《企業私有云建設指南》一前言和目錄

云計算與虛擬化技術叢書

企業私有云建設指南

孫杰　山金孝　張　亮　張婷婷　著

Foreword 序1

肖　力

云技術社區創始人

Foreword 序2

賴能和

中國石油集團東方地球物理公司研究院數據中心總工程師、教授級高級工程師

Foreword 序3

1961年，后來被稱作“人工智能之父”的MIT的John McCarthy教授提出，未來某一天，計算機將會像電話系統一樣被組織成為一個全新的基礎設施供用戶使用。可以說這是第一個關于云計算模式的預言。

進入新千年之后，McCarthy教授的預言逐漸成為了現實。而今，經過十多年的快速發展，云計算幾乎成為了IT基礎設施的代名詞。尤其是私有云和混合云，已經是企業IT建設的事實參考架構。而在數字化轉型大潮來臨的大趨勢下，升級IT基礎設施到云模式，已經成為企業獲取競爭優勢的必要IT戰略之一。

升級轉型到云模式，對企業來說，成功的基礎，是真正理解云計算的三個核心目標：

第一個建設目標，是使用虛擬化技術，抽象所有IT資源，使之成為應用在其之上可以任意部署的資源池。當下絕大多數企業私有云建設，都能很好地實現這個目標，使得IT資源的使用效率大幅度提升；

第二個建設目標，是利用軟件定義技術，使得所有IT資源的運維管理高度自動化/自服務化。而這一目標的實現，除了選擇適合企業特點的產品技術之外，企業IT自身內功的修煉，幾乎成為IT云化轉型成敗的關鍵。首先，企業IT需要新的能力建設，即把自動化運維落實到日常生產中的能力；再有，企業IT的組織管理流程，也需要配合先進的自動化運維管理手段，而不是成為其障礙。當前的企業私有云建設，在這一方面正在快速地積累經驗，取得成效。

企業IT云化轉型的前兩個目標，都具有一定的“內部優化”的意味。事實上，這兩個目標的實現，是為了企業IT云化轉型的第三個目標建立一個堅實的基礎。這 ? ? ? ?? 第三個目標，就是把企業云，建設成為企業的數字業務創新平臺，企業數字化轉型的引擎。這就需要，企業云在保證對已有業務系統的高效、高可靠支撐的同時，也能夠支持新的云原生應用的快速迭代，建設基于物聯網、大數據、人工智能應用的開發運行平臺等等。

我們欣喜地看到，一些IT建設領先的企業，已經開始把關注的焦點、能力的建設、資源的投入，轉向第三個目標。

他山之石可以攻玉，在企業云轉型的過程中，他人積累的經驗甚至教訓，可以大幅度減少自己工作中摸索的時間，從而往往形成后發優勢。

而另一方面，云技術和所有IT技術一樣，依然在快速迭代，發展。從基礎技術上看，計算正在從單一的X86架構走向多元化；網絡虛擬化的邊界正在打破數據中心，甚至成為跨云融合的技術基礎；而云服務模式越來越混合化，IaaS、PaaS、SaaS常常需要同時提供才能最好地滿足業務的要求。云的架構也正在悄悄演變，5G和IoT的應用場景，使得計算能力從向云集中，轉變為同時需要邊緣部署。

所有這些，也提醒我們，當我們為未來規劃的時候，不僅僅要看已經積累的經驗，還要關注未來的方向，所謂站在后天的角度，思考明天的方向。

我們正處在一個令人興奮的，充滿新機遇的時代，讓我們不斷分享在云轉型道路上的切身體會，激發對未來方向的洞見和思考，共同推動企業IT云化以及業務的數字化轉型。

李　剛

VMware大中華區高級技術總監

Foreword 序4

何寶宏

中國信息通信研究院云大所

Foreword 序5

王慶博士

英特爾開源技術中心網絡與存儲高級經理

OpenStack基金會個人獨立董事

Preface 前　　言

為什么寫這本書

2006年8月，Google在業界首次提出“云計算”（Cloud Computing）的概念；同年亞馬遜相繼推出在線存儲服務S3和彈性計算云EC2等云服務。至今云計算已走過了十年，已是“凡人飲水處，皆言云計算”。

