高校虛擬化應用平臺的設計與實現(xiàn)

摘 要：隨著信息化建設的不斷深入，高校信息化建設過程中出現(xiàn)越來越多的問題，比如欠缺整體規(guī)劃，資源利用率持續(xù)降低和帶來不必要的投資等。本文提出了以資源共享為核心的高校虛擬化應用平臺的構建方案。在分析高校數字資源建設的發(fā)展情況后，本文深入研究了高校虛擬化應用平臺的相關理論，提出了設計思路和實現(xiàn)方案，并具體闡述了南京理工大學的虛擬化應用平臺的實現(xiàn)過程。通過應用體驗，總結了該平臺優(yōu)勢明顯，具有一定的參考意義。

關鍵詞：虛擬化；資源池建設；存儲；虛擬機備份

中圖分類號：TP391

隨著高校各大應用信息系統(tǒng)的增加，怎么樣對數據中心機房的硬件資源進行有效的整合日漸成為信息部門考慮的重點問題，此時，虛擬化技術作為快速發(fā)展的一門新的硬件資源整合技術，引起了國內外高等院校的高度重視。

高等院校內部可能配備有上百個信息系統(tǒng)應用，比如教務、學生管理、各學院的門戶網站，這些信息系統(tǒng)都分布在不同的物理服務器，占用不同的存儲資源，往往一個物理服務器上面都只部署一個信息系統(tǒng)，導致這些硬件資源的使用率不到20%，同時也意味著需要更多的空間、電源、散熱、網絡接口、數據存儲以及管理人員[1]。因此，從高校的數字化校園建設全局出發(fā)，必須對數據中心硬件資源進行有效的整合，提高數字化資源的利用率，高效進行校園網基礎設施的運維管理，此時，虛擬化技術應運而生。

1 相關理論

1.1 虛擬化技術。通過實現(xiàn)IT基礎架構的虛擬化，可以降低IT成本，同時提高現(xiàn)有資產的效率、利用率和靈活性，在全世界，各種規(guī)模的組織都享受著VMware虛擬化帶來的好處。全面虛擬化IT基礎架構可以給學校的IT資源建設帶來益處[2]。

（1）提高資源的利用率；（2）通過縮減物理基礎架構和提高服務器/管理員比率，降低數據中心成本；（3）提高硬件和應用程序的可用性；（4）實現(xiàn)運營靈活性；（5）提高桌面的可管理性和安全性。

1.2 服務器資源池建設。虛擬化（Virtulization）是表示計算機資源的抽象方法，可以對包括基礎設施，系統(tǒng)和軟件等計算機資源的表示，訪問和管理進行簡化，并為這些資源提供標準的接口來接受輸入和提供輸出[3]。

服務器虛擬化通過使用虛擬化管理器（VMM）在一臺物理機上虛擬或運行一臺或多臺虛擬機（VM）。VMM分兩種形式[4]：

Hypervisor VM，直接運行在硬件上，提供接近于物理機的性能，并在I/O上面做了優(yōu)化，主要用于服務器類的應用。

Hosted VM，它運行在物理機的操作系統(tǒng)上，雖然其本身性能不如Hypervisor，但其安裝和使用非常方便，而且功能豐富，比如支持三維加速等特性，常用于桌面應用。

1.3 存儲資源池建設?！疤摂M化存儲”是指把多個存儲介質模塊（如不同的磁盤陣列、硬盤等）通過一定的手段集中管理起來，所有的存儲模塊在一個存儲池中得到統(tǒng)一管理，其目的是集中存儲資源，更好的管理存儲為企業(yè)提供資源。

在虛擬存儲環(huán)境下，無論后端物理存儲是什么設備，服務器及其應用系統(tǒng)看到的都是其物理設備的邏輯映像。即使物理存儲發(fā)生變化，這種邏輯映像也不會改變，系統(tǒng)管理員不必再關心后端存儲，只需專注于管理存儲空間，所有的存儲管理操作都變得輕松簡單[5]。圖1是存儲資源建設的理論架構圖。

圖1 存儲資源建設理念架構圖

2 虛擬化應用平臺設計與實現(xiàn)

隨著南京理工大學信息化建設的深入，特別是在新信息技術迅猛發(fā)展的當前，如何實現(xiàn)便于擴展、利于管理、技術成熟領先的應用模式，現(xiàn)有的數據中心面臨更多的挑戰(zhàn)。目前，我校急需建立虛擬化應用平臺，把IT資源、數據、應用作為服務通過網絡提供使用者，能夠實現(xiàn)各院系自動、快速的計算和存儲資源申請，使得數據中心的專業(yè)化水平和運維管理得到極大提升。

