Как построить частное облако на VMware vSphere: Пошаговое руководство

VMware vSphere — это ведущая в отрасли платформа виртуализации серверов, которая служит основой для построения надежных, масштабируемых и управляемых частных облаков. Она позволяет абстрагировать аппаратные ресурсы (процессоры, память, хранилище, сеть) и представить их в виде единого пула, который можно динамически выделять для запуска виртуальных машин и приложений.

vSphere предоставляет не просто базовую виртуализацию, но и целый набор инструментов и возможностей для управления жизненным циклом виртуальных машин, обеспечения непрерывности бизнеса и оптимизации использования ресурсов. Понимание архитектуры и компонентов vSphere является первым и ключевым шагом к созданию эффективного частного облака.

Гипервизор VMware ESXi: фундамент виртуализации

В основе любого решения vSphere лежит гипервизор ESXi. Это операционная система типа 'bare-metal' (устанавливаемая непосредственно на физический сервер), которая отвечает за разделение физических ресурсов сервера (CPU, RAM, хранилище, сетевые адаптеры) и создание виртуальных машин (ВМ).

ESXi обеспечивает высокую производительность, надежность и безопасность для каждой ВМ, изолируя их друг от друга. Современные версии ESXi обладают компактным размером, что уменьшает поверхность атаки и повышает общую безопасность системы. Управление отдельным хостом ESXi возможно через веб-интерфейс или командную строку, но истинная мощь vSphere раскрывается при использовании централизованного управления.

vCenter Server: мозг операции и централизованное управление

Если ESXi — это мускулы, то vCenter Server — это мозг частного облака на базе vSphere. Это централизованная платформа управления, которая позволяет администраторам управлять всеми хостами ESXi и виртуальными машинами из единой консоли.

vCenter Server предоставляет такие ключевые возможности, как vMotion (миграция работающих ВМ без простоя), High Availability (автоматический перезапуск ВМ на других хостах в случае сбоя), Distributed Resource Scheduler (автоматическая балансировка нагрузки), а также управление обновлениями, мониторинг производительности и многое другое.

Обычно vCenter Server развертывается как виртуальный модуль (vCenter Server Appliance, VCSA) на одном из хостов ESXi, что упрощает его установку и обслуживание.

Сетевые компоненты vSphere: виртуальные коммутаторы и их роль

Виртуализация не ограничивается серверами и хранилищами; сеть также виртуализируется с помощью vSphere. Основными компонентами являются виртуальные коммутаторы (vSwitch).

Существует два типа: Standard vSwitch (конфигурируется на каждом хосте ESXi отдельно) и Distributed vSwitch (конфигурируется централизованно через vCenter Server и применяется ко всем хостам в кластере). Виртуальные коммутаторы позволяют ВМ общаться друг с другом и с физической сетью, обеспечивая при этом изоляцию, безопасность (через группы портов и VLAN) и управление трафиком. Distributed vSwitch предлагает более продвинутые функции, такие как Network I/O Control, поддержка LACP и централизованное управление, что делает его предпочтительным выбором для крупных или сложных сред частного облака.

Хранилище данных

Хранилище данных (Datastore) — это логическое представление физических ресурсов хранения, где размещаются файлы виртуальных машин (VMDK, конфигурационные файлы и т.д.).

vSphere поддерживает различные технологии хранения. Традиционные подходы включают использование блочных хранилищ (Block Storage) через протоколы iSCSI или Fibre Channel (FC), подключаемых как LUN к хостам ESXi, и файловых хранилищ (File Storage) через протокол NFS. Эти подходы обычно требуют выделенной сети хранения (Storage Area Network, SAN или NAS).

Прогрессивным решением является VMware vSAN — программно-определяемое хранилище, которое объединяет локальные диски хостов ESXi в единый распределенный пул хранения, управляемый через vCenter. vSAN упрощает управление хранилищем, обеспечивает высокую производительность и масштабируемость, идеально подходя для гиперконвергентных инфраструктур (HCI).

Выбор технологии хранения зависит от требований к производительности, масштабируемости, бюджета и существующей инфраструктуры.

