基于iSCSI存储的CAS云平台高可用研究与实现

2022-12-02王琳

通信电源技术 2022年14期

王琳

（长沙民政职业技术学院，湖南长沙 410004）

0 引言

随着互联网通信技术的飞速发展，采用传统IT基础架构存在的部署周期长、硬件设备缺乏统一管理等问题日益突出，越来越多的企业选择业务上云，这不仅可以有效缓解上述问题，而且还可以保障业务系统的高可用性与高性能，缩短升级周期，提升IT设备运行效率和敏捷性[1]。具体实践中，众多企业并未将业务整体上云，企业负责人还对上云后业务的稳定性、时效性存有疑虑。业务上云后，提升系统稳定性的关键就在于提高承载业务的虚拟机的稳定性。本文选择H3C CAS云计算管理平台作为虚拟化管理平台，研究使用基于因特网的小型计算机系统接口（Internet Small Computer System Interface，ISCSI）存储架构实现共享存储，使用VMware Workstation虚拟化软件搭建实验环境进行仿真实验，验证虚拟机的稳定性。

1 iSCSI存储架构

iSCSI技术是IBM公司研发的基于传输控制协议 /网际协议 (Transmission Control Protocol，TCP/IP)和小型计算机系统接口（Small Computer System Interface，SCSI）协议的新一代网络存储技术。iSCSI技术可以通过网络实现基于SCSI接口的命令和数据传输，从理论上可以使连接距离无限延伸，突破使用传统SCSI接口数据传输物理距离的限制[2]。同时，iSCSI存储技术可以响应存储容量不断变化的需求。随着iSCSI存储架构的出现，存储区域网络（Storage Area Network，SAN）逐渐演变出FC-SAN和IP-SAN2个分支。IP-SAN即基于iSCSI存储架构的SAN，它比FC-SAN具有传输距离长、费用低、实现简单以及维护方便等优点，更受中小企业的青睐。

iSCSI存储按工作形式可以分为target端和initiator端。target端是提供存储服务的服务端，能够为多个用户提供可扩展的存储资源；initiator是客户端，它可以使用target提供的存储。网络连通是initiator端访问target端存储的必要条件，而target端可以同时为多个initiator端提供存储服务[3]。

2 H3C CAS云计算管理平台

H3C CAS云计算管理平台是H3C公司为企业数据中心定制的虚拟化和云计算管理软件，可以将IT基础架构资源整合，提供计算、存储、网络等资源，提高IT基础设施的使用效率。云计算管理平台（Cloud Automation System，CAS）基于全功能虚拟化解决方案（Kernel-based Virtual Machine，KVM）开发，在KVM原生的虚拟化功能基础上增加了虚拟机集群资源管理、资源监控、高可用等高级特性。CAS云平台主要由虚拟化内核平台（Cloud Virtualization Kernel，CVK）、虚拟化管理系统（Cloud Virtualization Manager，CVM）2个部分组成，CVK主要实现计算虚拟化功能，CVM主要实现高可用、动态资源调度等特性。

高可用性（High Availability，HA）指服务器发生故障时，将该故障服务器上的所有虚拟机迁移到其他主机，并将虚拟机自动重启，减少虚拟机故障时间，提升服务的可用性[4]。系统的可用性可以使用平均故障间隔时间（Mean Time between Failures，MTBF）来度量，平均故障间隔时间越长，系统可用性越高。

系统可用性的计算公式为

为了实现CAS云计算管理平台虚拟机的HA功能，考虑将虚拟机的磁盘文件放置到第三方外部存储平台。当虚拟机所在宿主机意外宕机时，虚拟机也可以通过CAS集群的HA功能将该故障宿主机上的所有虚拟机迁移到其他主机上。

3 基于iSCSI共享存储的CAS平台

3.1 实验环境介绍

采用iSCSI存储架构作为后端存储，为CAS平台提供存储服务。使用1台Intel(R) Core(TM) i5-8250U CPU、4核、内存16 GB计算机，配合VMware Workstation 15虚拟化软件、基础镜像CentOS7.9.2009.iso以及CAS-E0301.iso搭建基于iSCSI共享存储的CAS平台。

3.2 CAS平台搭建

为了验证HA功能，至少需要2个节点充当CVK角色，同时还需要1个节点安装CVM组件来实现对虚拟化平台的管理。在实验电脑硬件资源有限的情形下，为了防止创建多台虚拟机消耗过多硬件资源而导致虚拟机卡顿，可以将CVM节点与其中1个CVK节点统一部署，即在1台机器上同时安装CVM、CVK这2个组件[5]。本实验CAS平台搭建时，CVM节点和其中1个CVK节点采用统一部署，共使用2台虚拟机完成CAS平台搭建。

