思科UCS在數據中心虛擬化建設中的應用

【摘要】 服務器虛擬化為世界各地的數據中心解決了很多問題，但同時它也向數據中心提出了挑戰。有限的可擴展性和過于復雜的管理框架增加了數據中心成本，同時降低了業務需求的響應能力。思科統一計算系統通過新一代數據中心平臺解決了上述問題，此平臺將計算、網絡、存儲管理和虛擬化功能統一到一個綜合系統中，進行集中管理，簡化了當今數據中心服務器和網絡部署的方式，使IT管理者的工作重心從繁瑣、耗時的維護工作中解脫出來。本文通過統一計算平臺特點的介紹及具體的部署案例對思科統一計算系統在數據中心虛擬化建設中的應用進行探討，為數據中心虛擬化建設者提供參考。

【關鍵詞】 數據中心 虛擬化 思科統一計算系統 統一管理

近年來，全球大部分IT部門已從數據中心和基礎設施整合演進到了虛擬化，利用虛擬化技術整合現有零散資源為可擴展的動態資源，以網絡為載體提供硬件基礎設施、運行平臺、業務功能軟件等形式的自動化服務[1-3]。盡管虛擬化技術得到了廣泛采用，但數據中心運營成本仍然有繼續增長之勢，有限的可擴展性和過于復雜的管理框架增加了數據中心成本，同時降低了業務需求的響應能力。大量的能耗使得像Google、Microsoft和Facebook這樣IT公司每年的電費高達幾百萬美元，隨著數據中心系統規模的擴大，機房空間、服務管理、能耗更是呈持續快速增長的趨勢[4-8]。思科推出的統一計算系統整合了數據中心資源，擴展服務交付范圍，并從根本上減少需要設置、管理、供電/冷卻和連接方面的設備數量。本文從統一計算平臺特點及具體部署案例兩方面闡述思科統一計算系統在數據中心虛擬化建設中的應用。

一、統一計算系統概述

統一計算系統簡化了服務器和網絡部署的方式。它將交換資源集中在一起，通過消除刀片機箱內部的交換，減少了網絡接入層分段。該架構采用了統一陣列，在一個聯合基礎設施上傳輸局域網、存儲和高性能計算流量，這一方法能夠整合或完全消除多個服務器適配器、機箱交換機、線纜及其它外圍基礎設施。這種簡化相比傳統數據中心，可將支持基礎設施所需的電源、空調、管理成本和安全設備減少將近一半，同時利用簡化和嵌入的管理功能，數據中心管理員可以在一個作為統一計算中樞系統的統一管理域內，實現集中管理[9-12]。

下面列舉了UCS所組成的數據中心的一些主要特點：

1.1業務快速部署和業務高可用性

通過服務配置文件，將業務對計算資源的需求抽象出來，可以實現業務的快速部署和計算資源的靈活調度。同時，通過服務配置文件故障倒換和Fabric故障倒換機制，可以實現業務的高可用性，大大縮短故障發生時，業務的不可用時間。

1.2統一矩陣Unified Fabric

將服務器的所有網絡流量通過統一的fabric interconnects 傳輸，進行統一處理和管理，大大減少了網絡適配器，刀片服務器交換設備和網絡布線[13]。

1.3內置統一管理

統一管理系統內置在fabric interconnects中，對UCS的所有元素作為一個整體系統進行統一管理。 UCS 管理器負責系統管理的各個方面，以及服務屬性文件的操作。服務屬性文件描述服務器的抽象狀態。這種統一管理的方法避免了多個元素管理系統單獨管理各自的系統成份。此外，UCS 管理器還提供基于角色的管理方式，以滿足 IT 管理員在統一集成的管理環境中，能進行各自責任區域的策略配置和操作。由于沒有了傳統的人工協調和交互，現在可以同時部署、預置多個工作流，IT維護人員無需通過數小時或數天繁瑣、耗時且易于出錯的人工配置[14-16]。

1.4思科的擴展內存專有技術

與傳統的2-socket 服務器相比，思科的擴展內存專有技術能提供兩倍的最大內存 （1TB） ，極大地提高了服務器性能和容量，以滿足虛擬化和大數據負載的需要。

1.5 VN Link 虛擬化支持/虛擬適配器

虛擬機的虛擬鏈路同樣能像物理鏈路一樣管理。這些虛擬鏈路能被統一配置和管理，免除了傳統系統管理虛擬系統鏈路的復雜性。

1.6能效提高

UCS 的卓越設計減少了系統成份數量，與傳統的刀片服務器環境相比，電能需求及機房空調能耗減少百分之五十以上，貢獻一個綠色數據中心。

1.7 FCoE

UCS 6200系列和Nexus系列實現了Fiber Channel流量在 10G 以太網中傳輸，整合 I/O 到同一條線纜，減少了適配器，線纜和端口數量。單個網卡及單根連線就能將服務器同時聯向以太網和 Fiber Channel 網絡，布線簡化。