Прежде чем приступить к установке компонентов vSphere, критически важно провести тщательное планирование. Этот этап закладывает основу для успешного, стабильного и масштабируемого частного облака. Пренебрежение планированием может привести к проблемам с производительностью, нехватке ресурсов, трудностям в управлении и увеличению затрат в будущем.

Оценка требований к аппаратному обеспечению

Первым шагом является определение требований к аппаратному обеспечению. Это включает:

Серверы (Хосты ESXi)
Оцените количество и характеристики серверов, которые потребуются для размещения ожидаемой нагрузки виртуальных машин. Учитывайте требования к процессорам (количество ядер, тактовая частота), оперативной памяти (объем с запасом для роста и функций HA), сетевым адаптерам (количество и скорость портов, поддержка необходимых технологий) и наличию слотов для локальных дисков (особенно если планируется использовать vSAN). Важно убедиться, что выбранное оборудование сертифицировано VMware и присутствует в VMware Compatibility Guide (VCG) для используемой версии ESXi.

Система хранения данных (СХД)
Определите тип и объем необходимого хранилища. Если используется внешняя СХД (SAN/NAS), убедитесь в ее совместимости с vSphere, достаточной производительности (IOPS, пропускная способность) и наличии необходимых интерфейсов (FC, iSCSI, NFS). Если планируется vSAN, рассчитайте необходимое количество и типы дисков (SSD для кэша, SSD/HDD для данных) в каждом хосте, учитывая политику отказоустойчивости (FTT). Не забудьте про резервирование пространства для снэпшотов и роста данных.

Сетевая инфраструктура
Проанализируйте требования к сети. Потребуется надежная и достаточно быстрая сеть для трафика управления (Management Network), трафика vMotion, трафика хранилища (если используется iSCSI или NFS, или для vSAN) и трафика виртуальных машин. Рекомендуется использовать несколько физических сетевых адаптеров на каждом хосте для резервирования и распределения нагрузки. Для vMotion и vSAN часто требуются сети 10 Гбит/с или быстрее. Продумайте сегментацию сети с использованием VLAN для изоляции различных типов трафика.

Вопросы лицензирования VMware vSphere

vSphere лицензируется обычно на основе физических процессоров (CPU sockets) на хостах ESXi. Существуют различные редакции vSphere (Standard, Enterprise Plus и др.), каждая из которых предлагает разный набор функций. Например, DRS и Distributed vSwitch доступны только в редакции Enterprise Plus.

vCenter Server также требует отдельной лицензии (обычно на экземпляр).

При использовании vSAN требуется отдельная лицензия на vSAN, которая часто лицензируется по числу процессоров или по объему используемой емкости. Тщательно изучите доступные редакции и модели лицензирования, чтобы выбрать оптимальный вариант, соответствующий вашим техническим требованиям и бюджетным ограничениям. Не забудьте учесть стоимость поддержки и подписки (SnS - Subscription and Support).

После завершения этапа планирования можно приступать к развертыванию основных компонентов частного облака на базе VMware vSphere. Этот процесс включает установку гипервизоров, настройку централизованного управления, конфигурацию сети и хранилища.

Установка и базовая настройка хостов ESXi

Первым шагом является установка гипервизора ESXi на каждый физический сервер, который будет частью вашего облака.

Установку можно выполнить с USB-накопителя, с использованием сетевой загрузки (PXE) и сервера автоматической установки (например, vSphere Auto Deploy). В процессе установки необходимо будет выбрать диск для установки ESXi, задать пароль для пользователя root и настроить базовые сетевые параметры (IP-адрес, маска подсети, шлюз, DNS-серверы) для сети управления.

После установки важно выполнить базовую конфигурацию через Direct Console User Interface (DCUI) или веб-интерфейс хоста: настроить NTP для синхронизации времени, проверить сетевые настройки и убедиться в доступности хоста по сети. Рекомендуется также включить службу SSH для удаленного доступа при необходимости.

Развертывание и конфигурация vCenter Server Appliance (VCSA)

Следующим шагом является развертывание vCenter Server Appliance (VCSA). Это предварительно сконфигурированная виртуальная машина на базе Linux, содержащая все необходимые компоненты vCenter Server.

