可以随时将虚拟机撤销，划分的计算资源即被释放，然后这部分被释放的计算资源又再次被划分为一台虚拟服务器，再次被另一个部门使用。

3 提高服务器利用率，合理分配服务器资源
我们知道，在大部分的时间内，大部分的服务器的处理资源使用效率都低于10%，这是由于在选型的时候，服务器必须满足应用的峰值处理需要，因此造成大量处理资源被闲置起来形成极大的浪费。

但是采用了虚拟化技术之后，我们就可以突破这个障碍，将多台服务器部署整合到一台服务器上去。

例如，有5台四路服务器在运行时，其大部分时间处理资源占用率都在10%以下，那么我们就可以把这5台服务器整合到一台服务器上去，那么在大部分时间内，这台整合后的服务器处理资源使用率就可以提高到50%。

而这5个应用的负载高峰不一定都在同一时间，会有一定的时间差，当这个应用处在负载高峰时候可能剩下的几台服务器还保持在10%处理利用率以下，这样多台服务器就可以轮流使用服务器的处理余量，避免造成浪费，
并且，虚拟化计算平台中的计算资源还可实现动态分配调整，有空余资源的服务器可以随时支援处理资源紧张的服务器，如下图所示：
通过虚拟化技术，所有真实服务器的硬件资源形成一个统一的硬件平台，虚拟服务器可以综合调度整个硬件平台的资源，如下图所示：当某一个应用对资源的消耗突然增大时，可以在线，将正在运行的虚拟机无中断的移动到其他服务器上，从而为这个应用留出足够的处理资源，以实现资源的动态调度，有闲置处理资源的服务器可以随时援助处理资源过于繁忙的服务器，如下图所示：
4 获得前所未有的可靠性
采用了虚拟化技术构建计算平台后，所有的服务器就构建成了一个统一的硬件处理平台，任何一台服务器的故障不会对整个系统造成任何影响，运行在其上的虚拟机以及运行在虚拟机上的业务不会因为一台服务器的故障而停机，从而获得全面的高可靠性保护。

5 大大节省能源消耗，实现绿色IT
通过部署虚拟化，我们可以将多台服务器部署到一台服务器上，从而减少服务器的数量，而降低服务器对电能的消耗。

另一方面，我们可以实现电源的动态管理。

白天，由于服务器的负载较大，我们可能需要将所有的服务器都打开，从而满足应用对处理的需求；到了晚上大部分的负载都会大大下降，这个时候，可以将将所有的虚拟服务器迁移到一部分服务器上去，然后将多余的服务器关闭电源，从而达到节能电
能消耗的目的，到了白天，关闭的服务器又会被自动开启，虚拟服务器会自动迁移到其上去运行。

从而实现节能减排的功效。

6 易于管理部署
采用虚拟化之后，整个虚拟化系统使用一台独立的安装有vCenter及vCenter Operations管理程序的服务器来对所有虚拟机进行统一直观的管理。

一旦部署完成并且运行起来，我们只需要登陆到vCenter这一台服务器上，就可以管理我们的所有虚拟机服务器了。

客户端使用一个常见的分层树形界面，通过表格我们可以非常直观的看到每台虚拟机的运行状况，并且可以像使用KVM一样切换到任何一台服务器的界面内去进行操作。

7 集中数据存储，集中数据备份
虚拟化技术与集中存储是分不开的，部署虚拟化的一个最重要的前提就是需要采用高性能的集中存储系统。

采用了集中存储之后，才能实现虚拟机的高可用、在线迁移、资源分配等的功能。

如图所示：
通过采用集中存储，数据皆存储在一个磁盘阵列柜中，一方面便于数据的统一管理及使用，另一方面，由于每个虚拟机实际上就是一个文件，我们只需要将所有的虚拟机文件拷贝出来即进行了备份。

如果发生了数据丢失，我们只需要将备份出来的虚拟机文件直接拷贝回去即可直接使用。

而这种所有数据的完整备份方式如果采用传统的服务器部署方法的话是无法办到的。

8 极易部署和迁移
采用VMware虚拟化技术部署的虚拟机系统实际上就是一个虚拟机文件，里面包含了操作系统和应用程序等所有内容。

在进行迁移的时候，我们只需要将这个虚拟机文件通过拷贝的方式复制到另外一台服务器上面，立刻就可以将这台虚拟机运行起来，而不用像我们通常的部署方式那样需要先在服务器上安装操作系统，搭建运行环境，再安装应用软件，再进行应用软件的配置等等。

只需要一个简单的拷贝，就可以解决所有问题。

如果我们对虚拟机文件进行复制操作，立刻就可以将一个虚拟机变成两份完全一样的虚拟机，极易部署和迁移。

9 拥有极强的扩展性
提高云系统的处理能力，只需要增加更多的物理服务器即可。

在扩展的时候，我们可以在任何时候按照我们的需要增加服务器的数量。

例如目前已经部署了由三台服务器构建的虚拟化集群，然后已经迁移了一部分应用到这个虚拟化集群中，如下图所示：
这个时候，我们需要将更多的应用迁移进虚拟化集群中去，但是目前的三台服务器所带来的性能无法支撑这么多虚拟机同时运行，那么我们要做的就是增加服务器的数量来增强整个虚拟化平台的处理能力。

我们只需要增加一台真实服务器，安装好VMware vSphere虚拟化软件，然后加入这个虚拟化集群中如下图所示：
之后再增加虚拟机的数量，并将一部分应用迁移到其上运行即可。

