Escuela Politécnica Superior Máster Universitario en Tecnologías de la Información y las Comunicaciones Trabajo Fin de Máster TITULO DEL PFM Nombre Alumn@ Año 2010 UNIVERSIDAD DE ALCALÁ MÁSTER UNIVERSITARIO EN TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN Y LAS COMUNICACIONES Trabajo Fin de Máster TITULO DEL PFM Autor: Director: TRIBUNAL: Presidente: ……………………………………. Vocal 1º: ……………………………………… Vocal 2º: ............................................................ CALIFICACIÓN: ................................................ FECHA:……………...……………… DEDICATORIA (OPCIONAL) Dedicado a todos los que tiene que hacer el PFM, va por ustedes Resumen Sintetizar en aproximadamente 200 palabras la motivación, objetivos y desarrollo del PFM. Índice Índice ................................................................................................................................... 6 Índice de figuras ................................................................................................................. 9 Índice de tablas ................................................................................................................. 12 1. Introducción y objetivos ......................................................................................... 13 1.1 1.2 2. Introducción .......................................................................................................... 14 Objetivos .............................................................................................................. 16 Arquitectura VMware ............................................................................................ 19 2.1 Revisión de conocimientos ................................................................................... 19 2.2 ................................................................................................................................... 20 2.3 VMware vCenter Update Manager ....................................................................... 21 Presupuesto ....................................................................................................................... 22 Conclusiones y futuros trabajos ...................................................................................... 25 Referencias ........................................................................................................................ 27 2.4 http://technet.microsoft.com/es-es/wsus/default(en-us).aspx .....Error! Bookmark not defined. Índice de tablas 9 Índice de figuras Figura 1.1: Muy bonita es. ................................................................................................. 14 Índice de tablas Tabla 0.1 Presupuesto del PFM. ......................................................................................... 24 Capítulo 1 1. Introducción y objetivos En el siguiente Proyecto Fin de Máster se especifican los pasos a seguir definidos en una serie de fases y los componentes necesarios para realizar la virtualización de un centro de proceso de datos que consta de 99 servidores, de manera que entre 4 u 8 equipos más potentes, sean capaces de alojar los 99 servidores virtualizados proporcionando un entorno de alta disponibilidad, de manera que ante un fallo de una máquina hardware, se puedan levantar las máquinas virtuales [1] alojadas en esta máquina caída en el resto de equipos de forma completamente automática y transparente para el administrador de sistemas. Se detallarán las especificaciones de los elementos necesarios para este tipo de entorno, realizando previamente un estudio del consumo de los 99 servidores físicos a virtualizar. 14 Introducción y objetivos Figura 1.1: Dos máquinas virtuales sobre una máquina física Figura 1.1: Muy bonita es. 1.1 Introducción La virtualización [2] aporta una reducción dramática de los costes de energía y refrigeración, disminuyendo la necesidad de caras ampliaciones de CPDs, mejorando la eficiencia operativa y aumentando las funcionalidades de alta disponibilidad, gestión centralizada y flexibilidad que supone el trabajar con máquinas virtuales. El objetivo es que el departamento de TI esté bien posicionado para responder de forma rápida y fiable a los cambios de las necesidades del negocio. Introducción y objetivos 15 Figura 1.2: Gestión centralizada del Clúster de servidores físicos El entorno de virtualización aportará las siguientes funcionalidades y mejoras de infraestructura: Consolidación de servidores: La virtualización permite la consolidación de múltiples recursos de TI. Más allá de la consolidación de almacenamiento, la virtualización proporciona una oportunidad para consolidar la arquitectura de sistemas, infraestructura de aplicación, datos y base de datos, interfaces, redes, e incluso procesos de negocios, resultando en ahorros de costo y mayor eficiencia. Optimización de los recursos de la infraestructura: Antes de la virtualización, los índices de utilización de los recursos del servidor en los centros de datos de la empresa rondaban menos del 50% (de hecho, del 10% al 15% de los índices de utilización fueron los más comunes). A través de la virtualización, las cargas de trabajo pueden ser encapsuladas y transferidas a los sistemas inactivos o sin uso — lo cual significa que los sistemas existentes pueden ser consolidados, así que las compras de capacidad adicional del servidor pueden ser retrasadas o evitadas. 