虚拟化是一种历经验证的软件技术，借助这项技术，可在同一台服务器上同时运行多个操作系统和应用。虚拟化可以提高 IT 部门的敏捷性、灵活性和可扩展性，同时大幅节约成本。工作负载的部署速度更快，性能和可用性得到提升，运维实现自动化，所有这一切不仅简化了IT管理，还降低了拥有成本和运维成本。
在规划设计虚拟化数据中心的时候，在产品选型阶段要根据企业的需求和预算，在计算（主要是CPU和内存）、存储、网络三者之间进行合理的选择。
1、VMware 虚拟化基础功能
1. 实时迁移工作负载
vSphere vMotion 使您无需停机，即可使整台正在运行的虚拟机在物理服务器之间迁移。虚拟机将保留其网络标识和连接，从而确保无缝迁移。通过高速网络传输虚拟机的活动内存及精确的执行状态，使该虚拟机可以从在源 vSphere 主机上运行切换到在目标 vSphere 主机上运行。整个过程在千兆位以太网上只需不到两秒钟的时间。可以在虚拟交换机、vCenter Server 甚至是远距离之间使用此功能。
2. 保护虚拟机和数据
vSphere Data Protection 可提供存储到磁盘的无代理映像级虚拟机备份。它还能够为 Microsoft 关键业务应用（例如 Exchange、SQL Server、SharePoint）提供可识别应用的保护，以及高效利用 WAN 的加密备份数据复制功能。这些功能包括可变长度重复数据消除、可识别应用的备份、单步恢复和紧急情况下直接还原到主机。
3. 确保系统正常运行时间
vSphere High Availability (HA) 可针对您的虚拟化环境中的硬件和操作系统故障，提供统一且经济高效的故障转移保护，从而最大限度地降低停机时间。监控主机和虚拟机，并且在检测到故障时自动重新启动集群中其他主机上的虚拟机。HA 可为所有应用提供统一的自动化保护，用户无需对应用或客户操作系统进行任何修改。
4. 共享数据中心资源
从中央位置轻松管理虚拟机模板、vApp、ISO 映像和脚本。将内容分组整理到可单独进行配置和管理的库中。创建库后，即可跨越 vCenter Server 的边界共享内容，并可确保整个数据中心的一致性。直接将虚拟机模板部署到主机或集群以获得一致的调配体验
5. 优先为虚拟机分配资源
vSphere Network I/O Control (NIOC) 和 vSphere Storage I/O Control (SIOC) 监控您的网络和存储，并根据您设定的规则和策略，自动将资源投向优先性高的应用。此功能扩大了 CPU 和内存现有的常用份额和限制参数的构成范围，通过在一组 vSphere 主机集群中动态分配 I/O 容量来解决网络或存储利用率问题。通过减少主动的性能管理，可以提高管理员的工作效率。
6. 集中式网络管理
从一个统一的界面跨多个主机和集群实现虚拟网络连接的调配、管理和监控。vSphere Distributed Switch 具有丰富的监控和故障排除功能，包括从修补回滚和恢复，以及更新网络配置和模板，实现虚拟网络连接配置的备份和还原。
7. 快速部署和调配
可以将保存 vSphere 主机共享的配置设置数值的主机配置文件附加到一个或多个 vSphere 主机或集群上。主机配置会与主机配置文件进行比较，并报告偏差，从而自动纠正配置偏差。管理员可以创建配置文件，然后与 Auto Deploy 配合使用，快速部署和调配多个 vSphere 主机，不需要专用脚本或人工配置。
2、单台服务器虚拟化应用案例
如果企业需要同时运行的虚拟机数量较少，并且在不考虑硬件冗余的前提下，可以配置单台服务器实施虚拟化。单台服务器的硬件选择主要指对服务器的CPU、内存、硬盘和网络进行选择。
单台服务器提供虚拟化应用没有多台服务器的冗余，但服务器本身的配件还是需要有一定的冗余。
例如为服务器配置2个电源和2颗CPU，配置多块硬盘和RAID卡为数据存储提供冗余，还可以通过配置多块网卡或多端口网卡实现网络的冗余。
单台服务器虚拟化网络拓扑如图所示：
在实验测试需求或者可靠性要求不高的场合下，单台服务器虚拟化可以不配置冗余硬件，例如服务器可以配置1个电源和1颗CPU，可以配置单条内存和1块硬盘。当中小企业物理服务器数量较少，并且允许服务器硬件故障后停机维修时，单台服务器虚拟化就比较适合。下面介绍一个具体的应用案例。
