思科UCS在数据中心虚拟化建设中的应用

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  【摘要】 服务器虚拟化为世界各地的数据中心解决了很多问题,但同时它也向数据中心提出了挑战。有限的可扩展性和过于复杂的管理框架增加了数据中心成本,同时降低了业务需求的响应能力。思科统一计算系统通过新一代数据中心平台解决了上述问题,此平台将计算、网络、存储管理和虚拟化功能统一到一个综合系统中,进行集中管理,简化了当今数据中心服务器和网络部署的方式,使IT管理者的工作重心从繁琐、耗时的维护工作中解脱出来。本文通过统一计算平台特点的介绍及具体的部署案例对思科统一计算系统在数据中心虚拟化建设中的应用进行探讨,为数据中心虚拟化建设者提供参考。
  【关键词】 数据中心 虚拟化 思科统一计算系统 统一管理
  近年来,全球大部分IT部门已从数据中心和基础设施整合演进到了虚拟化,利用虚拟化技术整合现有零散资源为可扩展的动态资源,以网络为载体提供硬件基础设施、运行平台、业务功能软件等形式的自动化服务[1-3]。尽管虚拟化技术得到了广泛采用,但数据中心运营成本仍然有继续增长之势,有限的可扩展性和过于复杂的管理框架增加了数据中心成本,同时降低了业务需求的响应能力。大量的能耗使得像Google、Microsoft和Facebook这样IT公司每年的电费高达几百万美元,随着数据中心系统规模的扩大,机房空间、服务管理、能耗更是呈持续快速增长的趋势[4-8]。思科推出的统一计算系统整合了数据中心资源,扩展服务交付范围,并从根本上减少需要设置、管理、供电/冷却和连接方面的设备数量。本文从统一计算平台特点及具体部署案例两方面阐述思科统一计算系统在数据中心虚拟化建设中的应用。
  一、统一计算系统概述
  统一计算系统简化了服务器和网络部署的方式。它将交换资源集中在一起,通过消除刀片机箱内部的交换,减少了网络接入层分段。该架构采用了统一阵列,在一个联合基础设施上传输局域网、存储和高性能计算流量,这一方法能够整合或完全消除多个服务器适配器、机箱交换机、线缆及其它外围基础设施。这种简化相比传统数据中心,可将支持基础设施所需的电源、空调、管理成本和安全设备减少将近一半,同时利用简化和嵌入的管理功能,数据中心管理员可以在一个作为统一计算中枢系统的统一管理域内,实现集中管理[9-12]。
  下面列举了UCS所组成的数据中心的一些主要特点:
  1.1业务快速部署和业务高可用性
  通过服务配置文件,将业务对计算资源的需求抽象出来,可以实现业务的快速部署和计算资源的灵活调度。同时,通过服务配置文件故障倒换和Fabric故障倒换机制,可以实现业务的高可用性,大大缩短故障发生时,业务的不可用时间。
  1.2统一矩阵Unified Fabric
  将服务器的所有网络流量通过统一的fabric interconnects 传输,进行统一处理和管理,大大减少了网络适配器,刀片服务器交换设备和网络布线[13]。
  1.3内置统一管理
  统一管理系统内置在fabric interconnects中,对UCS的所有元素作为一个整体系统进行统一管理。 UCS 管理器负责系统管理的各个方面,以及服务属性文件的操作。服务属性文件描述服务器的抽象状态。这种统一管理的方法避免了多个元素管理系统单独管理各自的系统成份。此外,UCS 管理器还提供基于角色的管理方式,以满足 IT 管理员在统一集成的管理环境中,能进行各自责任区域的策略配置和操作。由于没有了传统的人工协调和交互,现在可以同时部署、预置多个工作流,IT维护人员无需通过数小时或数天繁琐、耗时且易于出错的人工配置[14-16]。
  1.4思科的扩展内存专有技术
  与传统的2-socket 服务器相比,思科的扩展内存专有技术能提供两倍的最大内存 (1TB) ,极大地提高了服务器性能和容量,以满足虚拟化和大数据负载的需要。
  1.5 VN Link 虚拟化支持/虚拟适配器
  虚拟机的虚拟链路同样能像物理链路一样管理。这些虚拟链路能被统一配置和管理,免除了传统系统管理虚拟系统链路的复杂性。
  1.6能效提高
  UCS 的卓越设计减少了系统成份数量,与传统的刀片服务器环境相比,电能需求及机房空调能耗减少百分之五十以上,贡献一个绿色数据中心。
  1.7 FCoE
  UCS 6200系列和Nexus系列实现了Fiber Channel流量在 10G 以太网中传输,整合 I/O 到同一条线缆,减少了适配器,线缆和端口数量。单个网卡及单根连线就能将服务器同时联向以太网和 Fiber Channel 网络,布线简化。
  二、统一计算系统初始化配置
  接下来以2台UCS6248互联阵列、2台UCS5108刀片服务器机箱、16个UCSB200 M3刀片服务器、2台Nexus5548核心交换机为例介绍思科统一计算平台的设备硬件安装及初始化配置。刀片机箱和互联矩阵UCS6248的连接示意图如下,使用 UCS6248中的第1、2、3、4、5、6、7、8端口与刀片服务器机框相连,使用第9、10、11、12端口与核心交换机Nexus5548相连。
  将2台 UCS6248 的L1端口连接,然后将L2端口连接,将串口线接入UCS6248的consol口,另一头接入电脑的串口。在笔记本上打开超级终端,然后开启第一台UCS6248,准备开始配置。
