服務(wù)器虛擬化在數(shù)字化校園建設(shè)中的應(yīng)用

徐　輝

(安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 網(wǎng)絡(luò)中心，安徽 蚌埠　233000)

服務(wù)器虛擬化在數(shù)字化校園建設(shè)中的應(yīng)用

徐輝

(安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 網(wǎng)絡(luò)中心，安徽 蚌埠233000)

摘要：高校數(shù)字化校園建設(shè)需要搭建大量的應(yīng)用支撐平臺和業(yè)務(wù)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)中心要準(zhǔn)備很多服務(wù)器，將面臨設(shè)備利用率低、運營成本高，管理維護(hù)復(fù)雜，平臺可靠性不高等問題。首先分析了服務(wù)器虛擬化技術(shù)特點，而后根據(jù)某高校數(shù)字化校園項目規(guī)劃及建設(shè)方案搭建了服務(wù)器虛擬化運行平臺，闡述了服務(wù)器虛擬化在推動數(shù)字化校園建設(shè)中的巨大優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：云計算；虛擬化；數(shù)字化校園；VMware

中圖分類號：TP393.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-2714(2015)04- 0029- 06

doi:10.3969/j.issn.1009-2714.2015.04.007

收稿日期：2015—09—21

基金項目：安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院教科研項目(ADZX1412)

作者簡介：徐輝(1981-)，男，安徽蚌埠人，安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，工程碩士，研究方向為網(wǎng)絡(luò)與信息安全。

隨著信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，2015年初，國家為培育信息產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)，降低社會創(chuàng)業(yè)成本，培育新興產(chǎn)業(yè)、新的經(jīng)濟(jì)增長點,發(fā)文促進(jìn)云計算機(jī)創(chuàng)新發(fā)展。云計算是分布式計算、并行計算、網(wǎng)絡(luò)存儲、設(shè)備冗余、負(fù)載均衡、虛擬化等多種技術(shù)融合發(fā)展演進(jìn)的技術(shù)，實現(xiàn)了計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等資源的整合與按需分配。各高校在教育信息化建設(shè)、數(shù)字化校園建設(shè)中，數(shù)據(jù)中心逐步采用基于云計算的模式，以提高各種軟硬件資源的利用率，提升各種應(yīng)用部署效率，有效降低機(jī)房能耗，節(jié)約機(jī)柜空間，節(jié)約信息化建設(shè)成本，為數(shù)字化校園建設(shè)提供一個可靠、管理方便、擴(kuò)展性強(qiáng)的平臺[1]。

1虛擬化技術(shù)

1.1　服務(wù)器虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)是云計算的關(guān)鍵技術(shù)。它將高性能服務(wù)器虛擬出多臺虛擬機(jī)，每臺虛擬機(jī)對用戶來說，都可以提供完整靈活的虛擬硬件資源，比如CPU、內(nèi)存、磁盤、網(wǎng)卡、存儲等。用戶可以在一臺物理服務(wù)器上獨立安裝和運行多個操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序，提高了單臺物理服務(wù)器的利用率。同時虛擬化技術(shù)支持資源定制，可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求差異化分配CPU個數(shù)，內(nèi)存容量，存儲空間等計算資源，實現(xiàn)資源按需分配。

1.2　存儲區(qū)域虛擬化技術(shù)

存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)虛擬化技術(shù)將分散的存儲資源映射成一個邏輯上的存儲卷，主機(jī)直接使用映射的存儲卷，不用關(guān)心實際物理存儲空間是來自本地硬盤還是存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的某些硬盤。存儲虛擬化技術(shù)可以靈活地分配存儲空間，具體物理存儲空間的分配可根據(jù)應(yīng)用的使用情況動態(tài)調(diào)整，即各應(yīng)用分配的只是邏輯上的空間，不完全占用物理存儲空間，提升了存儲空間的利用率[2]。

