企业IT架构为什么要实现虚拟化？.docx

企业IT架构为什么要实现虚拟化？
一、虚拟化的重要性
随着企业规模不断扩大和业务量的提升加剧了企业的成本开销。对于企业数据中心建设来说，虚拟化技术成为企业发展的一个重点。传统意义上的数据中心是建立在多个实体服务器及存储系统上并行完成各项业务，一旦企业业务量增加，需要根据情况重新购置或者对实体服务器及存储系统进行升级，这无疑会加大企业在这方面的投入。
引进虚拟化技术，使节约成本开支，降低部署成本、提高工作效率等突出特点会得到明显改善。虚拟化只需要较少的硬件资源就能运行多重应用程序，能允许用户根据自身需求快速调配新的资源。而这种操作方式完全可以在人员调配数目较少的情况下完成。
旧有的企业格局已经改变，企业需要虚拟化技术将原有的数据中心运营模式打破，重新建立属于自己合理的虚拟化应用战略解决方案。关于虚拟化技术应用，很多人会认为：应用虚拟化会降低成本。这的确是一个最直观的影响因素之一，但是虚拟化广泛应用带来的是一种变革性的技术，企业可以利用虚拟化技术有效地提高效率，创建具有高效率自适应能力的IT系统，从而保证企业能够自动即时地适应企业业务环境发展变化。
二、虚拟化的价值
2.1 虚拟化技术能帮助企业用户实现应用的不间断运行
   目前情况，为了移植数据或更改存储基础设施，企业必须经常让存储设备离线（停机）。这些行为会中断正在访问企业数据的应用程序，从而延长应用程序故障时间，而这一故障时间成本是非常高昂的。此外，例如，为了将数据从一家厂商的存储阵列移植到另一家厂商的存储阵列，您可能需要获得专业化服务，而这些服务需要额外的高昂费用，增加企业的IT运维成本。
   使用存储虚拟化技术则可以帮助企业客户避免让存储设备离线。虚拟化技术的数据移植功能，能够支持数据的在线迁移，即便是更改存储基础设施，也不影响连续存取数据。为应用程序提供的数据的连续可用性可以帮助企业客户避免因故障时间而造成的影响和对成本的增加。
2.2 虚拟化技术能帮助企业用户降低成本、简化存储环境
首先，在许多用户环境中，企业中的数据可能存放在不同厂商存储子系统中，而这些存储设备均提供不同的功能，企业不得不采用不同的方法对它们进行分别管理。 同时，为了管理这些不同的系统，企业IT人员还需要开发多种技能以应对突发事件，这无疑大量增加了企业IT管理人员的工作负担，降低了工作效率，也使得企业IT的管理成本急剧增加。
其次，企业必须要使用各个厂商存储子系统的容灾备份策略来防止企业数据丢失，但是，不同存储子系统之间不能实现实时的互为容灾备份，这给企业带来很多不便，尤其在企业数据变得越来越关键和庞大的时候。更重要的是，由于没有统一的容灾备份策略，企业往往需要在不同时刻，不同时间，投入越来越多的成本保证企业数据不丢失。而在使用了虚拟化技术之后，企业中的数据采用了统一的容灾备份策略，因为虚拟化技术提供的高级复制服务能使得不同厂商之间可以轻松地实现实时的容灾备份以及数据迁移，同时与其他厂商的容灾备份策略兼容。
最后，企业可能基于存储子系统中的某一种功能来实现自动化管理。但如果这样做，就无法实现系统之间的数据移动，因为使用这些数据的应用程序与一台设备的功能密切相关。这将减少企业厂商的可选择性和降低使用存储系统的灵活性。 使用虚拟化技术来提供一个位置，用于管理多个、不同类型的磁盘系统。虚拟化技术还能提供一组通用的功能，这些功能以相同的方式工作，与磁盘系统的类型无关。这样，有助于避免固定于一家供应商和简化管理。
2.3 虚拟化技术能帮助企业用户提高员工生产力
使用虚拟化技术，创建一个虚拟化的异构存储环境库。通过对整个存储库进行集中存储管理，可以帮助IT管理员提高生产力。他们只需学习一个界面，而且需要执行的工作更少。这是因为可以在虚拟化存储库中执行工作。这些功能都有助于降低运营成本。
2.4 虚拟化技术能帮助企业用户更有效地利用存储设备
许多企业对存储设备的利用率仅有25%—50%。通过将多个磁盘阵列的存储容量整合到一个存储设备，虚拟化技术就能帮助企业用户显著提高存储设备的利用率。存储管理员可以对一台存储设备集中进行管理，无需为每台服务器提供备用存储容量。 更确切的说，多个磁盘阵列拥有在所有服务器中共享的存储容量库。因此，存储容量库可以比较小。