  请准备好以下参数:UCS6248-A的管理地址、UCS6248-B的管理地址、cluster的地址、子网掩码、默认网关地址、系统名称、管理员密码、DNS地址(可选)、系统的域名(可选),下文中用到的规划地址如下表所示:
  2.1 初始化互联阵列UCS6248
  照A的方式完成FI-B命令行的IP地址设置,在进入图形界面后选择Initial Setup并Submit后,Fabric B会探测到已在A上所做设置,输入管理 fabric B 的管理 IP 地址,这样,Fabric Interconnect B 也配置完成,我们可以使用浏览器登录 cluster 的管理 IP 地址对 UCS 进行管理配置了。这样我们就完成了对UCS系统的初始化配置。   2.2 UCS6248基本配置
  在进行UCS系统配置时,我们首先要先对UCS6248进行配置,在地址栏输入https://11.5.1.1(UCS系统管理地址),登陆UCS Manager管理界面。启动java虚拟机,弹出UCS Manager登陆框,输入用户名和密码,进入UCS Manager管理界面。
  首先配置UCS互联矩阵上的互联端口。在左测工具栏选择Equipment——Fabric Interconnescts——Fabric Interconnesct A(互联矩阵A)——Fixed Module(固话接口)——Unconfigured Ethernet Ports(未配置的端口),如图2所示。
  我们将为未配置的端口定义为服务端口Server port(用来连接刀片服务器机框的)、以太网上联端口Uplink port(用来连接核心交换机Nexus5548的)。将链接刀片机框的端口配置为Server port(服务端口)。将上联核心交换的端口配置配置为Uplink port。由于2台6248分别采用2条双链路上联核心交换机,因而需要将2个上联端口配置成port-channel。在左侧工具栏根目录选择LAN——LAN Cloud——Fabric A——port-channel。右键选择Create port channel来创建port-channel接口。配置port-channel ID和名称,选择下一步。为port-channel端口添加物理端口,然后选择完成。
  这样port-channel配置就完成了。进入port-channel端口,可以查看端口状态。这样我们就配置完成了第1台交换矩阵Fabric A,依据上述的配置过程配置第2台交换矩阵Fabric B。这样对于控制器的端口配置就结束了,连接好线缆就可以开始配置UCS了。
  2.3系统基础参数定义
  本次每个刀片机框交换机使用4条10GB FCoE链路,因而我们这里要配置机框连接6248的链路模式。在Equipment根目录下,Equipment——Glbbal Policies——Policies,选择为4 Link,port channel模式。
  如果要管理每台刀片服务器需要为刀片服务器配置硬件管理IP地址,左侧工具栏选择Admin,然后在进入Admin——ALL——Communication Management——Management IP Pool,选择Create Block of IP Addressess来创建管理IP地址池。配置管理地址池,配置起始IP地址,IP地址池大小,子网掩码和网关。然后系统将会从IP地址池中分配地址给每个物理的刀片服务器。然后我们来配置主机ID号,用来识别每一台物理服务器。进入左侧工具栏Servers——Pools——root——UUID Suffix Pool,右键选择Create UUID Suffix Pool来创建UUID池。填写UUID池名称和描述,选择下一步。选择Add,添加UUID到UUID池中。选择起始UUID值,选择UUID池大小,然后选择OK,完成UUID池的创建。然后我们创建虚拟网卡的MAC地址池,在左侧工具栏LAN根目录下进入LAN——Pools——MAC Pools,右键选择Create MAC Pool。填写名称和描述,选择下一步。点击Add添加MAC地址。填写首MAC地址和MAC地址池大小,选择OK。点击完成,这样就完成了MAC地址池的创建。创建了MAC地址池后,我们需要为虚拟vnic卡创建iqn号池,我们首先创建iqn号池,进入左侧工具栏lan——Pools——root——iqn Pools,右键选择Create iqn Pool。
  2.4 Service Profile定义及关联
  在完成了以上UUID,MAC地址池,iqn池的创建以后,我们就可以为服务器创建配置文件service profile了,为了更加方便的创建服务器创建配置文件,我们采用模板方式创建,也就是通过创建1个service profile配置文件模板,然后生成多个service profile文件。
  第一步:在左侧工具栏中选择Servers,进入Servers——Service profile templates——root,选择Create Service profile template,来创建service profile模板,如图3所示。