共享、敏捷和創新是互聯網時代下企業信息化建設最大的轉變。云計算則以其對軟硬件資源統一管控、服務化的資源快速供給等特性為企業信息化建設構造新生態、產出新效能、實現新跨越提供了重要的平臺基礎，因此成為國家扶持的戰略性新興產業之一。通過云計算，消費者無須關注底層的IT技術，僅需要在云生態環境中選取所需的服務來實現自身的業務目標即可。云計算的飛速發展極大地改變了企業原有的IT建設模式，也帶動了依托于IT資源的各類新興產業爆發式發展，諸如大數據、人工智能、O2O、物聯網等。

云計算的核心可以用五大基本特征、三種服務模式以及四類部署模式來概括：五大基本特征是按需的自助服務、廣泛的網絡訪問、資源池化、快捷的彈性伸縮以及可度量的服務；三種服務模式為基礎架構即服務（IaaS）、平臺即服務（PaaS）、軟件即服務（SaaS）；四類部署模式可以劃分為私有云（專有云）、行業云、公有云以及混合云。

我們可以看到，在以AWS、Google、阿里等為代表的公有云大力發展的同時，很多大型企業出于數據安全性、系統穩定性、軟硬件自主權，以及對自主可控和TCO低的考慮，更加傾向于建設企業私有云來承載內部業務信息系統的運行。然而構建企業私有云并非一蹴而就，正如Gartner的副總裁Tom Bittman所述：“?部署私有云并不是簡單地對硬件進行采購，而是一場革新。”

對于不同的行業和不同類型的企業，在建設私有云時都有不同的需求和關注點，但總體上來說可選擇基于商業的VMware和基于開源的OpenStack兩種不同的解決方案，至于是選擇商用還是開源云平臺，這需要企業綜合考慮，權衡利弊，依據企業自身技術能力、資金投入總量、實現業務效果等方面考慮云平臺技術的選型，所以沒有好與不好，而是能否適用和用的好。

在本書確定選題、收集資料、寫作修改到最后定稿的整個過程中，既充滿挑戰、備受壓力，也飽含樂趣。首先應該感謝的是尊敬的云技術社區創始人肖力先生。肖老師為人正直、學識淵博、治學嚴謹，使筆者受益匪淺。也正是在云技術社區，筆者認識了山金孝、劉世民、張亮等業內專家，我們一起愉快地討論技術，才有了寫作本書的想法。也正是在機械工業出版社華章公司的楊福川老師的關心和促成下，筆者才能順利完成本書，在此要向福川表達深深的謝意。

本書的主要內容和特色

本書立足現實、面向未來，從云技術選型、設計到平臺建設和管理等方面，結合商業的VMware和開源的OpenStack解決方案，全面剖析當下企業私有云建設的各方面實踐情況，展現企業私有云的建設圖景，希望對讀者有所幫助。

讀者對象

◆? ?? 準備進入云計算領域的學生或者初級讀者：閱讀本書可以快速了解企業私有云建設全景，從而少走一些彎路。

◆? ?? 已經進入云計算領域并且有一定相關知識背景或認知的讀者：相信本書的一些實踐可以給他們的實際工作帶來一些啟發。

◆? ?? 從事售前工作的讀者：通過閱讀本書中來自一線的實踐，可以為用戶創造更多價值。

◆? ?? 企業IT管理者：通過閱讀本書可以了解私有云的架構設計和技術，有助于IT選型和決策。

如何閱讀本書

閱讀本書之前，讀者應該具備一定的虛擬化、SAN或軟件定義網絡、軟件定義存儲，以及Linux系統運維和高可用等相關方面的基礎知識。本書共分為10章。

第1章從企業信息化的角度，結合云計算的架構和關鍵技術，討論了企業信息化建設在理念、模式及評價標準等方面發生的重大變化。同時鮮明地指出面對新變化和數字化轉型，企業未來的信息化應用不能再沿用原有的發展模式，而是要突破發展慣性和廠商依賴，順應時代潮流，不斷探索新技術，不斷創新發展，自主可控地融入大的生態，才能實現持續發展和基業長青。

第2章從企業私有云建設的需求分析入手，結合技術路線選擇和資源管理、監控與運維，簡明扼要地討論了私有云的建設和管理。

第3章從計算、網絡、存儲資源池等方面描述了企業私有云的規劃和建設。

第4章重點介紹了企業在OpenStack私有云建設中的設計和部署實踐，并從計算資源、存儲資源、網絡資源，以及私有云相關的高可用實現、備份容災實現等方面闡述了企業OpenStack私有云建設應遵循的實踐原則，同時介紹了OpenStack在多租戶支持、規模性支持、混合云支持和安全性等方面的現狀和進展。