三、虚拟化技术的优点分析
使用自动精简配置（Thin Provisioning）技术优化效率、空间
自动精简配置（Thin Provisioning）是一种先进的、智能的、高效的容量分配和管理技术，它扩展了存储管理功能，可以用小的物理容量为操作系统提供超大容量的虚拟存储空间。并且随着应用的数据量增长，实际存储空间也可以及时扩展，而无须人工干预进行手动扩展。 自动精简配置提供的是“运行时空间”，可以显著减少已分配但是未使用的存储空间。一句话而言，自动精简调配是一项对存储资源的自动分配和利用，以避免磁盘空间被无限制索取的技术。
例如：如果我们采用传统的磁盘分配方法，需要用户对当前和未来业务发展规模进行正确的预判，提前做好空间资源的规划，但这并不是一件容易的事情。在实际中，由于对应用系统规模的估计不准确，往往会造成容量分配的浪费，比如为一个应用系统预分配了5TB的空间，但该应用却只需要1TB的容量，这就造成了4TB的容量浪费，而且这4TB容量被分配了之后，很难再被别的应用系统使用。即便是最优秀的系统管理员，也不可能恰如其分的为应用分配好存储资源，而没有一点的浪费。
因此，使用自动精简配置技术就有效的解决了存储资源的空间分配难题，提高了资源利用率。采用自动精简配置技术的数据卷分配给用户的是一个逻辑的虚拟容量，而不是一个固定的物理空间，只有当用户向该逻辑资源真正写数据时，才按照预先设定好的策略从物理空间分配实际容量。此技术能够帮助企业用户将业务开销保持在较低水平，不仅减少了存储硬件的使用，还能够节省用电、降低发热量和硬件的占地空间要求。
l 更高的资源利用率——虚拟化技术可支持实现物理资源和资源池的动态共享，提高资源利用率，特别是针对那些平均需求远低于需要为其提供专用资源的不同负载。
l 降低管理成本——虚拟化技术可通过减少物理资源的数量，隐藏其部分复杂性，实现自动化以简化公共管理任务等方式来提高工作人员的效率。
l 使用灵活性——通过虚拟化技术可实现动态的资源部署和重配置，满足不断变化的业务需求。
l 安全性——提高桌面的可管理性和安全性，用户都可以在本地或以远程方式对这种环境进行访问。虚拟化技术可实现较简单的共享机制无法实现的隔离和划分，可实现对数据和服务进行可控和安全的访问。
l 更高的可用性——提高硬件和应用程序的可用性，进而提高业务连续性；可以安全地迁移和备份整个虚拟环境而不会出现服务中断。
l 更高的可扩展性——根据不同的产品，资源分区和汇聚可支持实现比个体物理资源小得多或大得多的虚拟资源，这意味着可以在不改变物理资源配置的情况下进行规模调整。
l 互操作性和投资保护——虚拟资源可提供底层物理资源无法提供的与各种接口和协议的兼容性，实现了运营灵活性。
l 改进资源供应——与个体物理资源单位相比，虚拟化技术能够以更小的单位进行资源分配。与物理资源相比，虚拟资源因其不存在硬件和操作系统方面的问题而能在出现崩溃后更快恢复。

四、实现虚拟化前后的成本分析
4.1 硬件成本
假设：
l 一台存储系统的使用寿命通常是5年，5年过后，存储系统就停止使用，这时我们需要购买新的存储系统；
l 存储系统使用寿命期间的硬件维护成本将是硬件采购成本的12%左右；
l 每年总体增加的费用将是采购价格的5%左右；
所以，如果存储系统价格是10000美元，就要为维护合同添加每年1200美元的成本，在存储系统的5年使用期间，每年费用增加500美元。这台存储系统的实际成本如下图所示，请注意：第二年，我们增加了5%的费用；第三年，我们为存储系统的成本增加了5%的费用，并以这个新数字(10500美元)的 5%作为增加费用的比例；以此类推，直到第五年。
货币单位：美元

第一年
第二年
第三年
第四年
第五年
总计五年
硬件成本以5%的幅度增加

500
1025
1576.25
2155.06
5256.31
硬件维护成本
1200
1200
1200
1200
1200
6000

11256.32
我们可以从这个例子中看出，五年下来，维护成本和增加的硬件费用超过了存储系统的原始成本。再算上存储系统的成本，我们就能发现，从硬件的角度来看，这台存储系统的实际成本是21256.31美元，这就是这台存储系统五年期间的实际资本开支。
货币单位：美元

第一年
第二年
第三年
第四年
第五年
总计五年
硬件成本以5%的幅度增加

500
1025
1576.25
2155.06
5256.31
硬件维护成本
1200
1200
1200
1200
1200
6000
存储系统成本
10000