1.3　虛擬化技術(shù)平臺的選擇

可供高校在實施數(shù)字化校園項目建設(shè)中選擇的，業(yè)界流行的虛擬化平臺有微軟公司的Hyper-v、VMware公司的VMware vSphere、思杰公司的Xen Server等。其中VMware公司的產(chǎn)品應(yīng)用最為廣泛，市場占有率最高，其產(chǎn)品技術(shù)成熟、體系完整、管理工具齊全，可供查詢的技術(shù)資料最多。選用VMware vSphere平臺作為數(shù)字化校園項目的虛擬化硬件平臺物理拓?fù)淙鐖D1所示。它由存儲、光纖交換機(jī)、物理服務(wù)器、存儲網(wǎng)絡(luò)、IP網(wǎng)絡(luò)、管理客戶端等組成[3]。將多臺物理服務(wù)器分別與IP網(wǎng)絡(luò)和SAN存儲網(wǎng)絡(luò)連接，使用VMware vSphere平臺，以磁盤陣列存儲為基礎(chǔ)建立虛擬化服務(wù)器集群，在此集群上創(chuàng)建虛擬機(jī)用于部署數(shù)字化校園平臺各種應(yīng)用。

圖1　VMware vSphere虛擬化硬件平臺物理拓?fù)?/p>

2數(shù)字化校園平臺規(guī)劃及云計算需求

高校數(shù)字化校園建設(shè)的目標(biāo)是在基于云計算模式的“IT基礎(chǔ)設(shè)施層”基礎(chǔ)上，完成“應(yīng)用支撐層”的搭建。通過部署高校各項“業(yè)務(wù)應(yīng)用”系統(tǒng)，錄入基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)，實現(xiàn)基礎(chǔ)信息在各應(yīng)用系統(tǒng)之間共享與交換。對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、數(shù)據(jù)挖掘和綜合處理，更好的為學(xué)校教育教學(xué)提供信息支持。在政策法規(guī)與信息標(biāo)準(zhǔn)體系和信息安全與運行維護(hù)體系保障下，實現(xiàn)PC應(yīng)用端、WEB端、移動應(yīng)用端的數(shù)字化校園信息“綜合服務(wù)展現(xiàn)”，使數(shù)字資源充分得到利用，拓展了教育教學(xué)的空間與時間，提高了教育管理水平與運行效率，實現(xiàn)了教育過程的全面信息化。如圖2所示為某高校的數(shù)字化校園項目云計算體系架構(gòu)模型。

圖2　云計算基礎(chǔ)體系架構(gòu)模型

2.1　應(yīng)用支撐平臺

2.1.1共享數(shù)據(jù)中心平臺共享數(shù)據(jù)中心平臺是對數(shù)字化校園中各種結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理的平臺，實現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源交換與應(yīng)用共享，為數(shù)字化校園平臺提供深層次數(shù)據(jù)挖掘與數(shù)據(jù)分析形成決策支持，是實現(xiàn)教育過程全面信息化的重要基礎(chǔ)。

2.1.2統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺建立統(tǒng)一的身份認(rèn)證系統(tǒng)，實現(xiàn)各種數(shù)字化校園應(yīng)用統(tǒng)一的用戶管理與權(quán)限控制。

身份認(rèn)證系統(tǒng)是根據(jù)師生用戶身份來授權(quán)訪問數(shù)字化校園的資源，是數(shù)字化校園安全防護(hù)的第一道關(guān)卡。通過建立統(tǒng)一的身份認(rèn)證系統(tǒng)，把原有應(yīng)用系統(tǒng)分散管理的用戶數(shù)據(jù)集成，指定集中的認(rèn)證技術(shù)規(guī)范，采用基于分布式用戶數(shù)據(jù)庫共享方式，實現(xiàn)身份信息數(shù)據(jù)庫同步更新，保障了用戶信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)一與完整。用戶通過單點登錄，一次認(rèn)證就可以訪問所有授權(quán)應(yīng)用系統(tǒng)資源，做到真正意義的集中認(rèn)證。提升了用戶訪問的便捷性、可靠性，提高了工作效率。統(tǒng)一身份認(rèn)證系統(tǒng)同時具有可擴(kuò)展性和可集成性，避免了高校信息化建設(shè)重復(fù)開發(fā)，保護(hù)現(xiàn)有投資。