第5章重點介紹了企業在VMware私有云建設中的整體設計與部署，并從VMware vSphere體系架構、計算資源、存儲資源、網絡資源，以及私有云相關的高可用實現、備份容災實現、高級擴展功能等方面闡述了企業VMware私有云建設應遵循的參考實踐，同時介紹了VMware在大數據平臺、容器應用、PKS容器管理平臺等方面的現狀和進展。

第6章從產品設計和架構設計兩方面闡述了企業私有云設計的通用原則。

第7章從企業私有云平臺的設計原則和建設思路談起，貫穿架構設計、部署和管理、容器與容器云建設、災備建設與管理、服務與安全、運維與效益分析等各個方面，完整詮釋了企業云技術平臺的建設和管理，融入了很多技術理念和設計思想，希望能給大家帶來啟發和思考。

第8章以容器部署方式為基礎，從技術規劃、部署運維、日志監控、二次開發和升級擴容等多個維度介紹了OpenStack私有云的最佳實踐。通過本章的閱讀，讀者應能采用Kolla項目實現OpenStack私有云，同時對其進行簡單的管理維護和使用。

第9章從VMware軟件定義網絡、軟件定義存儲和SRM容災規劃設計三個方面描繪了企業私有云環境下的應用場景，介紹了一些最佳實踐和部署方案。通過本章的閱讀，讀者可采用這些實踐推薦的方法更好地管理自己的私有云，同時對其進行深入的管理維護和使用。

第10章從私有云成熟度評估的角度，闡述了企業“建云”只是一切的開始，在“用云”和“上云”的過程中，需要將云化的思想深植于企業文化中。通過評估尋找差距、定位問題，通過持續優化和改進，迭代前進，小步快走，這樣才能使企業通過私有云的建設和應用真正發揮IT轉型的價值和意義。

勘誤和資源

在本書的寫作過程中，筆者參考了很多VMware官方社區的資料和OpenStack社區的文檔與視頻，同時也參考了很多技術專家的經驗分享，希望能為廣大云計算從業者呈現一本涵蓋基礎理論與最佳實踐的參考書籍。但是由于技術變化之快，加之筆者水平有限，書中難免存在技術延后和謬誤觀點，若書中有任何不妥之處，懇請讀者批評指正。讀者可將意見發送至郵箱xjsunjie@126.com進行反饋。

致謝

感謝瑞飛的領導和兄弟們，包括楊劍鋒書記、陸春陽副總經理、安向哲副總經理、付長春、婁宏駿、杜廣源、王立福、王茜、李萍、馬軍、張靚、藺田、丁永利、劉可欣、梁書豪、吳遠英，還有一些未提到的兄弟姐妹，你們在工作和生活上的幫助和指導讓我受益良多，非常感謝！

