1建設目標
建設云實驗平臺，在該平臺上實現(xiàn)了編程教學實驗、數(shù)據(jù)庫實驗以及網盤應用系統(tǒng)；該平臺技術上采用服務器虛擬化技術通過云管理平臺實現(xiàn)了實驗環(huán)境的快速部署；虛擬化平臺基于磁盤陣列集中存儲，采用FC SAN網絡架構。現(xiàn)規(guī)劃建設一個Hadoop 大數(shù)據(jù)實驗室，使用已經建設好的平臺，通過擴展資源池的方式部署，利用現(xiàn)有服務器虛擬化平臺虛擬出大量虛擬機用于構建Hadoop 集群，主要用于學生實驗以及科研用途。假定建設目標和規(guī)模如下：
建設目標：建設成校級實驗室，滿足學生做大數(shù)據(jù)實驗和教師大數(shù)據(jù)科研。
建設規(guī)模：系統(tǒng)支持100個左右的虛機同時運行，性能滿足學生大數(shù)據(jù)實驗需求。
擴展性需求：系統(tǒng)需具備良好擴展能力，可以方便擴展系統(tǒng)容量和性能，以滿足更多實驗和科研需求。
2配置方案
本章節(jié)對構建大數(shù)據(jù)實驗室所需要的硬件資源進行配置，從大數(shù)據(jù)實驗資源需求出發(fā)來分析構建大數(shù)據(jù)實驗室需要對現(xiàn)有物理服務器、磁盤陣列、FC交換機、IP網絡交換機的資源做哪些擴容。2.1已有資源
云實驗平臺已經部署了10多臺2路物理服務器，通過1臺FC交換機與1臺磁盤陣列連接；現(xiàn)有物理計算資源可以支撐同時運行200個虛機（1個LCPU、4GB內存、30GB虛擬磁盤），現(xiàn)有磁盤陣列的存儲資源主要提供虛機存儲空間和網盤存儲空間。2.2擴容資源需求
對資源需求進行估算是虛擬化系統(tǒng)硬件配置的基本依據(jù)。在大數(shù)據(jù)實驗室中，資源可分為兩大類：一類是運行時系統(tǒng)需要的資源，它決定了系統(tǒng)能支持同時運行多少個虛機，該情形主要關注物理服務器的CPU 資源、內存資源和磁盤陣列的IOPS 資源，磁盤IOPS資源在大數(shù)據(jù)實驗中需求相對較高；另一類是系統(tǒng)可以“存放”多少個虛機，這主要關注磁盤陣列的存儲容量。運行資源
假定虛機規(guī)格如下表中所示，該規(guī)格滿足大數(shù)據(jù)實驗環(huán)境下對性能的需求；則200個虛機同時運行，需提供下表中所需資源。
| Linux虛機規(guī)格 | 同時運行虛機數(shù)量 | 虛擬資源池大小需求 | ||
| CPU大小 | 2個邏輯CPU、2.0GHZ | 100 | CPU資源 | 200個邏輯CPU、200GHz |
| 內存大小 | 4GB | 內存大小 | 400GB | |
| 磁盤IOPS | 100 | 磁盤IOPS | 10000 | |
存儲容量
磁盤陣列存儲空間由需要多少個虛機和虛機磁盤大小決定，假定虛機磁盤規(guī)格如下表所示、需要存放500個虛機，總共需要約210TB的存儲空間。
| Linux虛機規(guī)格 | 虛機總數(shù) | 磁盤陣列存儲空間需求 | ||
| 磁盤1（系統(tǒng)盤）大小 | 15GB | 500 | 磁盤空間 | 107500GB（100TB） |
| 磁盤2（數(shù)據(jù)盤）大小 | 200GB | |||
2.3物理服務器擴容配置
作為虛擬化主機的物理服務器，目前可選擇的配置主要有2路和4路，綜合考慮CPU利用率、網絡成本等因素，我們建議選擇2路服務器作為虛擬化主機，2路較4路將提供更好的性價比。首先計算總共需要多少物理的CPU資源和內存資源，計算以上述“運行資源”為基本依據(jù)，并考慮物理資源的80%用作運行虛擬機。
| 虛擬資源池大小 | 比例 | 物理資源池大小需求 | ||
| CPU資源 | 200個邏輯CPU、200GHz | 80% | CPU資源 | 250個邏輯CPU 250GHz |