2.1.3統(tǒng)一信息門戶平臺高校面向社會公眾和校內(nèi)師生發(fā)布的各種信息將集中到統(tǒng)一信息門戶平臺。統(tǒng)一信息門戶平臺的信息可以來源于數(shù)字化校園平臺各應(yīng)用系統(tǒng)的信息推送，也可以來源于信息集中發(fā)布。針對不同用戶角色會呈現(xiàn)不同信息版塊，如對校領(lǐng)導(dǎo)會展示學(xué)校教師、學(xué)生、教學(xué)資源等統(tǒng)計信息，對學(xué)生會展示本學(xué)期課表、選課等信息，平臺還支持信息版塊的個性化定制與外觀樣式調(diào)整，以增強(qiáng)用戶體驗。

2.2　業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)

在應(yīng)用支撐平臺之上實現(xiàn)數(shù)字化校園的所有功能，涵蓋教育教學(xué)、管理過程的全面信息化部署的應(yīng)用系統(tǒng)有：學(xué)生綜合管理系統(tǒng)、教師管理與服務(wù)系統(tǒng)、教務(wù)綜合管理系統(tǒng)、辦公自動化管理系統(tǒng)、科研管理系統(tǒng)、移動應(yīng)用校園平臺、綜合信息查詢系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源庫平臺、實驗室管理系統(tǒng)、資產(chǎn)設(shè)備管理系統(tǒng)等。

2.3　云計算需求

根據(jù)數(shù)字化校園建設(shè)規(guī)劃，應(yīng)用支撐平臺和業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)要部署在18臺服務(wù)器上，具體分布情況及性能與環(huán)境要求如表1所示。從表中得知數(shù)字化校園項目對服務(wù)器等硬件的數(shù)量和性能上要求較高，若采用傳統(tǒng)方式把各種應(yīng)用分散部署在單臺物理服務(wù)器上，數(shù)字化校園項目的建設(shè)和維護(hù)成本會很高。

3服務(wù)器虛擬化平臺的部署

依據(jù)前面論述的某高校數(shù)字化校園平臺項目規(guī)劃及云計算需求，擬通過配置4臺高性能服務(wù)器做虛擬化服務(wù)器集群，采用VMware vSphere實現(xiàn)服務(wù)器虛擬化功能虛擬出此項目所需的服務(wù)器主機(jī)，充分發(fā)揮現(xiàn)有服務(wù)器的性能，提高設(shè)備利用率。通過vCenter對虛擬化服務(wù)器應(yīng)用進(jìn)行集中的管理，方便后期的運營維護(hù)。同時使用VMware vSphere with Operations Management管理虛擬機(jī)的狀態(tài)及相關(guān)操作，主要包括工作負(fù)載分析；健康狀況分析；容量狀況分析等。

3.1　ESXi和vCenter的安裝

ESXi是VMware vSphere的核心組件，它負(fù)責(zé)將物理服務(wù)器上的CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)、存儲空間等資源虛擬給多個虛擬主機(jī)使用。這里選用最新版的ESXI5.5和vCenter5.5進(jìn)行安裝。ESXi和vCenter的安裝很簡單，主要包括下面幾個具體步驟：

1)安裝ESXi

使用ESXi的安裝光盤，設(shè)置機(jī)器從光盤引導(dǎo)，系統(tǒng)會自動從光盤中加載虛擬化程序進(jìn)入虛擬化的安裝界面，安裝程序會自動進(jìn)行安裝，不需要人為操作。安裝結(jié)束機(jī)器自動重啟后，根據(jù)界面顯示提示，輸入主機(jī)名，管理IP地址，修改登錄管理控制臺的密碼。同理，4臺虛擬化服務(wù)器采用同樣方法安裝虛擬化系統(tǒng)。

2)導(dǎo)入vCenter5.5模板

vCenter5.5直接導(dǎo)入將使安裝過程更加簡捷，使用安裝向?qū)?，在vSphere Client里導(dǎo)入模板OVF文件。輸入vCenter名稱，選擇安裝所在的datastore，填寫IP地址、DNS、掩碼等網(wǎng)絡(luò)安裝信息即可。