整个过程中不会对正在运行的虚拟机构成任何影响
5.客户案例
5.1 虚拟化前后对比分析
该案例数据来源于某烟草公司的数据中心。

在虚拟化之前，共有30台双路CPU的服务器，每台服务器各配一块HBA卡和一套正版的Windows 2000/2003 企业版软件，共计需要30套Windows 2003/2008企业版软件。

此外，每年共需要60万人民币的电费。

在虚拟化之后，我们如果按照15:1的整合比为例，进行计算，这样就需要2台四路四核CPU服务器，只需4块HBA卡（每台服务器配两块HBA卡，形成链路冗余）。

根据微软针对虚拟化技术的策略，每四个虚拟机只需要一套正版的Windows 2003企业版软件，共计需要8套Windows 2003/2008企业版软件。

虚拟化软件的成本以CPU数来计算，共需要8个LICENSE和一个管理端。

此外，针对电费的开支，在虚拟化之后，每年只需要8万人民币的电费，比以前有大幅度的降低。

虚拟化前、后对比分析：
项目虚拟化前虚拟化后节省成本
硬件服务器30台120万2台16万104万HBA卡30块30万4块4万26万
软件操作系统30套150万8套40万110万虚拟化软件N/A N/A 虚拟化软件40万--
电力60万/年300万8万/年50万52万/电力
五年的总成本600万人民币190万人民币410万人民币因采用虚拟化架构而节省的其他成本，例如交换机、机架、电源线、空调、机房空间、管理成本等等，未列入表中。

特别说明，具体的整合比往往由实际的应用的性能和使用的物理硬件来决定，硬件的配置、性能越高（例如CPU和内存），其整合比就越高。

此外，利用VMware vSphere企业版/企业增强版所包含的DPM（分布式电源管理）功能可以进一步降低20%的电力成本。

总的来说，虚拟化后减少信息系统整体的成本。

（1）降低硬件整体成本
a. 提高服务器利用率，减少服务器数量。

目前数据中心的大多数服务器的利用率都不足20%，其原因归根到底是由于各台服务器的硬件自成一体，处理性能相互无法共享，造成每台服务器都必须预留额外的处理余量造成的。

通过采用虚拟化技术，打破服务器与服务器之间的隔阂，将多台服务器构建成一个统一的硬件平台，实现资源共享，从而降低服务器处理性能的浪费，从而降低硬件成本。

b.降低周边设备的成本。

服务器数量的减少，也会带来网络设备数量的减少。

c. 降低用于灾难恢复的硬件成本。

对于那些非常重要不允许停机的业务，通常我们需要购买双份的服务器硬件以形成硬件的冗余，并且这些冗余硬件只能给制定的应用使用，不同应用之间无法共享冗余资源。

这就大大增加的服务器购买的数量，但这些冗余的服务器在绝大部分时间却完全处于闲置状态，利用率极低。

通过采用虚拟化技术，我们需要大大减少这部分闲置资源，采用极少的冗余硬件资源供所有应用共享的形式，大大减少构建成本。

（2）降低整体运营成本
a. 降低电力消耗成本。

通过大大减少服务器的数量，可以减少目前高额的服务器供电、及制冷耗电方面的消耗，从而降低电力消耗成本。

b. 拥有快速的部署、迁移和恢复能力
由于需要对旧服务器进行升级改造，势必会涉及到大量业务的迁移。

通过采用虚拟化，直接将物理服务器制作为虚拟机，然后添加到虚拟机上运行，
能够非常容易的完成业务的迁移，减少业务迁移、硬件改造升级所带花费的时间以及人力物力。

c. 有效提高管理员工作及管理效率
通过部署虚拟化，减少服务器的数量，并通过虚拟化技术对所有服务器进行统一管理，大大降低的管理员的负担，增加管理员的工作效率，使得管理员可以在相同的时间内把注意力放在更多的地方。

（3）降低宕机成本
无论是计划内宕机还是计划外宕机，都会对业务的正常运行带来影响，轻者带来工作的不变，重则可能带来无法挽回的损失。

那么我们需要在新的部署方案中构建整个系统的高可用性，以降低宕机的概率，以减少宕机成本。

通过采用虚拟化，相当于为每一台服务器均构建了冗余系统，形成整个系统的全冗余，从而大大减少了宕机的机会。

5.2 多行业案例简介
用户名称案例研究
中国农业银行贵州省分行挑战：贵州农行需要实现柜台前置应用服务器的集中部署和管理；服务器的利用率需要提高；需要快速升级和维护系统，尽可能降低系统升级的时间；需要以较少的代价，实现系统的高可用性和高可靠性；要减少对专业技术服务人员的需求，降低相应的成本；需要降低服务器的数量，以便节省数据中心空间，减少相应的电力和空调需求；
方案：服务器整合，把基于SuSE Linux 8.0、Windows Server 2003等操作系统的应用整合到VMware虚拟化架构之上；
成果：利用虚拟化提高了服务器的利用率，从原先的18%左右提升到现在的70%左右；将各地区分行的柜台前置应用服务器集中到了省行，减少了的技术维护人员的投入；将原来的32台服务器合并为9台服务器；利用节省下来服务器实现了冷备份和交叉备份，提高了柜台前置系统服务器的可靠性；降低了服务器数据中心的空间需求，以满足贵州省农行业务系统增长的需要；由于整合了服务器和存储，因此大幅度降低了对数据中心空间和电力的需要，也减轻了近期改造数据中心的压力。

评语：“我们通过采用VMware的虚拟化技术，使得我们的柜台前置。