  填写模板名称,类型选择Initial Tenmlpate。然后再UUID中选择我们已经创建好的UUID池“UCS_UUID_Pool”。然后进行本地存储配置,这里选择Create Local Disk Configuration Policy。创建本地存储策略。进行网络配置,选择Expert模式。点击Add,添加网卡。填写网卡名称,MAC地址采用我们建立好的MAC地址池”UCS_MAC_Pool”,控制器为FabricA,(也可以根据情况选择FabricB,也可以选择Failover模式实现网卡备份)。点击Create VLANs,创建VLAN,填写vlan名称,模式选择Common/Global(全局模式vlan,,这样我们创建的VLAN在Fabric A 和 Fabric B上都是生效的。配置VLAN ID,选择OK,完成vlan创建。已经这的方式创建所有我们刀片服务器和虚拟机需要的vlan。配置完成后选择OK,这样我们就完成了对于网络的配置,然后选择 Next。
  第二步:配置服务器的BOOT(启动选型),这里我们选择Creat Boot Policy来配置系统的启动策略。配置基于网络的启动和基于存储的启动iSCSI BOOT。本次项目中我们将VMware的ESXi底层操作系统安装在NETAPP上,因而我们选择iscsi boot硬盘启动. 设置完成后我们点击OK ,就完成了对系统启动的设置,这里我们看到我们系统的启动项和启动顺序,点击Next的进入下一步设置。   第三步:进行对系统策略的设置,这一项我们可以保持默认值直接点击 Next,以后在系统管理中管理员可以根据一些具体需要设置系统策略。
  第四步:进行系统关联的设置,这里主要是设置在系统关联后服务器硬件是默认开机还是关机状态,这里我们选择默认开机状态:Admin Up然后进入应用策略选型,这里我们可以对IPMI进行策略设置,便于未来利用Vcenter实现虚拟机电源管理。
  最后,在确认所有的内容之后,选择 Finish,完成对service profile模板的创建,如图4所示。系统提示service profile模板创建成功。
  然后就可以利用模板来创建service profile文件了,进入菜单Servers——Serbices profile Template——root,选择Creat Service Profiles From Template(通过模板来创建service profile文件)这里我们设置service profile文件按的名称,数量。然后选择以创建好的模板,点击ok。根据我们选择的数量就可以看根据模板自动生成的4个service profile文件。选择某个service profile文件(例如hndzj-serverprofile1),点击Change Service Profile Assoication进行服务器关联,这里选择空余的刀片服务器进行关联。关联完成后,hn-serverprofile1 的状态变成OK,这样对于这台UCS刀片的配置就完成了。
  依据面的操作完成hn-serverprofile1、hn-serverprofile2和hn-serverprofile3与硬件刀片服务器设备的关联,这样整个UCS系统的硬件配置就完成了。在保证前端网络与Nexus5548核心交换机通信正常,我们就可以开始安装刀片服务器上的本地底层操作系统了。2.5安装操作系统
  由于我们的策略配置中默认服务器在关联完成后是默认开机状态,这样我们就可以直接安装系统了,首先我们以刀片服务器hn-serverprofile1为例进行说明。进入hndzj-serverprofile1,点击KVM Console,我们就可以进入UCS系统自带的数字KVM系统了。系统就自动弹出KVM对话框,此界面需要java虚拟机支持,首次加载需要一会时间。然后在KVM对话框上方工具栏中选择Virtual Media,采用ISO镜像文件安装,选择Add Image添加镜像文件。选择镜像文件的路径,镜像文件事先copy到管理机上。选择 Mapped选项,然后点击工具栏上方的Reset按键,开始重启服务器。在接入服务器启动界面,根据提示按下F6键,启动选项,进入启动选型Boot Options,选择虚拟光驱启动。选择我们已经开启的镜像文件ESXi-5.0,就可以安装底层的ESXi操作系统了。在完成hn-service-profile1之后,根据相同的步骤安装hn-service-profile2、hn-service-profile3和hn-service-profile4 的底层操作系统。
  三、结语
  几乎所有的IT运维人员都知道虚拟化的优势,它可以整合工作负载、提高设备利用率以及降低运营、投资、空间、能耗等等。虚拟化使应用部署与服务器购买分离开来,但是这一优势和其他虚拟化优势只有在应用程序运行在一个或多个统一的服务器资源池时,才能够最好地发挥[17]。专为虚拟化环境而优化的思科统一计算系统作为新一代的数据中心平台,在一个紧密结合的集成构架中整合了计算、网络、管理、存储访问与虚拟化功能,降低总体拥有成本的同时提高业务灵活性。虽然要完全实现这种构架的潜能需要一等数量的UCS投资,但是它的可管理性、可扩展性,以及相对的简易性确实给目前数据中心的运维带来了一场变革。
  参 考 文 献
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