二、統一計算系統初始化配置

接下來以2臺UCS6248互聯陣列、2臺UCS5108刀片服務器機箱、16個UCSB200 M3刀片服務器、2臺Nexus5548核心交換機為例介紹思科統一計算平臺的設備硬件安裝及初始化配置。刀片機箱和互聯矩陣UCS6248的連接示意圖如下，使用 UCS6248中的第1、2、3、4、5、6、7、8端口與刀片服務器機框相連，使用第9、10、11、12端口與核心交換機Nexus5548相連。

將2臺 UCS6248 的L1端口連接，然后將L2端口連接，將串口線接入UCS6248的consol口，另一頭接入電腦的串口。在筆記本上打開超級終端，然后開啟第一臺UCS6248，準備開始配置。

請準備好以下參數：UCS6248-A的管理地址、UCS6248-B的管理地址、cluster的地址、子網掩碼、默認網關地址、系統名稱、管理員密碼、DNS地址（可選）、系統的域名（可選），下文中用到的規劃地址如下表所示：

2.1 初始化互聯陣列UCS6248

照A的方式完成FI-B命令行的IP地址設置，在進入圖形界面后選擇Initial Setup并Submit后，Fabric B會探測到已在A上所做設置，輸入管理 fabric B 的管理 IP 地址，這樣，Fabric Interconnect B 也配置完成，我們可以使用瀏覽器登錄 cluster 的管理 IP 地址對 UCS 進行管理配置了。這樣我們就完成了對UCS系統的初始化配置。

2.2 UCS6248基本配置

在進行UCS系統配置時，我們首先要先對UCS6248進行配置，在地址欄輸入https：//11.5.1.1（UCS系統管理地址），登陸UCS Manager管理界面。啟動java虛擬機，彈出UCS Manager登陸框，輸入用戶名和密碼，進入UCS Manager管理界面。

首先配置UCS互聯矩陣上的互聯端口。在左測工具欄選擇Equipment——Fabric Interconnescts——Fabric Interconnesct A（互聯矩陣A）——Fixed Module（固話接口）——Unconfigured Ethernet Ports（未配置的端口），如圖2所示。

我們將為未配置的端口定義為服務端口Server port（用來連接刀片服務器機框的）、以太網上聯端口Uplink port（用來連接核心交換機Nexus5548的）。將鏈接刀片機框的端口配置為Server port（服務端口）。將上聯核心交換的端口配置配置為Uplink port。由于2臺6248分別采用2條雙鏈路上聯核心交換機，因而需要將2個上聯端口配置成port-channel。在左側工具欄根目錄選擇LAN——LAN Cloud——Fabric A——port-channel。右鍵選擇Create port channel來創建port-channel接口。配置port-channel ID和名稱，選擇下一步。為port-channel端口添加物理端口，然后選擇完成。

這樣port-channel配置就完成了。進入port-channel端口，可以查看端口狀態。這樣我們就配置完成了第1臺交換矩陣Fabric A，依據上述的配置過程配置第2臺交換矩陣Fabric B。這樣對于控制器的端口配置就結束了，連接好線纜就可以開始配置UCS了。

2.3系統基礎參數定義

本次每個刀片機框交換機使用4條10GB FCoE鏈路，因而我們這里要配置機框連接6248的鏈路模式。在Equipment根目錄下，Equipment——Glbbal Policies——Policies，選擇為4 Link，port channel模式。

如果要管理每臺刀片服務器需要為刀片服務器配置硬件管理IP地址，左側工具欄選擇Admin，然后在進入Admin——ALL——Communication Management——Management IP Pool，選擇Create Block of IP Addressess來創建管理IP地址池。配置管理地址池，配置起始IP地址，IP地址池大小，子網掩碼和網關。然后系統將會從IP地址池中分配地址給每個物理的刀片服務器。然后我們來配置主機ID號，用來識別每一臺物理服務器。進入左側工具欄Servers——Pools——root——UUID Suffix Pool，右鍵選擇Create UUID Suffix Pool來創建UUID池。填寫UUID池名稱和描述，選擇下一步。選擇Add，添加UUID到UUID池中。選擇起始UUID值，選擇UUID池大小，然后選擇OK，完成UUID池的創建。然后我們創建虛擬網卡的MAC地址池，在左側工具欄LAN根目錄下進入LAN——Pools——MAC Pools，右鍵選擇Create MAC Pool。填寫名稱和描述，選擇下一步。點擊Add添加MAC地址。填寫首MAC地址和MAC地址池大小，選擇OK。點擊完成，這樣就完成了MAC地址池的創建。創建了MAC地址池后，我們需要為虛擬vnic卡創建iqn號池，我們首先創建iqn號池，進入左側工具欄lan——Pools——root——iqn Pools，右鍵選擇Create iqn Pool。

2.4 Service Profile定義及關聯

在完成了以上UUID，MAC地址池，iqn池的創建以后，我們就可以為服務器創建配置文件service profile了，為了更加方便的創建服務器創建配置文件，我們采用模板方式創建，也就是通過創建1個service profile配置文件模板，然后生成多個service profile文件。

第一步：在左側工具欄中選擇Servers，進入Servers——Service profile templates——root，選擇Create Service profile template，來創建service profile模板，如圖3所示。