某单位原有9台物理服务器，这些服务器已经使用多年需要更换。
现有服务器的用途和IP地址等情况整理，如下表所示。
上表所列的现有物理机，如果使用虚拟化技术，一般按如下原则配置。
（1）根据现有业务系统服务器及应用，按1:1的比例配置虚拟机，即原有1台物理机则配置1台对应的虚拟机。
（2）在配置每台虚拟机的时候，CPU资源按原物理机已使用资源3至5倍分配，内存按已使用内存3至5倍分配，虚拟机硬盘容量大小按现有使用空间2至3倍分配。
对于当前应用案例，根据用户现状和预算，配置了一台DELL R740的服务器，该服务器配置了1颗Intel Gold 5218的CPU和128GB内存，系统和数据配置了6块1.2TB的硬盘，数据备份配置了1块12TB的硬盘。当前选择的服务器配置了12个3.5英寸盘位。
配置的6块1.2TB的硬盘是2.5英寸的，SAS接口，采用了3.5英寸转2.5英寸的转换托架。12TB的硬盘是3.5英寸的，NL-SAS接口，用作虚拟机的备份。6块1.2TB的硬盘使用RAID-5划分为2个卷，第1个卷大小为10GB，用于安装VMware ESXi 6.0的虚拟化系统；剩余的空间划分为第2个卷，剩余总空间约为5.45TB，用来保存虚拟机。
当前选择的服务器配置了4端口1Gbit/s的网卡，其中2个端口配置为vSwitch0虚拟交换机，用于ESXi主机与vCenter Server的管理，另2个端口配置为vSwitch1虚拟交换机，用于虚拟机的流量。
服务器虚拟化拓扑如图所示：
虚拟化平台规划IP地址与用途，如下表所示。
主要安装配置步骤和过程如下。
- 服务器到位之后，将6块1.2TB的硬盘安装在服务器前6个插槽中，将12TB的3.5英寸硬盘安装在第7个插槽中。
- 打开服务器的电源并进入RAID配置界面，将6块1.2TB的硬盘采用RAID-5配置并划分为2个卷。第1个卷大小为10GB，第2个卷使用剩余的空间（大小约为5.45TB），初始化第1个和第2个卷。将12TB的硬盘配置为Non-RAID方式。配置完成后退出RAID配置界面，按Ctrl+Alt+Del组合键重新启动服务器。
- 使用VMware ESXi 6.0的安装盘启动服务器，将VMware ESXi 6.0安装到10GB的卷中。安装完成后重新启动服务器，再次进入ESXi系统后按F2键进入ESXi控制台配置界面，选择vmnic0和vmnic1为管理接口，并设置ESXi服务器的管理IP地址为172.16.100.101。子网掩码与网关根据实际情况设置。
- 将服务器的4块网卡接入网络。在本示例中，4块网卡都连接到交换机的Access端口，并且划分的地址属于172.16.100.0/24的网段。
- 使用网络中一台计算机作为管理工作站，在该计算机中安装vSphere Client 6.0，安装之后运行vSphere Client并连接到VMware ESXi，然后安装vCenter Server 6.0。本示例中vCenter Server的IP地址为172.16.100.245。
- 将6块1.2TB硬盘采用RAID-5配置并划分的第2个卷添加为VMFS数据存储，本示例中数据存储名称为Data。将12TB的硬盘添加为VMFS数据存储，数据存储名称为Veeam-backup。删除安装ESXi系统所在的VMFS卷（该卷剩余大小约为5GB），因为该卷剩余空间很小，后期也不会用到。删除此数据存储不影响ESXi主机的启动。
- 使用vSphere Client连接到vCenter Server，在vCenter Server中创建数据中心，并添加IP地址为172.16.100.101的ESXi。
- 创建名为vSwitch1的虚拟交换机，使用vmnic2和vmnic3的端口，并为vSwitch1创建端口组。