Развертывание выполняется с помощью установщика, запускаемого с рабочей станции администратора. Установщик проведет вас через два этапа: развертывание самого VCSA (выбор хоста ESXi или существующего vCenter для развертывания, настройка имени ВМ, пароля root, размера развертывания) и настройка служб vCenter (создание нового домена vSphere Single Sign-On (SSO) или присоединение к существующему, настройка имени домена SSO).

После успешного развертывания vCenter Server становится доступен через веб-интерфейс (vSphere Client на основе HTML5), который будет основной точкой управления всей виртуальной инфраструктурой. Первоначальная настройка включает создание дата-центра, добавление хостов ESXi в управление vCenter и применение лицензионных ключей.

Настройка сети: Standard vSwitch и Distributed vSwitch

После добавления хостов в vCenter необходимо настроить виртуальную сеть. Вы можете использовать стандартные виртуальные коммутаторы (Standard vSwitch), которые настраиваются индивидуально на каждом хосте, или распределенные виртуальные коммутаторы (Distributed vSwitch, DVS), которые управляются централизованно через vCenter.

Для частного облака DVS часто является предпочтительным вариантом из-за его расширенных возможностей и простоты управления. При настройке сети создаются группы портов (Port Groups) для различных типов трафика (управление, vMotion, ВМ, хранилище). Каждой группе портов можно назначить VLAN ID для сегментации трафика.

Важно правильно настроить аплинки (uplinks) — физические сетевые адаптеры хоста, подключенные к виртуальному коммутатору, и настроить политики балансировки нагрузки и отказоустойчивости для них (например, teaming).

Подключение и настройка хранилищ данных (Datastores)

Далее необходимо настроить доступ к хранилищам данных (Datastores), где будут храниться файлы виртуальных машин. Если вы используете внешнюю СХД (SAN/NAS), нужно настроить соответствующие адаптеры на хостах ESXi (iSCSI Software Adapter, Fibre Channel HBA или NFS клиент) и предоставить хостам доступ к LUNам или NFS-шарам.

Далее необходимо настроить доступ к хранилищам данных (Datastores), где будут храниться файлы виртуальных машин. Если вы используете внешнюю СХД (SAN/NAS), нужно настроить соответствующие адаптеры на хостах ESXi (iSCSI Software Adapter, Fibre Channel HBA или NFS клиент) и предоставить хостам доступ к LUNам или NFS-шарам. После этого хосты просканируют устройства хранения, и вы сможете создать новые Datastores, отформатировав LUNы с файловой системой VMFS или подключив NFS-ресурсы.

Если вы развертываете vSAN, процесс отличается: он включает в себя создание дисковых групп на каждом хосте (объединение кэширующих SSD и дисков емкости) и включение vSAN на уровне кластера в vCenter. vCenter автоматически создаст единое распределенное хранилище данных vSAN Datastore, доступное всем хостам в кластере.

Создание первой виртуальной машины

После того как хосты, vCenter, сеть и хранилища настроены, вы готовы к созданию своей первой виртуальной машины. Это делается через vSphere Client. Процесс включает выбор имени и расположения ВМ, выбор хоста или кластера для ее размещения, выбор хранилища данных (Datastore), выбор версии совместимости ВМ, выбор гостевой операционной системы, настройку виртуального оборудования (количество vCPU, объем vRAM, размер виртуального диска, подключение к нужной сети через соответствующую группу портов) и, наконец, подключение ISO-образа для установки гостевой ОС.

После создания ВМ ее можно включить и приступить к установке операционной системы так же, как на физическом сервере. Это завершает базовое развертывание инфраструктуры вашего частного облака.

Базовая установка vSphere — это только начало. Истинная ценность vSphere как платформы для частного облака раскрывается через ее расширенные возможности, которые обеспечивают высокую доступность, оптимизацию ресурсов и гибкость управления.

vSphere High Availability (HA) и Fault Tolerance (FT) для отказоустойчивости

Обеспечение непрерывности бизнеса является ключевым требованием для любого облака. vSphere HA — это функция кластера, которая автоматически обнаруживает сбои хостов ESXi и перезапускает затронутые виртуальные машины на других доступных хостах в кластере. Это минимизирует время простоя приложений.