| 內存資源 | 400GB | 內存資源 | 500GB | |
| 新增物理資源池大小 | 物理服務器規(guī)格 | 物理服務器數(shù)量 | ||
| CPU資源 | 250個邏輯CPU 、250GHz | CPU | 2路10核、超線程（40個邏輯CPU）、2.0GHz | 7 |
| 內存資源 | 500GB | 內存 | 128GB | 4 |
| 磁盤 | 1*240GB SSD盤 | |||
| 網口 | 4*1gb | |||
| FC口 | 1*8gb | |||
2.4磁盤陣列擴容配置
磁盤陣列作為虛擬化系統(tǒng)后端共享存儲，主要考慮IOPS性能和存儲空間的要求。存儲空間顯然容易配置，而IOPS存在諸多變數(shù)，這是個無法準確估算的指標，為了使系統(tǒng)具備較好的性能，我們進行了仔細考量。依據(jù)2.2節(jié)所估算的IOPS性能要求和存儲空間要求，估算系統(tǒng)需要多少塊SAS磁盤。
| 存儲資源需求 | 單塊SAS盤 | 需配置SAS磁盤數(shù)量 | ||
| IOPS | 10000 | IOPS | 200 | 50塊 |
| 存儲容量 | 107500GB | 容量 | 900GB | 120塊 |
第1：使用高性能SSD盤結合SAS盤，提供較SAS盤更好的性能；該部分的空間主要用于虛機的系統(tǒng)盤。
第2：使用高性能SSD盤結合大容量SATA盤，主要滿足系統(tǒng)容量的需求，并提供了接近SAS盤的性能；此部分存儲空間主要用于虛機的數(shù)據(jù)盤。
現(xiàn)有磁盤陣列擴容配置配置如下表：
| 磁盤陣列擴容配置 | 可提供的規(guī)格、功能 | ||
| 控制器 | （雙活冗余控制器） | IOPS | 大于12000 |
| 緩存 | （32GB） | 存儲容量 | 120TB裸容量 |
| SSD盤 | 新增：4*200GB | SSD緩存 | 支持 |
| SAS盤 | 新增：12*900GB | 精簡置備 | 支持 |
| SSD盤 | 新增：4*400GB | 存儲快照 | 支持 |
| SATA盤 | 新增：28*4TB | ||
2.5FC SAN網絡擴容配置
由于新增加了8臺物理服務器，F(xiàn)C交換機需要新增加激活端口和相應模塊，數(shù)量為8個。2.6IP網絡擴容配置
原交換機為48個千兆網口，從端口數(shù)量上來說資源是夠的，但是在大數(shù)據(jù)實驗環(huán)境中，虛機之間存在大量的東西向數(shù)據(jù)流量，因此我們設計增加一臺24口的千兆交換機用于大數(shù)據(jù)集群后端網絡流量通道。2.7擴容配置清單
構建滿足100個虛機同時運行的大數(shù)據(jù)實驗平臺，需要對現(xiàn)有云實驗平臺物理資源進行擴容，擴容包括：新增8臺物理服務器、磁盤陣列添加SSD/SAS/SATA盤、FC交換機增加激活端口、新增1臺24口IP交換機，詳細擴容配置清單如下表：| 序號 | 名稱 | 品牌/型號 | 擴容配置描述 | 數(shù)量 | 單位 |
| 一 | 云實驗平臺硬件擴容配置 | ||||
| 1-1 | 虛擬化主機 | 云創(chuàng)cServer | 2U機架式服務器帶機架安裝套件；CPU:2顆Xeon E5-2670 V3，內存：128GB;4個千兆網口；Disk：1塊240GB SSD，板載支持Raid0,1,5 ,FC口：單口8Gb； | 8 | 臺 |
| 1-3 | 磁盤陣列 |
云創(chuàng) rStor 7000 |
擴容新增：4*200GB SSD，4*400GB SSD，12*900GB SAS盤、28*4TB SATA盤，SSD緩存功能、精簡配置功能、快照功能 | 0 | 臺 |