16 Introducción y objetivos 1.2 s adecuado. Esto proporciona un consumo de recursos homogéneo y óptimo en toda la infraestructura. Objetivos Como ya se ha comentado, la finalidad de este proyecto reside en virtualizar en torno a 99 servidores físicos en producción para obtener la multitud de mejoras que proporciona un entorno de producción virtualizado, entre las que cabe destacar la optimización de los recursos de la infraestructura, rapidez en la provisión de nuevos servidores, estandarización en el despliegue de nuevos servidores virtuales, alta disponibilidad y la reducción de gastos de energía y refrigeración entre otros. Para lograr este objetivo es necesario establecer otros más específicos, como los detallados a continuación: 1.3 Realización de un estudio de consumo de CPU, ancho de banda, memoria, etc, de los distintos servidores a virtualizar, observando los requisitos y necesidades de nuestro sistema. Dimensionamiento de nuestra nueva arquitectura a partir de los resultados obtenidos. Detallar todos los elementos necesarios para el desarrollo de nuestro proyecto. Ejecución de las nuevas funcionalidades que añade la nueva infraestructura virtual, Detallar las conclusiones llegadas a partir de la implantación de la nueva infraestructura virtual en comparación a una infraestructura física tradicional. Breve descripción del contenido de la memoria Introducción y objetivos 17 La memoria de este TFM está organizada en 13 capítulos. Así, este primer capítulo contiene la introducción y los objetivos. El capítulo 2 explica lo esencial de la arquitectura de virtualización VMware y los elementos que se han instalado en este Trabajo Fin de Máster. En el capítulo 3 se argumenta el dimensionamiento de la arquitectura. Los detalles de los servidores ESX se explican en el capítulo 4. Las características del servidor vCenter se detallan en el capítulo 5; además de la arquitectura y componentes del vCenter, se explicará a su vez toda la funcionalidad del vCenter en este capitulo 5, como puede ser la gestión de parches de la infraestructura y la conversión de servidores físicos en máquinas virtuales. En el capítulo 6 se explica los distintos tipos de clúster que se han configurado y los detalles de cada uno. El capítulo 7 explica y define los denominados Resource pools (pool de recursos). El capítulo 8 explica el diseño de red de la arquitectura virtual. La configuración del almacenamiento en la arquitectura se explica en el capítulo 9. El capítulo 10 se centra en restringir los accesos a la infraestructura virtual para lograr mayor seguridad y detalla la redundancia en todos los elementos de la plataforma. La monitorización y la gestión de alarmas se explican en el capítulo 11. El capítulo 12 se centra en las máquinas virtuales, explicando sus ventajas, formas de creación de máquinas virtuales y realización de snapshots entre otros temas. Por último, en el capítulo 13 se explican las pruebas de validación realizadas junto con los resultados obtenidos. Capítulo 2 2. Arquitectura VMware 2.1 Revisión de conocimientos La virtualización es una tecnología que aporta una capa de virtualización que abstrae los recursos de la máquina física en la que se aloja y ejecuta múltiples sistemas operativos heterogéneos de forma simultánea en una única máquina física. De esta manera, cada sistema operativo de nuestra infraestructura virtual se instala en una máquina virtual, y podemos alojar tantas máquinas virtuales dentro de una misma máquina física como soporte nuestro equipo. En la siguiente imagen se muestra la arquitectura de una infraestructura virtualizada mediante VMware. Figura 2.1: Arquitectura de una infraestructura virtualizada mediante VMware Vmware consiste de los siguientes componentes [3] [4]: Servidor ESX [5]: Se trata del servidor sobre el que se van a alojar las máquinas virtuales. Proporciona toda la plataforma de virtualización que 20 Pruebas de validación permitirá alojar múltiples máquinas virtuales (sistemas operativos) sobre un único servidor físico. Como se detallará en el capítulo dimensionamiento, En nuestra arquitectura se va a disponer de un clúster formado por 6 servidores ESX. Servidor vCenter [6]: El servidor vCenter es el punto único de gestión de sistema operativo externo sino que está embebido en el núcleo del mismo. Para su ejecución, ESX se apoya en un sistema Linux basado en Red Hat Entreprise Linux modificado para la ejecución del hipervisor y los componentes de virtualización de VMware. Hasta la versión 3.5u4 se basa en código ejecutable de 32 bits, pero a partir de la versión 4 (la que utilizaremos en este Trabajo Fin de Máster) su código ejecutable pasa a ser de 64 bits por lo que sus requerimientos pasan a ser mayores ofreciendo a su vez un rendimiento superior. 