Настройка HA включает определение политики реакции на сбои, мониторинг состояния хостов (heartbeating) и, при необходимости, изоляцию хостов. Для критически важных приложений, где даже короткий простой недопустим, vSphere предлагает Fault Tolerance (FT). FT создает и поддерживает теневую копию ВМ на другом хосте, которая находится в синхронизированном состоянии с основной. В случае сбоя основного хоста, теневая копия мгновенно становится активной без потери данных и прерывания работы. FT требует дополнительных ресурсов и имеет определенные ограничения, но обеспечивает высочайший уровень доступности.

vSphere Distributed Resource Scheduler (DRS) и vMotion для оптимизации

Управление ресурсами в динамичной облачной среде — сложная задача. vSphere DRS автоматизирует этот процесс. Работая на уровне кластера, DRS постоянно отслеживает загрузку CPU и RAM на хостах ESXi. Если обнаруживается дисбаланс нагрузки, DRS автоматически перемещает виртуальные машины между хостами с помощью технологии vMotion.

vMotion позволяет перемещать работающую виртуальную машину с одного физического хоста на другой без прерывания ее работы и без простоев для пользователей. Это достигается путем копирования состояния памяти ВМ по сети и переключения выполнения на целевой хост. DRS использует vMotion для балансировки нагрузки, обеспечивая оптимальную производительность для всех ВМ. Кроме того, DRS может использоваться для автоматического перевода хостов в режим ожидания в периоды низкой нагрузки для экономии энергии (Distributed Power Management, DPM). Эти функции делают частное облако на vSphere по-настоящему динамичным и эффективным.

Построение частного облака — это не разовый проект, а непрерывный процесс. После развертывания инфраструктуры vSphere необходимо обеспечить ее эффективное управление, постоянный мониторинг и своевременное обслуживание для поддержания стабильности, производительности и безопасности.

vCenter Server предоставляет централизованные инструменты для большинства этих задач. Важно регулярно отслеживать производительность хостов, виртуальных машин и хранилищ с помощью встроенных счетчиков производительности и диаграмм. Настройка оповещений (Alarms) в vCenter поможет своевременно узнавать о потенциальных проблемах или достижении пороговых значений ресурсов.

Обслуживание включает регулярное применение обновлений и патчей как для ESXi, так и для VCSA, используя vSphere Update Manager (интегрирован в vCenter как Lifecycle Manager).

Планирование мощностей (Capacity Planning) — еще один важный аспект, позволяющий прогнозировать будущие потребности в ресурсах и своевременно масштабировать инфраструктуру.

Регулярное резервное копирование конфигурации vCenter и самих виртуальных машин (с помощью специализированных решений) является обязательным для защиты данных и возможности восстановления.

Эффективное управление и мониторинг гарантируют, что ваше частное облако будет работать надежно и соответствовать требованиям бизнеса.

Построение частного облака с использованием VMware vSphere — это стратегический шаг, позволяющий организациям получить контроль, гибкость и эффективность, характерные для облачных вычислений, но в рамках собственной инфраструктуры.

Начав с понимания ключевых компонентов, таких как гипервизор ESXi и управляющий сервер vCenter, и тщательно спланировав требования к аппаратному обеспечению и лицензированию, можно заложить прочный фундамент.

Пошаговое развертывание хостов, vCenter, настройка сети и хранилищ позволяет создать базовую работоспособную среду. Однако истинная мощь раскрывается с использованием продвинутых функций, таких как HA, FT, DRS и vMotion, которые обеспечивают высокую доступность и оптимальное использование ресурсов. Непрерывное управление, мониторинг и обслуживание являются залогом долгосрочной стабильности и производительности. В результате, VMware vSphere предоставляет комплексную, проверенную временем платформу для создания надежного, масштабируемого и полностью управляемого частного облака, способного удовлетворить самые требовательные бизнес-потребности.

Соберите своё частное облако на базе высокопроизводительных процессоров Intel Xeon или AMD Epyc с помощью нашего конфигуратора