3)vCenter5.5配置

模板導(dǎo)入安裝完成后，啟動vCenter Server，使用Console登錄vCenter Server進(jìn)行配置Default Gateway、Hostname、DNS、IP Address Allocation for eth0等信息。

表1　數(shù)字化校園服務(wù)器需求

3.2　虛擬化存儲規(guī)劃

存儲的規(guī)劃要考慮數(shù)據(jù)的安全性、完整性、高可用性及對異構(gòu)平臺的支持，便于在服務(wù)器虛擬化平臺中進(jìn)行集中管理，易于數(shù)據(jù)動態(tài)遷移。以EMC5500存儲為例，存儲規(guī)劃安裝過程如下：

1)創(chuàng)建存儲池

創(chuàng)建存儲池的類型為RAID Group，選擇Srorage Pool ID為最大(249)，至少配置機(jī)頭下1塊盤作為熱備盤，并創(chuàng)建RAID5， 以增加設(shè)備的可靠性。選擇的四塊盤power save狀態(tài)為no以創(chuàng)建系統(tǒng)盤。

2)LUN劃分

考慮到數(shù)字化校園應(yīng)用的虛擬化平臺兼容性和擴(kuò)展性在這里創(chuàng)建在RAID Group中創(chuàng)建2個LUN

3)注冊主機(jī)

4)創(chuàng)建存儲組并映射

5)添加主機(jī)，存儲配置完成，此時可在ESXi系統(tǒng)中查看掛載的盤以驗證配置結(jié)果。

3.3　虛擬化平臺配置

至此就可以通過VMware vSphere Client登錄vCenter進(jìn)行虛擬化平臺初始化配置與維護(hù)操作了。

1)添加管理虛機(jī)和主機(jī)

首先新建數(shù)據(jù)中心，這個虛擬數(shù)據(jù)中心是一種容器，含操作虛擬機(jī)功能環(huán)境所需的全部清單對象。然后分別添加4臺服務(wù)器主機(jī)，再將主機(jī)添加到群集，主機(jī)的資源將成為群集資源的一部分，群集管理其中所有主機(jī)的資源。群集啟用 vSphere High Availability (HA) 和 vSphere Distributed Resource Scheduler (DRS) 解決方案，確保虛擬化平臺可平衡工作負(fù)載、最優(yōu)化調(diào)度可用資源，在不中斷服務(wù)的情況下部署新的容量、實現(xiàn)虛機(jī)的遷移等操作，可監(jiān)控和管理基礎(chǔ)架構(gòu)，提升虛擬化平臺的服務(wù)級別[4]。

2)在ESXi平臺新建虛擬機(jī)

按照向?qū)Р僮鞑襟E，輸入虛擬機(jī)的名稱、存儲配置文件位置、要安裝的操作系統(tǒng)類型、磁盤大小等信息后即可完成虛擬機(jī)的創(chuàng)建。網(wǎng)卡、內(nèi)存、CPU、硬盤等資源分配可在創(chuàng)建完成后或部署應(yīng)用后隨時調(diào)整，平臺對虛擬化資源分配的靈活性很高。

首先從外部導(dǎo)入或手動建立數(shù)字化校園各種應(yīng)用所需環(huán)境的系統(tǒng)模板，再創(chuàng)建數(shù)字化校園應(yīng)用支撐平臺和業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)所用的18臺虛擬機(jī)效率就會很高，創(chuàng)建好的虛擬機(jī)如圖3所示。日后，在此虛擬機(jī)化平臺上擴(kuò)展新的應(yīng)用亦是如此。

圖3　數(shù)字化校園平臺中的群集、主機(jī)、虛擬機(jī)

4服務(wù)器虛擬化技術(shù)在數(shù)字化校園平臺中的應(yīng)用效果

利用服務(wù)器虛擬化技術(shù)構(gòu)建數(shù)字化校園平臺，可以降低整體運營成本，提高建設(shè)與維護(hù)的效率、減輕維護(hù)的復(fù)雜度，提高數(shù)字化校園平臺運行的可靠性。既而有效推進(jìn)數(shù)字化校園項目建設(shè)。具體應(yīng)用效果如下：