填寫模板名稱，類型選擇Initial Tenmlpate。然后再UUID中選擇我們已經創建好的UUID池“UCS_UUID_Pool”。然后進行本地存儲配置，這里選擇Create Local Disk Configuration Policy。創建本地存儲策略。進行網絡配置，選擇Expert模式。點擊Add，添加網卡。填寫網卡名稱，MAC地址采用我們建立好的MAC地址池”UCS_MAC_Pool”，控制器為FabricA，（也可以根據情況選擇FabricB，也可以選擇Failover模式實現網卡備份）。點擊Create VLANs，創建VLAN，填寫vlan名稱，模式選擇Common/Global（全局模式vlan，，這樣我們創建的VLAN在Fabric A 和 Fabric B上都是生效的。配置VLAN ID，選擇OK，完成vlan創建。已經這的方式創建所有我們刀片服務器和虛擬機需要的vlan。配置完成后選擇OK，這樣我們就完成了對于網絡的配置，然后選擇 Next。

第二步：配置服務器的BOOT（啟動選型），這里我們選擇Creat Boot Policy來配置系統的啟動策略。配置基于網絡的啟動和基于存儲的啟動iSCSI BOOT。本次項目中我們將VMware的ESXi底層操作系統安裝在NETAPP上，因而我們選擇iscsi boot硬盤啟動. 設置完成后我們點擊OK ，就完成了對系統啟動的設置，這里我們看到我們系統的啟動項和啟動順序，點擊Next的進入下一步設置。

第三步：進行對系統策略的設置，這一項我們可以保持默認值直接點擊 Next，以后在系統管理中管理員可以根據一些具體需要設置系統策略。

第四步：進行系統關聯的設置，這里主要是設置在系統關聯后服務器硬件是默認開機還是關機狀態，這里我們選擇默認開機狀態：Admin Up然后進入應用策略選型，這里我們可以對IPMI進行策略設置，便于未來利用Vcenter實現虛擬機電源管理。

最后，在確認所有的內容之后，選擇 Finish，完成對service profile模板的創建，如圖4所示。系統提示service profile模板創建成功。

然后就可以利用模板來創建service profile文件了，進入菜單Servers——Serbices profile Template——root，選擇Creat Service Profiles From Template（通過模板來創建service profile文件）這里我們設置service profile文件按的名稱，數量。然后選擇以創建好的模板，點擊ok。根據我們選擇的數量就可以看根據模板自動生成的4個service profile文件。選擇某個service profile文件（例如hndzj-serverprofile1），點擊Change Service Profile Assoication進行服務器關聯，這里選擇空余的刀片服務器進行關聯。關聯完成后，hn-serverprofile1 的狀態變成OK，這樣對于這臺UCS刀片的配置就完成了。

依據面的操作完成hn-serverprofile1、hn-serverprofile2和hn-serverprofile3與硬件刀片服務器設備的關聯，這樣整個UCS系統的硬件配置就完成了。在保證前端網絡與Nexus5548核心交換機通信正常，我們就可以開始安裝刀片服務器上的本地底層操作系統了。2.5安裝操作系統

由于我們的策略配置中默認服務器在關聯完成后是默認開機狀態，這樣我們就可以直接安裝系統了，首先我們以刀片服務器hn-serverprofile1為例進行說明。進入hndzj-serverprofile1，點擊KVM Console，我們就可以進入UCS系統自帶的數字KVM系統了。系統就自動彈出KVM對話框，此界面需要java虛擬機支持，首次加載需要一會時間。然后在KVM對話框上方工具欄中選擇Virtual Media，采用ISO鏡像文件安裝，選擇Add Image添加鏡像文件。選擇鏡像文件的路徑，鏡像文件事先copy到管理機上。選擇 Mapped選項，然后點擊工具欄上方的Reset按鍵，開始重啟服務器。在接入服務器啟動界面，根據提示按下F6鍵，啟動選項，進入啟動選型Boot Options，選擇虛擬光驅啟動。選擇我們已經開啟的鏡像文件ESXi-5.0，就可以安裝底層的ESXi操作系統了。在完成hn-service-profile1之后，根據相同的步驟安裝hn-service-profile2、hn-service-profile3和hn-service-profile4 的底層操作系統。

三、結語

幾乎所有的IT運維人員都知道虛擬化的優勢，它可以整合工作負載、提高設備利用率以及降低運營、投資、空間、能耗等等。虛擬化使應用部署與服務器購買分離開來，但是這一優勢和其他虛擬化優勢只有在應用程序運行在一個或多個統一的服務器資源池時，才能夠最好地發揮[17]。專為虛擬化環境而優化的思科統一計算系統作為新一代的數據中心平臺，在一個緊密結合的集成構架中整合了計算、網絡、管理、存儲訪問與虛擬化功能，降低總體擁有成本的同時提高業務靈活性。雖然要完全實現這種構架的潛能需要一等數量的UCS投資，但是它的可管理性、可擴展性，以及相對的簡易性確實給目前數據中心的運維帶來了一場變革。

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