- 使用VMware Converter 迁移物理机到虚拟机。在迁移的过程中，目标虚拟机保存在名为Data的数据存储中，不要保存在12TB的数据存储中。每迁移完成一台虚拟机，把对应的物理机网线拔下或者关闭对应的物理机，进入虚拟机控制台，在虚拟机中设置原来的物理机对应的IP地址、子网掩码、网关与域名服务器（Domain Name Server，DNS），用虚拟机代替原来物理机对外提供服务。如果虚拟机对外服务正常，下架原来的物理机。这样一一将所有的物理机迁移到虚拟机。
- 创建一台基于Windows Server 2016或Windows Server 2019的虚拟机，安装Veeam 10.0备份软件，以复制的方式将生产虚拟机复制到名为Veeam-backup的数据存储中。
项目完成后，如下图所示：
在图中可以看到已经将原有物理机迁移到虚拟机，并且当前有2个数据存储，名称分别为Data和Veeam-backup。如果由于病毒、误操作或其他故障导致虚拟机出问题或数据丢失、数据损坏，可以通过备份进行恢复。
3、共享存储虚拟化应用案例介绍
在分布式软件共享存储推出之前，虚拟机系统运行在物理服务器上，而虚拟机数据保存在共享存储中。服务器本身不配硬盘（使用共享存储分配的小容量卷）或者配容量较小的磁盘用于安装虚拟化系统。
使用共享存储的虚拟化拓扑，如下图所示。
图中画出了2台服务器和1台共享存储的连接示意。在使用共享存储的虚拟化架构中可以配置更多数量的物理服务器，其连接方式与2台物理服务器的连接相同。
每台服务器一般配置至少4块网卡和2块FC HBA接口卡。4块网卡中每2块组成一组，其中一组用于虚拟化主机的管理，另一组用于虚拟机的流量。2块FC HBA接口卡分别连接到2台光纤存储交换机。共享存储配置2个控制器，每个控制器至少有2个FC HBA接口，每个控制器的不同接口分别连接到2台不同的光纤存储交换机。在此种连接方式下，服务器到存储是冗余连接的。
任何一台光纤存储交换机、任何一条链路和任何一台服务器的任何一块FC HBA接口卡故障都不会导致服务器到存储的连接中断。同样，在网络方面，2台网络交换机采用堆叠方式（或者采用其他冗余方式）连接到核心交换机。任意一台服务器到核心交换机都是用2条独立的链路连接，任何一处的故障都不会导致管理网络或虚拟机业务网络中断。这样就形成了网络与存储的全冗余连接。
在中小企业虚拟化环境中，使用共享存储的虚拟化架构，一般配置3至10台服务器和1至2台共享存储。在服务器与存储配置足够的前提下，可以提供30至150台左右的虚拟机，这可以满足大多数中小企业的需求。下面介绍一个使用共享存储的虚拟化案例。
某企业配置2台联想3650 M5的服务器（每台服务器配置2颗Intel Xeon E5-2650 V4处理器、512GB内存、4端口1Gbit/s网卡、2端口8Gbit/s FC HBA接口卡）和1台IBM V3500存储（配置了11块900GB的2.5英寸SAS磁盘和13块1.2TB的2.5英寸磁盘）组成虚拟化环境，该硬件配置同时运行了30多台虚拟机，用于企业的办公自动化（Office Automation，OA）、企业资源计划（Enterprise Resource Planning，ERP）、文件服务器、文档加密服务器等应用。
虚拟机列表如下图所示：
另外配置了一台1U的机架式服务器（图中左侧IP地址为172.16.6.15的主机）用于备份，这台备份主机配置了4块12TB的硬盘，使用RAID-5划分为2个卷，第1个卷大小为10GB用于安装ESXi系统，剩余的大约32.05TB划分为第2个卷用于备份。
如下图所示，名为Data-esx15的VMFS卷是备份服务器存储空间。
在图中，名为fc-data01的卷是IBM V3500存储设备中11块900GB SAS磁盘的空间（1块为全局热备磁盘，另外10块配置了2组RAID-5），名为fc-data03的卷是IBM V3500存储设备中13块1.2TB磁盘的空间（1块为全局热备磁盘，另外12块配置了2组RAID-5）。
在IBM V3500存储管理界面可以看到磁盘的配置情况，如图所示。
4、分布式软件共享存储虚拟化案例
通过分析共享存储作为虚拟化服务器的载体可知，共享存储是单点故障和性能瓶颈可能产生处。如果共享存储出现问题，保存在共享存储上的所有的虚拟机都无法访问。