1)降低整體運營成本

數(shù)字化校園平臺建設(shè)需要18臺物理服務(wù)器，現(xiàn)集中部署使用4臺服務(wù)器和存儲搭建的虛擬化服務(wù)器集群上，該集群還可承載其它云計算機(jī)應(yīng)用，降低近50%的軟硬件投資建設(shè)成本；成倍提升服務(wù)器的利用率，減少服務(wù)器數(shù)量，節(jié)省機(jī)柜空間；節(jié)約計算中心計算設(shè)備、冷氣空調(diào)總體能耗?？梢越档驼w運營成本70%以上。[5]

2)提高建設(shè)與維護(hù)的效率、減輕維護(hù)的復(fù)雜度

一方面虛擬化技術(shù)使得物理資源數(shù)量減少，再通過集中管理，實時監(jiān)控硬件運行狀況，管理人員無須再分別維護(hù)數(shù)量眾多的物理資源。另一方面通過虛擬化技術(shù)中的模板和映像等功能可以快速部署、實時遷移、維護(hù)更新操作系統(tǒng)和相關(guān)應(yīng)用。從而提高建設(shè)與維護(hù)數(shù)字化校園的效率、減輕維護(hù)的復(fù)雜度。

3)提高數(shù)字化校園平臺運行的可靠性

虛擬化技術(shù)的VMotion、HA等功能使虛擬機(jī)不間斷服務(wù)器的狀態(tài)下自動完成宿主物理服務(wù)器的遷移，保障應(yīng)用服務(wù)的連續(xù)。服務(wù)器集群化管理確保在部分物理服務(wù)器出現(xiàn)故障的情況下操作系統(tǒng)和應(yīng)用的正常運行，保障關(guān)鍵應(yīng)用系統(tǒng)不間斷服務(wù)。對比傳統(tǒng)單機(jī)運行模式，虛擬化技術(shù)的引入明顯提高了平臺運行的可靠性。

5結(jié)束語

利用服務(wù)器虛擬化技術(shù)搭建數(shù)字化校園硬件平臺取得的效益還是很明顯的，主要體現(xiàn)在投資建設(shè)和運維成本集約性，管理與維護(hù)的高效性，平臺運行高可靠性?？梢娨敕?wù)器虛擬化技術(shù)會成為數(shù)字化校園平臺建設(shè)的主流趨勢。然而服務(wù)器虛擬化在解決應(yīng)用數(shù)據(jù)備份、虛擬機(jī)間安全問題等方面還有待提高，高校信息化管理人員應(yīng)給予重視。

參考文獻(xiàn)：

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[2]許利軍，閃永強(qiáng).云計算技術(shù)在數(shù)字化校園建設(shè)中的應(yīng)用研究[J].新鄉(xiāng)學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2013，30(5)：346～347.

[3]顏亮，曾令菊.服務(wù)器虛擬化在高校數(shù)字化校園建設(shè)中的應(yīng)用研究[J].桂林航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2014，19(2)：100～101.

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[5]蘇命峰.云計算環(huán)境下高校數(shù)據(jù)中心的虛擬化研究與實現(xiàn)[D].湖南：湖南大學(xué)，2015：53~56.

Application of server virtualization in digital campus construction

XU Hui

(Network Center,Anhui Vocational College of

Electronics & Information Technlogy,Bengbu233000,China)

Abstract:Digital campus construction needs to build a large number of application support platform and business system, and a lot of servers in digital center,so it will face the problem of low equipment utilization, high operating costs, complexity of management and maintenance ,as well as low platform reliability.This paper analyzes the characteristics of the server virtualization technology at first, then build a server virtualization platform according to a university's digital campus project plan and construction program, to describe the great advantages of the server virtualization in promoting the construction of digital campus.

Key words:cloud computing; virtualization; digital campus;VMware;