感謝VMware的技術專家伍萬力先生分享了很多專業資料，并從專業的角度對本書提出了寶貴意見，從而使本書的知識描述更加嚴謹而準確。

感謝中國移動研究院的張婷婷為本書編寫了第10章內容，從而使本書的內容體系更加完善。

感謝機械工業出版社華章公司的楊福川先生和李藝女士，正是因為你們的付出和關心、幫助才有了本書的問世。

感謝云星數據副總裁樓煒在多云管理方面經驗的無私分享，讓技術因分享更有力量！

此外，還要特別感謝我的愛人劉淅萍，她的鼓勵和支持讓我愉快地度過了這段難熬的寫作時光。

感謝幫我校正文字和排版的于潼，謝謝你辛勤的付出。

孫　杰

Contents 目　　錄

前言

引言? 1

第1章?企業信息化與云計算架構和關鍵技術? 2

1.1?企業信息化發展的階段和轉型重點? 2

1.1.1　企業信息化發展的三個階段? 2

1.1.2　企業信息化轉型的六個重點? 4

1.2　云計算參考架構? 6

1.3?典型的云計算解決方案架構? 10

1.3.1　IaaS架構? 11

1.3.2　PaaS架構? 12

1.3.3　SaaS架構? 17

1.4　云計算涉及的關鍵技術? 18

1.5　小結? 22

第2章　企業云計算涉及的技術選型和管理? 23

2.1　企業私有云建設需求分析? 23

2.2　企業私有云技術路線選擇? 24

2.3　計算資源管理? 26

2.3.1　VMware? 26

2.3.2　OpenStack? 29

2.4　存儲資源管理? 34

2.4.1　VMware? 34

2.4.2　OpenStack? 37

2.5　網絡資源管理? 42

2.5.1　VMware? 42

2.5.2　OpenStack? 43

2.6　監控管理? 44

2.6.1　監控指標的設定和調整優化? 44

2.6.2?統一運維監控平臺和告警處理? 48

2.7　運維管理? 49

2.7.1　IT運維流程與規范? 49

2.7.2?自動化運維工具? 51

2.7.3　云環境下的新型IT運維體系? 52

2.8　云服務管理? 53

2.8.1　云服務的分類? 53

2.8.2　云服務的建設? 55

2.8.3　云服務質量評估? 55

2.8.4　云服務安全性和法規遵從? 57

2.9　小結? 57

第3章?企業需求分析和私有云資源規劃及設計? 58

3.1　企業信息技術需求分析? 58

3.1.1　基礎設施需求? 58

3.1.2　系統災備需求? 60

3.1.3　業務信息系統需求? 61

3.1.4　數據與標準化需求? 62

3.2　企業私有云資源規劃及設計? 63

3.2.1　企業應用軟件模式劃分? 63

3.2.2　企業私有云建設的總體原則? 63

3.2.3　云管理平臺設計? 64

3.2.4　網絡資源池設計? 66

3.2.5　計算資源池設計? 67

3.2.6　存儲資源池設計? 69

3.2.7　如何開始業務的上云遷移? 73

3.2.8　設備的利舊? 76

3.3　小結? 77

第4章?OpenStack私有云設計與部署? 78

4.1　計算資源? 79

4.1.1　物理服務器與裸機? 79

4.1.2　Hypervisor與虛擬機? 83

4.1.3　Docker與容器? 85

4.2　存儲資源? 86

4.2.1　塊存儲? 88

4.2.2　對象存儲? 91

4.2.3　文件存儲? 92

4.3　網絡資源? 93

4.3.1　物理網絡? 96

4.3.2　虛擬網絡? 97

4.4　高可用部署與備份容災? 101

4.4.1　高可用部署? 101

4.4.2　備份與恢復? 108

4.4.3　異地容災? 110

4.5　其他? 113

4.5.1　多租戶支持? 113

4.5.2　規模性支持? 115

4.5.3　混合云支持? 116

4.5.4　云安全? 117

4.6　小結? 117

第5章　VMware私有云設計與部署? 118

5.1　私有云整體設計? 118

5.1.1　設計要點和建設思路? 118

5.1.2　架構概覽? 122

5.2　vSphere體系架構? 124

5.2 1?基于vSphere的數據中心私有云基礎架構? 124

5.2.2　ESXi體系結構? 125

5.2.3　資源分配方式? 130

5.3　計算資源規劃設計與部署? 131

5.3.1　物理服務器部署與管理? 131

5.3.2　虛擬機規劃與部署? 133

5.4　存儲資源規劃? 134

5.4.1　共享存儲邏輯規劃? 135

5.4.2　存儲空間規劃? 136

5.4.3　存儲分層規劃? 137

5.4.4　數據存儲集群規劃? 137

5.4.5　分布式存儲規劃? 138

5.5　網絡資源規劃? 139

5.5.1　虛擬交換機規劃? 140

5.5.2　物理服務器網卡綁定? 141

5.5.3　網絡I/O控制（NIOC）? 142

5.5.4　無代理終端安全防護? 143

5.6　集中式管理規劃? 146

5.7　高可用部署與備份及容災? 148

5.7.1　高可用部署? 148

5.7.2　備份與恢復? 149

5.7.3　災難恢復? 152

5.8　高級擴展功能? 158

5.8.1　vMotion? 159

5.8.2　DRS? 161

5.8.3　HA? 164

5.8.4　FT? 170

5.8.5　大數據平臺? 172

5.8.6　容器應用? 175

5.8.7　VMware PKS容器管理平臺? 177

5.9　小結? 178