随着同一集群中物理服务器以及虚拟机数量的增加，每台虚拟机的性能受限于存储控制器性能、存储接口、存储磁盘数量等参数。VMware从vSphere 5.5 U1开始推出vSAN架构，该架构使用服务器本地硬盘和传统以太网组成分布式软件共享存储，很好地解决了传统共享存储的缺点。
这一架构的网络拓扑如图所示：
分布式软件共享存储架构中不需要配置传统的共享存储，也不需要传统的光纤存储交换机，而是使用服务器本地硬盘，以软件的方式通过传统的以太网络交换机组成分布式共享存储。
传统共享存储中采用的是光纤存储交换机，而分布式软件共享存储架构中采用的是以太网交换机。
vSAN架构中不配备共享存储，采用服务器本地硬盘先组成磁盘组，然后通过网络组成分布式软件共享存储。虚拟机在磁盘组中以RAID-0、RAID-5或RAID-6的方式保存数据，服务器之间通过网络实现类似RAID-10、RAID-50或RAID-60的整体效果。
多台服务器的多块磁盘共同组成可以在服务器之间共享的 vSAN 存储。任何一台虚拟机保存在其中一台主机的1块或多块磁盘中，并且至少有1个完全相同的副本保存在另一台主机中，同时有1个见证文件保存在第3台主机中。虚拟机在不同主机的磁盘组中的数据是使用vSAN流量的VMkernel进行同步的，vSAN架构（图中右边的网络交换机）为vSAN流量推荐采用10Gbit/s网络或更快的网络，例如40Gbit/s和100Gbit/s的网络，vSAN也支持使用1Gbit/s的网络。
在vSAN架构中，每台虚拟化主机可以配置1至5个磁盘组。每个磁盘组中至少1块固态盘（Solid State Disk，SSD）用作缓存磁盘，1块硬盘（Hard Disk Drive，HDD）或1块SSD用作容量磁盘。推荐每台主机配置不少于2个磁盘组，每个磁盘组配备1块SSD和4至7块HDD（或SSD）。基于vSAN架构的分布式软件共享存储，根据虚拟机存储策略的不同，整体相当于RAID-10、RAID-5、RAID-6或RAID-50、RAID-60的效果。
无论是传统数据中心还是超融合架构的数据中心，用于虚拟机流量的网络交换机可以采用同一个标准进行选择。
对于物理主机的选择，在传统数据中心中可以不考虑或少考虑本机磁盘的数量。但如果采用vSAN架构，则应尽可能选择支持较多盘位的服务器。物理主机的CPU、内存、本地网卡等其他配件选择方式相同。
传统架构中需要为物理主机配置FC或SAS HBA接口卡，并配置FC或SAS存储交换机。vSAN架构中需要为物理主机配置10Gbit/s或更高速度的以太网卡，并且配置10Gbit/s或更高速度的以太网交换机。
无论是在传统架构还是在vSAN架构中，对RAID卡的要求都比较低。前者是因为采用共享存储（虚拟机保存在共享存储，不保存在服务器本地硬盘），不需要为服务器配置过多磁盘，所以不需要RAID-5等方式的支持，最多2块磁盘配置RAID-1用于安装VMware ESXi系统。而在vSAN架构中，VMware ESXi Hypervisor直接控制每块磁盘，不再需要阵列卡这一级。
如果服务器已经配置RAID卡，则需要将每块磁盘配置为直通模式或Non-RAID模式，如果RAID卡不支持这2种模式，可以将每块磁盘配置为RAID-0。在vSAN架构中，选择RAID卡的时候要考虑队列深度，不要采用队列深度太低的RAID卡。
VMware vSAN可以组成标准vSAN集群、2节点直连延伸集群或双活数据中心集群，其中标准vSAN集群应用最广。要组成标准vSAN集群，一般是从4台提供计算、存储和网络的服务器起配。在4节点vSAN标准集群中，一般每台服务器配置至少1颗CPU，内存最小从128GB甚至256GB起配，配置至少1个磁盘组，每个磁盘组至少有1个缓存磁盘和4至6个容量磁盘，每台服务器配置至少4个1Gbit/s的网卡。
下表是某企业4节点vSAN标准集群的硬件配置：
这是2019年的配置清单。如果是在2021年开始采购，数据缓存硬盘推荐使用三星PM1735 1.6TB NVME SSD。
在用上表所列的配置组成的VMware vSphere虚拟化项目中，运行了110台各种应用的虚拟机，如下图所示。
在运行了110台各种应用虚拟机的前提下，主机的资源使用率比较低，CPU使用率平均不到6%，内存使用率平均不到32%，系统整体负载较轻，如下图所示。
