持续优化:虚拟化环境下高可用应用系统建设

全息计算 holographic computing

随着云计算、大数据、移动互联等新兴技术的不断发展,传统数据中心正逐步向以虚拟化、云计算为基础的新型数据中心进行转型。在传统数据中心架构下,由于物理服务器硬件、操作系统、应用系统的绑定,服务器之间无法复用计算资源、存储资源,只能通过为不同应用分配不同服务器等硬件来满足业务运营和业务扩展需求。随着企业规模不断扩张,这种传统模式很难快速满足快速变化的市场对IT系统支持保障的要求。
虚拟化技术的日渐成熟,解决了硬件资源无法复用、设备资源利用率低等矛盾,可实现物理层与逻辑层的分离,提高IT基础设施管理效率和资源利用率,有效降低运维成本和压力,整合计算资源、存储资源和网络资源,逐步实现向云计算平台的过渡,从而进一步提升IT支持保障能力,建立高效、节能、敏捷的新型数据中心。
虚拟化作为实现这一转型发展的关键技术,已经或正在为各行各业提供强有力的基础设施平台,虚拟化环境下的各类应用系统提供了形形色色的客户营销服务和管理分析系统。目前,持续加强其高可用性建设是一个不断完善、持续优化的值得研究的课题。
一、    虚拟化平台HA高可用性
当前,提供虚拟化服务的厂商均能够实现较为完备的平台高可用性解决方案。比如VMWARE vSphere平台的HA技术,通过配置多台ESXi服务器构建虚拟化群集,将硬件设备、网络、存储等多个层面的冗余实现平台层面的高可用,为虚拟化平台中运行的应用程序提供快速中断恢复和容错保障。一旦单台ESXi服务器出现故障,HA能够自动检测到节点状态对其进行隔离,并由其他服务器接管原服务器承载的虚拟机,通过虚拟机重启并还原服务完成以虚机模式运行的应用程序在不同服务服务器之间迁移,利用DRS(资源调度)及vMotion(动态迁移)等技术对虚拟化平台资源进行动态调整。
二、    虚拟化平台容错技术
vSphere HA 通过在主机出现故障时重启虚拟机来为虚拟机提供基本级别的保护,缺点是存在非计划宕机时间,影响业务连续性。 vSphere  平台中的Fault Tolerance技术,可获得比 vSphere HA 所提供的级别更高的可用性和数据保护,从而确保业务连续性。它通过创建和维护与主虚拟机相同,且可在发生故障切换时随时替换主虚拟机的辅助虚拟机,来确保虚拟机的连续可用性。这种技术需要为主虚拟机设置Fault Tolerance属性,并创建一台从虚拟机,通过平台vLockstep 等技术与主虚拟机保持同步运行,由于从虚拟机与主虚拟机一起以虚拟锁步方式运行,相当于是主虚拟机的实时动态镜像,可以无中断接管任何点处的执行,从而提供虚拟机容错保护。
三、    多虚拟机集群及负载均衡技术
即便底层虚拟化平台提供良好的高可用技术,单台虚拟机始终存在单点运行风险。虚拟化平台环境下,可通过多台虚拟机构建集群的方式、结合负载均衡等技术提升应用系统的高可用。虚拟机集群是指多台相同的虚拟机基于操作系统的双节点或多节点的集群。一种方式是操作系统自带的集群软件,如红帽RHEL6之前的RHCS组件和RHEL7的pacemaker+corosync组件,以及Windows Server 2008环境下的Clustering技术,另外一种方式是依托第三方软件,如LINUX下的LVS+Keepalived技术、Windows平台下的RoseHA等,构建多台虚拟机构建集群系统,实现单台虚拟机故障情况下备机自动接管服务的目的。另外,Windows平台和LINUX平台下均有负载均衡技术,可将工作负载均衡分配到多个操作单元上执行,也可有效避免服务器、虚拟机等的单点失效风险。
四、    多平台+多虚机的复合高可用方案
在单一平台架构下,虽然平台已提供了高可用解决方案,但也存在因平台架构、许可证、快照、备份恢复等意外因素导致平台整体不可用的风险。为此,在IT基础设施资源充足条件下,生产环境中建立两套物理架构独立、逻辑架构统一的双虚拟化平台是实现应用高可用性的更好方法。这种架构下,相互独立的虚拟化平台均需承载虚拟机对外提供不间断服务。在跨平台的虚拟机之间可采用DRBD存储复制技术实现不同虚拟机之间实时或异步数据同步。DRBD是一个LINUX环境下、无需共享存储的、服务器或虚拟机之间镜像块设备内容的数据镜像及复制技术,可实现传统的单主模式、共享型的复主模式,完成异步复制技术、内存同步复制技术和同步复制技术等,实现并支持多节点高可用性,提升业务连续性水平。
五、    虚拟化备份恢复
除了生产系统高可用性之外,虚拟化环境下数据备份及恢复尤为重要,数据备份有效性是确保生产系统正常运营最重要的保障,也是生产系统能否还原的最后一根稻草。当所有高可用性措施都已失效,必须从备份系统中恢复生产数据时,备份数据完整性、可靠性和可恢复性往往受到严重考验。在虚拟化平台环境下,数据备份也可分为几个层面实施,一是由各应用在操作系统或数据库层面自行进行数据库、应用及文件备份,二是通过虚拟化平台Data Recovery备份技术创建虚拟机备份,该技术不会中断虚拟机的使用或虚拟机提供的数据和服务,三是通过虚拟机复制或克隆技术,创建某一时点虚拟机的完整镜像进行手工备份,四是结合专业化备份软件(如Symantec Netbackup或Veeam Backup & Replication 等)与虚拟化平台的集成实现对整个虚机的自动化备份,五是利用存储设备底层的远程复制等技术对虚机影像文件进行保存等。值得注意的是,不管采用哪种备份方案和备份策略,必须定期对备份数据进行恢复性验证测试,确保备份数据的有效性,这样才能保证生产系统安全运行有备无患。
综上所述,虚拟化环境下高可用应用系统建设是一项逐步完善、持续改进、不断优化的工作,需要从企业业务连续性的视角进行规划,选择适合自身的架构和技术加以设计和实现,并根据实际进行效果进行不断调整,从而达到应用系统高可用的目标。

本文作者:中国建设银行山东省分行信息技术部 曹磊  未经许可禁止转载

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