第6章?企業私有云設計的通用原則? 179

6.1　產品設計通用原則? 180

6.2　架構設計通用原則? 182

6.3　小結? 185

第7章?企業私有云平臺建設和管理? 186

7.1?企業私有云平臺設計原則和建設思路? 186

7.1.1　設計原則? 186

7.1.2　建設思路? 187

7.2　架構設計? 188

7.2.1　云平臺概述? 188

7.2.2　云平臺分層架構? 188

7.3　部署和管理? 190

7.3.1　云平臺的部署? 190

7.3.2　云資源管理? 191

7.3.3　配置與合規性管理? 192

7.3.4　流程管理? 194

7.3.5　監控管理? 195

7.3.6　容量管理? 195

7.3.7　存儲管理? 196

7.3.8　租戶和權限? 197

7.3.9　接口設計? 198

7.3.10　生命周期管理? 199

7.3.11　計費管理? 199

7.3.12　多云管理? 199

7.4　容器與容器云建設? 201

7.4.1　容器技術的興起? 201

7.4.2?企業容器云建設需要遵循的原則? 201

7.4.3　容器云技術的產品選型? 202

7.4.4　容器云建設的幾個關鍵點? 203

7.4.5?容器與OpenStack和Kubernetes集成的能力? 207

7.5　災備建設與管理? 207

7.5.1　災備建設的意義? 207

7.5.2　災備規劃與分析? 208

7.5.3　災備的級別和等級劃分?? 210

7.5.4　設計整合的架構? 211

7.5.5　災備測試? 212

7.6　服務與安全? 213

7.6.1　云服務? 213

7.6.2　云安全? 218

7.7　運維與效益分析? 220

7.7.1　運維技術的發展? 220

7.7.2?一體化智能運維管理平臺的構建? 221

7.7.3　云平臺效益分析? 223

7.8　小結? 224

第8章?企業私有云OpenStack最佳實踐? 225

8.1　自動化與DevOps? 225

8.2　中心化日志監控與可視化? 226

8.2.1　中心化日志監控與檢索? 226

8.2.2　性能數據監控與可視化? 228

8.2.3　網絡監控與可視化? 229

8.3?OpenStack私有云容器化部署技術規劃? 230

8.3.1　Docker存儲驅動? 230

8.3.2　Docker容器存儲卷? 231

8.3.3　集群環境清除? 231

8.3.4　自定義配置部署? 232

8.3.5　自定義鏡像編譯? 232

8.4?OpenStack容器化私有云部署最佳實踐? 233

8.5?OpenStack容器化私有云二次開發最佳實踐? 236

8.6?OpenStack容器化私有云擴容升級最佳實踐? 239

8.6.1?OpenStack集群擴容最佳實踐? 239

8.6.2?OpenStack集群升級最佳實踐? 240

8.7　小結? 242

第9章?企業私有云VMware最佳實踐? 243

9.1?VMware軟件定義網絡之規劃設計與實踐? 243

9.1.1　物理網絡規劃設計? 243

9.1.2　數據中心訪問層規劃設計? 248

9.1.3　各功能模塊規劃設計? 256

9.1.4?NSX-V、NSX-MH和NSX-T? 263

9.1.5　NSX與OpenStack的集成? 266

9.1.6　NSX總結? 266

9.2?VMware軟件定義存儲之規劃設計與實踐? 267

9.2.1　軟件定義存儲方案概括? 267

9.2.2　應用于關鍵應用的方案框架? 268

9.2.3?應用于虛擬桌面場景的方案框架? 269

9.2.4?應用于二、三層應用或測試和開發的方案框架? 270

9.2.5　應用于災備的方案框架? 271

9.2.6　VSAN規劃設計細則? 273

9.2.7　VSAN部署最佳實踐? 277

9.3?SRM容災規劃設計與最佳實踐? 279

9.3.1　災難恢復的重要意義? 279

9.3.2　SRM簡介? 281

9.3.3　容災設計要求? 281

9.3.4　實施方案選擇? 282

9.3.5　網絡設計? 284

9.3.6　存儲設計? 287

9.3.7　配置清單及說明? 288

9.3.8　SRM容災總結? 288

9.4　小結? 289

第10章?企業私有云通用能力成熟度評估? 290

10.1　成熟度評估概念和模型? 290

10.1.1　成熟度評估模型? 290

10.1.2　私有云成熟度發展階段? 292

10.1.3　應用場景及適用性? 293

10.1.4　評估方法? 295

10.2　技術成熟度評估? 295

10.2.1　云服務規劃技術? 295

10.2.2　云資源提供技術? 297

10.2.3　云服務管理技術? 301

10.2.4　云安全技術? 302

10.3　管理成熟度評估? 303

10.3.1　云服務規劃管理? 303

10.3.2　云資源提供? 305

10.3.3　云服務管理? 305

10.3.4　云安全管理? 306

10.4　成熟度效果評估? 306

10.4.1　云服務規劃? 306

10.4.2　云資源提供? 308

10.4.3　云服務管理? 310

10.4.4　云安全效果? 311

10.5　成熟度評估實踐案例? 311

10.6　小結? 313

計算 云計算

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