| 1-4 | 光纖交換機 | Brocade 300B | 擴容新增：8個端口激活許可，8個端口8gb模塊； | 0 | 臺 |
| 1-5 | 千兆交換機 | 華為 S5700-28C-SI | 24個10/100/1000Base-T，可插拔交流電源，交流供電 | 1 | 臺 |
| 二 | Hadoop教學培訓服務 | ||||
| 2-1 | 1 | 套 | |||
| 三 | 其他相關費用 | ||||
| 3-1 | 機柜 | 1 | 臺 | ||
| 3-2 | 定制開發(fā) | ||||
| 3-3 | 安裝調試 | ||||
| 3-4 | 培訓服務 | ||||
3部署方案
3.1系統(tǒng)架構
系統(tǒng)架構在擴容前后基本沒有變化，擴容后的整個虛擬化系統(tǒng)部署架構如下圖所示。
與原先區(qū)別主要是資源池擴充了，新增的物理服務器構成一個新的集群，并且通過新增加一臺千兆交換機構成大數(shù)據(jù)實驗虛機后端網絡流量通道。
3.2IP網絡部署
本項目中對于IP網絡的部署設計，除了考慮vSphere環(huán)境下一般性的部署注意事項外，還需要注意由虛機構成的Hadoop集群對IP網絡的需求。
上圖是一臺物理服務器的虛擬網絡和物理網絡連接示意圖。
每個虛機配置2個虛擬千兆網口，一個用于虛機前端業(yè)務流量，一個用于Hadoop集群后端流量，虛擬交換機vSwitch1和vSwitch2技術上可以使用一臺、可以配置為標準虛擬交換機或分布式虛擬交換機，為了清晰和降低難度，建議配置為2個標準虛擬交換機；vSwitch0和vSwitch1上行鏈路可以互為備份，vSwitch1和vSwitch2的上行鏈路可以互為備份；物理服務器4個網口連接到2臺堆疊的物理交換機。這種部署設計實現(xiàn)了IP網絡全冗余，提供了故障切換和網絡負載均衡功能。
3.3Hadoop集群部署
通過虛機部署Hadoop集群，當然需要評估虛機資源的需求，即使評估有誤也無關系，虛擬化的一大好處就在于資源可以靈活調整。在部署和使用虛機時，我們可以結合使用虛機模板、虛機克隆、虛機快照等技術為創(chuàng)建和使用實驗環(huán)境提供便利。
Hadoop集群包含了Master節(jié)點和Slave節(jié)點，可以進行Hadoop部署實驗、HDFS實驗、MapReduce實驗、HBase實驗、Hive實驗等。下表是節(jié)點虛機配置參考。
| Master節(jié)點配置參考 | Slave節(jié)點配置參考 | ||
| CPU | 2*LCPU | CPU | 1-2*LCPU |
| MEM | 8-16GB | MEM | 2-8GB |
| Disk1（sda） | 15GB | Disk1（sda） | 15GB |
| Disk2（sdb） | 20GB | Disk2（sdb） | 50-200GB |
| 虛擬網卡1 | 千兆 | 虛擬網卡1 | 千兆 |
| 虛擬網卡2 | 千兆 | 虛擬網卡2 | 千兆 |
3.4部署計劃
下表給出本項目部署實施的一些主要任務和時間預估。| 任務 | 時間 |
| IP地址規(guī)劃,VLAN規(guī)劃 | 4H |
| Fabric Zone規(guī)劃 | 1H |
| 存儲LUN規(guī)劃 | 2H |
| 虛機資源規(guī)劃 | 1H |
| 設備上架，完成物理安裝 | 1D |
| 磁盤陣列初始安裝 | 2H |
| FC交換機配置 | 2H |
| IP網絡配置（交換機、路由器） | 2H |
| 存儲完成配置 | 2H |
| vSphere安裝配置 | 1.5D |
| 虛機資源規(guī)劃 | 2H |
| 軟件ISO導入，虛機模板創(chuàng)建 | 1H |
| 第一個大數(shù)據(jù)集群建立 | 1D |
| 使用測試，調整 | 2D |
| 創(chuàng)建其他大數(shù)據(jù)集群 |