（1）搭建CAS管理门户。使用VMware Workstation虚拟化软件，选择CAS-E0301.iso镜像，安装时选择CVM、CVK组件。安装完毕后登录相应网址，使用默认用户名和密码访问CAS管理门户。

（2）添加主机池、集群、主机。使用CAS平台对虚拟化资源进行管理前，需要添加主机池、集群、主机。在主机池下添加集群，在集群下添加主机。通常情况下主机并不会在主机池下直接添加，而是在主机池中的集群下添加。主机添加完成的CAS平台如图1所示。

（3）规划共享文件系统。CAS平台支持本地存储和外部存储2种方式。为了实现云主机的高可用特性，这里使用IP_SAN的方式，即通过iSCSI技术将远端存储挂载来实现存储资源的使用。

3.3 iSCSI存储配置

3.3.1 target端配置

首先，在target主机上安装targetcli交互式命令行服务；其次，输入targetcli命令进入交互式配置页面，使用target端预先准备的50 GB硬盘创建共享池存储设备；再次，将该共享存储设备挂载给CVM节点和CVK节点；最后，关闭防火墙firewalld服务和selinux服务。

3.3.2 initiator端配置

将50 GB的共享存储设备挂载给2个initiator端使用时，可以使用target端默认生成的initiator端限定名称（iSCSI qualified name，iqn），也可以自定义iqn。如果使用自定义iqn，则要修改CAS云平台上CVM、CVK的存储适配器标识符，保证两端一致。设置自定义iqn如图2所示。

3.3.3 iSCSI共享存储优化

为了进一步提升系统的冗余级别，可以考虑从磁盘冗余度切入，提高共享存储设备的可靠性。iSCSI target端可以使用多个磁盘做成独立磁盘冗余阵列（Redundant Arrays of Independent Disks，RAID），虽然RAID技术会在一定程度上提高存储资源成本，但是也进一步提升了系统可用性。

4 虚拟机HA功能验证

4.1 配置共享文件系统

4.1.1 设置共享文件系统心跳网络

心跳检测是一种监控机制，通过定时轮询检测各CVK节点，根据对端节点应答情况来判断CVK主机是否出现异常。当CVK主机离线时，将触发系统告警，同时在离线主机上开展虚拟机的迁移。本次实验选择10.0.0.0/24网段作为共享文件系统心跳网络。

4.1.2 配置共享文件系统

在主机池中添加共享文件系统，选择iSCSI共享文件系统，填写target端IP地址。点击搜索等待发现设备，如果发现设备，该设备即共享存储设备。如果没有发现设备，可能原因包括target端防火墙服务没有关闭、target端selinux服务没有关闭或iqn设置错误等，需要及时采取相应解决措施。

4.1.3 添加共享存储

在主机池中搜索到共享文件系统，将其格式化。在CVM、CVK这2节点所在的集群中添加共享存储，搜索选择刚才格式化后的共享文件系统，此时共享存储添加完成，该集群中所有CVK主机上创建的虚拟机均可以使用该共享存储。

4.2 创建虚拟机

将创建虚拟机使用的系统镜像上传到共享存储上，这样方便集群中所有主机共同使用系统镜像。当多个主机都要创建同一系统镜像类型的虚拟机时，不需要在多个CVK节点单独上传系统镜像。在CVK节点创建虚拟机时，新建存储卷选择共享存储，这样才能满足HA特性。

4.3 虚拟机HA迁移

4.3.1 进入维护模式触发迁移

选择CVK主机，使其进入维护模式。CVK主机上的虚拟机使用iSCSI共享存储，维护模式将触发虚拟机的迁移，将当前维护的CVK主机上的虚拟机自动迁移到其他CVK主机。虚拟机自动迁移过程如图3所示。

4.3.2 其他模式迁移

除了使CVK主机进入维护模式外，还可以通过下电CVK主机或手动迁移虚拟机等方式使虚拟机迁移。多种迁移模式协同合作，确保在多种突发情况下主机上虚拟机的高可用性，延长虚拟机的平均故障间隔，给用户带来良好的体验。如果遇到虚拟机迁移失败，可以从以下2个方面排查。一是创建虚拟机的镜像文件是否被卸载，如果虚拟机镜像文件没有使用共享存储空间，而是使用本地存储空间，在该镜像文件没有卸载的情况下虚拟机迁移不会成功；二是待迁移主机资源是否充足，如果待迁移的CVK主机空闲资源不足以承载待迁移虚拟机，那么虚拟机迁移也不会成功。