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VMware ESX與Virtual Iron的高可用性架構
目前唯一能提供高可用性機制的虛擬平臺,是VMware Virtual infrastructure 3的HA,以及Virtual Iron V4 XEE的LiveRecovery,兩者都架構十分類似,都是將數臺實體機器構成一個資源池,然後透過一個管理平臺(VMware的Virtual Center或Virtual Iron的Virtualization Manager)為儲存池中的實體機器建立叢集關係。 

接下來每臺實體主機之間都會定期執行心跳檢測,如果任一主機未能在時限內回應心跳檢測,其他主機就會判定該主機已經失效,將會自動啟動與該主機有關的虛擬機器。限制是資源池剩餘的硬體資源必須大於或等於失效的那臺實體主機,這樣才能確保重啟成功。 
如果與DRS或LiveCapacity等自動負載平衡功能搭配,則系統還能在任一實體主機故障時,自動安排在最佳位置重啟虛擬機器。 

兩種高可用性機制的關鍵都在於底層必須依靠一套共享儲存設備,虛擬機器的資料是存放在後端儲存設備,而不在前端實體主機,因此實體主機失效不會影響到資料,只要把資料轉給另一臺實體主機上新啟動的虛擬機器使用即可。 

兩者較大的差別是當Virtual Iron的Virtualization Manager失效時,將無法啟動LiveCapacity,必須復原Manager Server才能恢復高可用性機制。另外在記憶體的設定方面。VMware允許以硬碟Swap方式模擬記憶體,即使實體主機的實體記憶體較為不足,仍能重啟故障主機上的虛擬機器。而Virtual Iron就會限制一定要實體記憶體。 

兩種方式互有利弊,VMware具有較大的彈性,但風險是若採用硬碟Swap將會大幅拖累虛擬機器的效能,雖然虛擬機器上的Guest OS仍可執行,但過慢的效能很可能會造成應用程式回應過慢,以致服務終止。而Virtual Iron的機制對記憶體的限制較嚴格,但較能保障服務的持續。 

儘管這些高可用性架構都會持續監控整個叢集的資援使用率,確保叢集預留有足夠的備用資源。但普樺科技的產品顧問李舒玄表示,最保險的作法還是在叢集(或資源池)中保留一臺沒有執行虛擬機器的「空」實體主機,這樣才能確保失效切換的成功。 



VMware的VCB備份

VMware Consolidated Backup(VCB)是VMware推出用於ESX Server的FC SAN備份機制,具有不占用前端實體主機運算與網路資源的特性,可執行檔案與磁碟映像兩種層級的備份或還原,並搭配第三方備份軟體將資料轉存到磁碟或磁帶中保存。

目前能支援VCB備份的備份軟體包括CA ARCServe Backup 12、EMC的Legato Networker與Avamar、Symantec的NetBackup 6.5、Backup Exec 11/12,以及Vizioncore的vRanger Pro等。

VCB的執行方式有兩種:檔案層級的VCB是透過ESX Server的快照為磁碟(VMDK)製作快照複本,然後把VMDK快照複本掛載到一臺獨立的備份代理伺服器(Backup Proxy Server)上成為VLUN,再搭配第三方備份軟體將VLUN中的檔案備份到磁碟或磁帶上。

啟動快照前,系統會透過pre-Backup Script將原本磁碟區的I/O堵住(Block),暫停虛擬機器對這些磁碟區(VMDK)的寫入,然後將虛擬機器的寫入需求導入一個暫存的REDO區。因此虛擬機器在這段時間內的寫入不會受到影響,待快照完成後,系統再解除原磁碟區的寫入鎖定,並將REDO中的新資料寫回原磁碟區,然後執行post-thaw Script讓系統恢復正常。

而映像檔層級的VCB備份程序與上述做法類似,只是不把VMDK檔掛載到備份代理伺服器成為VLUN檔,而是直接將原來的VMDK檔案切成最大2GB的格式,再匯出給備份代理伺服器。

其優點是無須在虛擬機器上安裝代理程式,也不耗用前端實體主機的運算與網路頻寬,而且也不會中斷服務,屬於LAN-free與Off-Host的熱備份。但又可還原單一檔案,也能執行增量或差異備份,不像一般映像檔層級的備份只能備份或還原整個映像檔,因此透過VCB的檔案層級備份可節省大量磁碟空間。

而缺點就是掛載上VLUN執行備份的備份代理伺服器也會占用共用儲存設備的I/O資源,因此執行VCB備份時會影響底層儲存設備的效能,從而間接影響前端虛擬機器的I/O效能。

另外要注意的是,檔案層級VCB備份目前只適用於Windows(映像層級可適用於任何作業系統),備份代理伺服器限制須為Windows Server 2003平臺,且備份代理伺服器不能與Virtual Center安裝在同一臺實體伺服器。



Part1 虛擬環境更需要資料保護
無論導入虛擬化與否,企業資料需要備份備援的保護已是基本共識,但比起傳統環境,虛擬環境的資料更需要保護。長期以來,「把雞蛋都放在同一個籃子裡」,是企業對導入伺服器虛擬化的一大疑慮。 

透過運算資源的集中來提高硬體資源利用率,進而節省整體成本,固然是伺服器虛擬化的主要效益,然而世界上沒有十全十美之事,這種作法亦帶來相應的副作用。 

藉由運算資源的切割與共享,虛擬化技術可讓少量高效能伺服器,替代大量舊的伺服器,從而有效降低硬體建置與維運成本。然而資源集中了、風險也隨之集中。 

對企業用戶來說,虛擬化平臺要能發揮效用,就必須具備執行重要關鍵應用程式的能力,這要求虛擬平臺須能因應突如其來的服務中斷問題,故建立高可用性或失效轉移(Fail Over)機制是不可或缺的措施。 

風險1 單點故障危害範圍大幅增加 

導入虛擬化之前,任一伺服器故障通常只會影響到該伺服器負責的工作;導入虛擬化後,由於單一實體伺服器就承擔了過去多臺伺服器的工作,一旦故障,連帶也影響到多個服務的執行,風險比以前高出許多,因此備份或備援系統的必要性也大幅增加了。 

除了故障會造成停機外,維護或升級也會造成停機。未導入虛擬化的環境,個別實體伺服器各自執行任務,因此當特定實體機器因定期維護、升級而停機時,僅會影響該實體機器上的服務;而在虛擬化環境,任一臺實體伺服器若因停機進行歲修或升級,影響的範圍就大的多了。 

風險2 共享資源,影響服務品質的維持 

用戶導入虛擬化的目的是節省成本,但不能以犧牲服務等級為代價。而虛擬化平臺雖能針對個別的虛擬機器分派硬體資源,如處理器、記憶體、網路頻寬與磁碟存取的優先順序,藉以確保不同服務的執行效率。然而資源總是有限的,不當的資源分派顯然會影響虛擬機器的效能。 

固然IT管理人員理應能預估不同服務的硬體資源需求,但現實中總是會發生無法預期的狀況,若一開始的資源分派不適當,很可能會產生尖峰時段多個虛擬機器同時需要存取資源,以致承擔關鍵應用的虛擬機器資源不足,形成效能瓶頸的情況。因此動態的資源監控與調節,也是不可或缺的機制。 

以下我們將分別介紹虛擬環境中的備份、備援與動態資源負載平衡的種種作法,以及不同類型解決方案的特性。

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