2.2 Pruebas de validación 21 2.3 VMware vCenter Update Manager Tarea Acción Resultado esperado 1. Ejecutar una tareas de scan para realizar la verificación de nuevos parches aplicables. El proceso de scan finaliza correctamente. 2. Aplicar las actualizaciones anteriores. Los servidores ESX son actualizados correctamente. Tabla 13.10: Pruebas de VMware vCenter Update Manager Presupuesto Tareas en las que queda dividido el TFM Hemos realizado un presupuesto basándonos en las horas dedicadas a cada una de las partes en las que se divide la realización del TFM. Se ha dividido en 6 partes: o Realización del estudio de consumo y dimensionamiento de la arquitectura Estudio práctico del consumo de CPU, ancho de banda, memoria, etc, de los servidores a virtualizar mediante el software capacity planner para obtener las necesidades de nuestro sistema y realizar el dimensionamiento de la nueva infraestructura. o Definir los elementos de la arquitectura y detalles de la configuración Una vez realizado el dimensionado del sistema en cuanto a número de servidores físicos necesarios, se procedió a enumerar todos los elementos que están presentes en la arquitectura, precisar su direccionamiento, nombre de equipo, etc; y definir todos los detalles de la configuración de toda la infraestructura, como puede ser el método de balanceo de carga Presupuesto 23 a utilizar, acción ante recuperación de tarjeta fallida, switches virtuales a utilizar, configuración de almacenamiento, etc. o Instalar los servidores ESX, servidor vCenter y configuración de la infraestructura virtual Una vez que se plasmaron por escrito todos los detalles de la configuración de la infraestructura virtual, se realizó la instalación de los servidores ESX y del servidor vCenter, y se realizó toda la configuración que previamente se había definido (configuración de red, configuración de almacenamiento, configuración del clúster, resource pools, VMware update Manager, etc). o Realización de pruebas de validación de la nueva plataforma Para comprobar que la nueva plataforma cumple la funcionalidad esperada, se han realizado pruebas para comprobar el buen funcionamiento de las comunicaciones, almacenamiento, clúster (alta disponibilidad), conversión de máquinas virtuales, creación de máquinas virtuales, backup, monitorización, actualizaciones, etc. o Migrar los servidores físicos a la nueva infraestructura virtual y creación de plantillas Una vez que se comprobó que el resultado de las pruebas fue satisfactorio, se procedió a realizar la migración de los servidores físicos a la nueva infraestructura virtual. Este procedimiento se realiza a través del plug-in vmware Converter explicado en un capítulo anterior. También se crearon las plantillas de instalación de los sistemas operativos comúnmente utilizados para que el aprovisionamiento de servidores se realice de forma inmediata. o Partes Redacción de la memoria Realización y mecanografiado de la memoria de este TFC. Dedicación 24 Presupuesto Realización del estudio de consumo y dimensionamiento de la arquitectura 150 horas Definir los elementos de la arquitectura y detalles de la configuración 100 “ Instalar los servidores ESX, servidor vCenter y configuración de la infraestructura virtual 200 “ Realización de pruebas de validación de la nueva plataforma 60 Migrar los servidores físicos a la nueva infraestructura virtual y creación de plantillas 180 Redacción de la memoria 100 Total 790 horas “ “ “ Tabla 0.1 Presupuesto del PFM. Como resultado, se han invertido 790 horas de dedicación para la realización de este TFM. Conclusiones y futuros trabajos Tradicionalmente, el aprovisionamiento de servidores en un centro de proceso de datos tenía una relación unívoca, de manera que cada servidor estaba alojado en una máquina física. Así, ante cualquier problema en dicha máquina física, tenía una repercusión directa en el servicio. Esta no es una arquitectura óptima en grandes empresas que cuentan con cientos o miles de servidores, ya que cada uno de ellos representa un posible punto de fallo. Además, para facilitar un nuevo servidor para un nuevo servicio, el departamento de sistemas tenía que disponer de una gran cantidad de equipamiento disponible en el CPD: la máquina física donde se tendrá que instalar el sistema operativo, fuentes de alimentación, bocas del switch para establecer la conexión de red del nuevo servidor, cableado, etc. Se ha demostrado en este Trabajo Fin de Máster que la virtualización de un Centro de Proceso de Datos que consta de multitud de servidores en unos pocos servidores físicos de