2.1 網絡架構。虛擬化的計算資源采用在空間、電力資源、管理上優(yōu)勢明顯的刀片服務器，存儲利用現(xiàn)有的EMC VNX5300，并對其進行擴容，目前共有30塊600GB 15krpm SAS硬盤，30塊2TB 7200rpm NL-SAS硬盤以及相關的容量許可，利用其性能及擴展性對云計算平臺提供存儲支撐。圖2展示了南京理工大學虛擬化應用平臺的網絡拓撲圖。

圖2 虛擬化應用平臺網絡拓撲圖

2.2 設計方案。本方案中采用一套VMware VSphere服務器虛擬化軟件，實現(xiàn)業(yè)務的在線遷移、HA等高級功能，利用原有VNX5300并對其擴容，原來的服務器仍然是可以正常運行的，設計方案是把兩者融合一起，以滿足云計算平臺對存儲性能與容量的需求。利用刀片服務器作為計算節(jié)點，簡化管理，部署兩臺DS300的24口8GB光纖交換機作為核心數據存儲網絡，組成完整的云計算體系平臺，為后期私有云的建立架構好基礎架構。

2.3 虛擬機規(guī)劃。對于相同操作系統(tǒng)虛擬機做統(tǒng)一虛擬機模板，方便新添加應用時的部署和避免反復安裝系統(tǒng)的繁瑣，模版虛擬機只劃分1個系統(tǒng)分區(qū)，根據應用的不同需求再增加數據分區(qū)，今后虛擬機硬盤空間不夠，可在線添加新的磁盤，也可使用VCenter converter工具對虛擬機的現(xiàn)有分區(qū)進行擴容。

VCenter converter是虛擬機的遷移工具，可以在線將物理機或虛擬機遷移至指定的VMware虛擬化環(huán)境，并可調整現(xiàn)有磁盤分區(qū)的大小。

2.4 虛擬機備份。VMware Data Recovery為小型環(huán)境中的虛擬機提供簡單、經濟高效、無代理的備份和恢復。

圖3 虛擬機備份機制

VMware Data Recovery 備份模塊具有以下一些特性：（1）虛擬機的無代理、基于磁盤的備份和恢復，可以實現(xiàn)虛擬機或文件級別的恢復；（2）增量備份和消除重復數據以節(jié)約磁盤空間，為虛擬機提供快速、簡單和完整的數據保護；（3）通過vCenter實現(xiàn)集中式管理和經濟高效的存儲管理。

2.5 平臺實現(xiàn)。結合實際情況，我校基于虛擬化技術構建一個虛擬化應用平臺，并在該平臺上成功實現(xiàn)學校信息系統(tǒng)的部署。

圖4 虛擬化平臺實現(xiàn)信息系統(tǒng)的部署

3 結束語

目前，高校虛擬化應用平臺運行穩(wěn)定，通過不斷地完善基礎設施虛擬化的建設，最終構建一個校園虛擬化云服務平臺，將會極大地提高校園數據中心基礎設施資源的利用率，降低IT日常運維管理的復雜度，進一步提升校園信息化系統(tǒng)對外服務水平，同時也很大程度地降低了學校IT投資費用，為高水平人才培養(yǎng)構建了一個一流的實驗、教學和科研環(huán)境。

參考文獻：

[1]游小明.新型云計算服務器的設計與實現(xiàn)[J].計算機工程，2011（11）.

[2]陳小軍，張璟.虛擬化技術及其在制造業(yè)信息化的應用綜述[J].計算機工程與應用，2010（23）.

[3]李趙春，程玉柱.基于網絡的虛擬儀器測試教學實驗系統(tǒng)[J].大學物理實驗，2013（01）：28-30.

[4]Berkay Erder，Aynur Akar.Remote accessible laboratory for error controlled coding techniques with the labview software[J].Procedia-Social and Behavioral Sciences，2010（02）：372-377.

[5]Neiger G et al.Int el virtualizat ion t echnology：H ardw aresu pport f or eff ici ent processor vi rtu aliz at ion.Int el T ech nologyJournal，2006（03）：167-177.

作者簡介：陳思（1987-），女，碩士，助理工程師，主要研究方向：無線網絡路由協(xié)議；束乾倩（1981-），女，碩士，工程師，主要研究方向：信息系統(tǒng)管理；李華峰（1973-），男，博士，高級工程師，主要研究方向：網絡技術；涂慶華（1974-），男，碩士，處長，主要研究方向：網絡安全和信息化建設；湯東陽（1988-），男，碩士，助理工程師，主要研究方向：計算機科學與技術。

作者單位：南京理工大學 信息化建設與管理處，南京 210094；中國石油化工股份有限公司石油物探技術研究院，南京 211103