10000
硬件总成本
11200
1700
2225
2776.25
3355.06
21256.31

4.2 软件成本
假设：
l 软件维护成本占原始硬件成本的百分比是22%。
l 总体增加的费用同样是5%左右，所以我们会使用这个数字。
在我们这个例子中，存储系统的实际软件成本是16256.31美元，如下面数字所示。
货币单位：美元

第一年
第二年
第三年
第四年
第五年
总计五年
软件成本以5%的幅度增加

500
1025
1576.25
2155.06
5256.31
软件维护成本
2200
2200
2200
2200
2200
11000

16256.31
把这些成本都加起来，我们发现资本开支远高于10000美元这一原始采购成本。
货币单位：美元

第一年
第二年
第三年
第四年
第五年
总计五年
存储系统成本
10000

10000
硬件成本
1200
1700
2225
2776.25
3355.06
11256.31
软件成本
2200
2700
3225
3776.25
4355.06
16256.31
存储系统总成本
13400
4400
5450
6552.5
7710.12
37512.62
不难看出：如果我们部署了虚拟基础设施，而这台存储系统又很适合进行虚拟化处理，那么创建一个新的虚拟资源池相对于购买一台新的存储系统大有意义。设想一下：如果我们发现现有数据中心5台已经运行了3年的存储系统适合进行虚拟化整合与利旧，考虑存储虚拟化层自动精简配置对存储硬件成本(空间利用率翻倍)的50%的降低，软件license成本由于虚拟化集中带来的40%下降，那么引入存储虚拟化设备后，第四年在这5台存储上成本开支的是:
第四年总成本: 硬件成本2776.25 X 50% + 软件成本3776.25 X 60% = 3653
为原来第四年成本的 3653/6552 = 56%。
如考虑第五年，第六年，由于虚拟化前设备到第五年需考虑集体更新换代，此时初始购买成本高达 5 X 10000美金（考虑数据迁移费用抵消存储每TB价格每年下降幅度）。 而利用虚拟化设备带来的存储镜像高可用可延长使用寿命到第六，第七年，总体成本较新购要大幅降低。
4.3 设施、电力成本
由于电力能源、冷却和物理空间越来越紧张，运行IT系统的成本也随之增加。其实，相当大的一部分费用节省，最明显的就来自设施、电力这类成本。这一类成本相对比较容易估算，我们需要弄清楚数据中心中存放IT资产的机房的成本，当然还要弄清楚机架的占地面积等。
使用虚拟化技术，就是将多种资源进行整合。当使用的硬件设备越少时，机房占用空间越小，机柜、电力等方面的成本也会急剧下降。
假设：
电功率为1000W的电器工作一小时为1度电；每台存储系统的耗电量在1000W；商用电每度1.5元；共20台存储系统；
1000W的存储系统每24小时用电量： 1000W×20台×24小时/1000 = 480度
480度×1.5元 = 720元/天
720元×365天 = 262,800元/年
就单单存储系统而言，每年的电力成本支出就有26万元，随着数据量爆炸式的增长，存储设备的急剧增加，势必会带来给多的电力成本支持。而构建虚拟化的架构，可以帮助企业用户避免因数据量的增长，而造成反复的硬件成本投入 ，从而也降低电力等运营成本。
五、实现虚拟化前后的性能分析
经过存储虚拟化后，性能是否得到提升或许是永远的话题。
存储虚拟化后，由于虚拟化设备本身具备大容量Cache作为额外的数据缓存，同时虚拟化设备可将I/O打散到所有被虚拟化设备的磁盘转轴，性能较被虚拟化前往往具备20%左右的提升。
任何的理论说明，都不如测试结果更有说服力，为了证明不同的外部存储通过虚拟化后，性能都可以得到提升，我们对：
l IOPS（Input/Output Operations Per Second，即每秒进行读写I/O操作的次数）
l Thoughput（吞吐量，是指对网络、设备、端口、虚电路或其他设施，单位时间内成功地传送数据的数量）
l Response Time （响应时间）
这三大指标进行测试，来说明实施虚拟化前后的性能对比。
5.1 IOPS测试

通过上图我们可以发现，非虚拟化环境（No_Virtual，蓝色）在IOPS测试中，性能表现是最差的。
5.2 Thoughput( MB/s)测试

通过上图我们可以发现，非虚拟化环境（No_Virtual，蓝色）在吞吐量测试中，性能表现也是最差的。
.3 Response Time测试

通过上图我们可以发现，非虚拟化环境（No_Virtual，蓝色）在响应时间测试中，响应时间最长，表现同样最差。
通过上述三种测试，我们有信心，也有理由相信虚拟化环境对性能具有提升的能力。