gran capacidad es perfectamente factible haciendo uso de la infraestructura desarrollada por VMware. Este producto de virtualización se encuentra muy consolidado y garantiza el buen funcionamiento de la infraestructura. A lo largo de este Trabajo Fin de Máster se ha realizado un estudio de consumo de los principales recursos del sistema (CPU, memoria, etc) de los distintos servidores a virtualizar, observando los requisitos y necesidades de nuestro sistema. A raíz de este informe se realizó el dimensionamiento de la nueva infraestructura teniendo en cuenta que la plataforma debía ser escalable y que el sistema debía ser capaz de soportar la caída de alguno de los servidores físicos sobre los que se aloja la infraestructura. De esta manera se decidió configurar un cluster compuesto por 6 servidores ESX con las características que se detallan en el capítulo 4. A continuación se realizó el diseño de la plataforma, seleccionando los elementos a utilizar y se definió toda la configuración de la infraestructura: parámetros de red, configuración de 26 Conclusiones almacenamiento, especificación servidores ESX, especificaciones vCenter, definición el tipo de cluster a utilizar, nivel de automatización… Una vez se realizó el análisis de la infraestructura teniendo presente todos los parámetros a configurar y todos los elementos necesarios, se procedió a la instalación y configuración de los 6 servidores ESX y servidor vCenter, creación de plantillas, instalación y configuración de plug-ins de vCenter… A continuación, se realizaron las pruebas de validación sobre la nueva plataforma instalada. Estas pruebas de validación tuvieron un resultado satisfactorio por lo que se procedió a una nueva fase de puesta en producción de la infraestructura, donde se comenzó a virtualizar servidores, mientras que los nuevos servidores se instalaron sobre la nueva infraestructura haciendo uso de las plantillas de generación de máquinas virtuales. De esta manera, se consigue estandarización en el despliegue de servidores y rápido aprovisionamiento de nuevos servidores. Por lo tanto, se ha demostrado que la creación de un CPD automatizado con alta disponibilidad en cada una de las máquinas de la infraestructura es totalmente factible y aporta muchísimas ventajas: aumenta la utilización del hardware, gestión centralizada de toda la infraestructura, rápido aprovisionamiento de servidores (aprovisionamiento de nuevas aplicaciones en cuestión de minutos), aporta nueva funcionalidad como realizar clonación de máquinas o generación de snapshots y ahorro de tiempo y costes para los administradores de sistemas. Todas estas ventajas enumeradas convierten a este modelo en una arquitectura ideal para entornos grandes, donde se reduce drásticamente el tiempo de administración de servidores, se reduce también el hardware necesario de la infraestructura al aumentar en torno a un 500 % la utilización de los recursos a la vez que se consigue alta disponibilidad para cada una de las máquinas del centro de proceso de datos. Esta arquitectura es la que se va a implantar en estos próximos años en las principales empresas, y aquellas compañías que no utilicen este modelo van a estar en clara desventaja con respecto a aquellas que sí que decidan utilizar esta arquitectura. Referencias Referencias utilizadas durante todo el trabajo: Curso de certificación de VMware vSphere 4. VMware vSphere 4: Install, Configure, Manage. Se ha utilizado a lo largo de toda la implementación de la arquitectura. Troy, Ryan y Helmke. VMWARE. Anaya Multimedia . Se ha utilizado como introducción al mundo de VMare Josep Ros. Virtualización Corporativa con VMware. vExpert 2009. Se ha utilizado a lo largo de toda la implementación de la arquitectura. Scott Lowe. Mastering VMware VSphere 4. Editorial: John Wiley & Sons. Se ha utilizado Scott Lowe. VMware VSphere 4 Administration Instant Reference. John Wiley & Sons Se ha utilizado a lo largo de toda la implementación de la arquitectura. [1] http://observatorio.cnice.mec.es/modules.php?op=modload&name=News&file=article&si d=462. Introducción a las máquinas virtuales. [2] http://www.vmware.com/pdf/virtualization.pdf. Introducción a la virtualización. 28 Anexo I [3] http://www.vmware.com/pdf/vi_architecture_wp.pdf. Acercamiento a la arquitectura de [4] distintos tipos de hipervisores que podemos encontrar. [5] http://www.virtualbox.org/. Página web del Virtual Box. [6] . [7] http://h18000.www1.hp.com/products/servers/management/hpsim/index.html. Información sobre el software de monitorización HP Insight Manager. [8] www.vmware.com/pdf/GuestOS_guide.pdf. Sistemas operativos soportados por la infraestructura de virtualización VMware. [9] ANEXO I, ES NECESARIO Tareas en las que queda dividido el TFM Hemos realizado un presupuesto basándonos en las horas dedicadas a cada una de las partes en las que se divide la realización del TFM. Se ha dividido en 6 partes: 30 Anexo I