校園服務(wù)器虛擬化平臺的搭建與應(yīng)用研究

吳冬晨

摘要：隨著校園網(wǎng)業(yè)務(wù)不斷增長的需求，通過構(gòu)建云計算環(huán)境下的校園網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器虛擬化平臺，運用虛擬化平臺開展數(shù)字化校園應(yīng)用業(yè)務(wù)。

關(guān)鍵詞：云計算;數(shù)字化校園;虛擬化技術(shù);虛擬機;服務(wù)器虛擬化

中圖分類號：TP311? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）18-0315-02

Abstract： With the growing demand of campus network services， the virtualized platform is used to develop digital campus application services by building a campus network server virtualization platform in a cloud computing environment.Key words： cloud computing; digital campus; virtualization technology; virtual machine; server virtualization

云計算是以數(shù)據(jù)為中心的一種數(shù)據(jù)密集型的超級計算，“云”中的資源在外界看來是可以無限擴展的，可以及時獲取云端的資源，隨時擴展或縮小，根據(jù)需要來使用云端的資源。微軟在Windows Server操作系統(tǒng)中提供了Hyper-V虛擬化技術(shù)，它是基于微軟操作系統(tǒng)開發(fā)的一套虛擬化管理組件，目前的“虛擬化”技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于計算機技術(shù)領(lǐng)域的各個層面。

隨著校園網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求的增長，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)資源的應(yīng)用越來越廣泛，云計算機環(huán)境下虛擬化平臺的搭建使得校園網(wǎng)絡(luò)資源的分配更加合理。

1? 校園中的云計算

隨著智慧校園數(shù)字化工程的建設(shè)，門戶信息發(fā)布系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)、學(xué)生工作管理、教務(wù)管理系統(tǒng)、校園后勤服務(wù)管理系統(tǒng)以及一卡通管理系統(tǒng)等應(yīng)用平臺不斷完善，從而推動校園相關(guān)公共數(shù)據(jù)的整合與共享。校園云計算的“云”是一種私有云，就是存在于校園局域網(wǎng)上的服務(wù)器集群上的資源，它包括硬件資源（CPU、GPU、內(nèi)存、存儲器、網(wǎng)絡(luò)等）和軟件資源（如應(yīng)用軟件、集成開發(fā)環(huán)境等），通過虛擬化平臺進行統(tǒng)一管理，它們就像只有一臺計算機在工作，所有的計算處理工作都在云端所提供的服務(wù)器群協(xié)調(diào)完成。

在云計算環(huán)境中，虛擬化技術(shù)按系統(tǒng)層級劃分，可以分為：服務(wù)器虛擬化、存儲虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、應(yīng)用虛擬化以及客戶端虛擬化。這些虛擬化技術(shù)都是為了解決計算機系統(tǒng)中各種性能問題。虛擬化技術(shù)應(yīng)用到云計算中，不僅簡化了資源管理的復(fù)雜度，還提高了計算機資源的利用率。智慧校園數(shù)字化工程建設(shè)里，就是要解決這些性能問題，充分利用虛擬化技術(shù)，優(yōu)化服務(wù)器環(huán)境、存儲環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等資源，提高工作效率。

2? 校園服務(wù)器虛擬化平臺的搭建

2.1? 虛擬化平臺的硬件搭建

基于“軟件定義數(shù)據(jù)中心”的思想，以虛擬化技術(shù)為核心，利用服務(wù)器虛擬化、存儲虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、安全虛擬化等組件，將計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)和安全等資源完全資源池化，把這些虛擬資源融合到一臺標(biāo)準(zhǔn)X86服務(wù)器中，形成模塊化的基準(zhǔn)架構(gòu)單元，通過網(wǎng)絡(luò)聚合，實現(xiàn)硬件模塊化的橫向擴展。這就要求服務(wù)器具有高性能的特點，配置上一般采用英特爾至強系列多路CPU，內(nèi)存由多條DDR4高容量內(nèi)存條組成，硬盤陣列由多個SSD固態(tài)硬盤和多個10TB以上充氦氣體的機械硬盤組成，網(wǎng)絡(luò)支持萬兆光纖口和電口，雙電源冗余供電，只有保障虛擬化平臺基礎(chǔ)硬件的穩(wěn)定性，才能更好地為應(yīng)用軟件平臺服務(wù)。

2.2? 虛擬化平臺的軟件搭建

目前主流的虛擬化平臺有Hyper-V、XenSystem、VMware ESXi以及 KVM，其中 Hyper-V是微軟的管理虛擬機的功能組件，在啟用Hyper-V功能之后，操作系統(tǒng)會自動安裝可視化的虛擬機Hyper-V管理工具。在同一臺物理機上，能夠使用Hyper-V可以創(chuàng)建多個虛擬機，每一個虛擬機根據(jù)分配資源的不同從而執(zhí)行不同的工作負(fù)載，各自運行獨立的系統(tǒng)工作環(huán)境。

2.2.1? 安裝Hyper-V功能組件

在物理機的操作系統(tǒng)環(huán)境是Windows Server 2019，默認(rèn)情況下，Hyper-V功能組件是不會被安裝的。首先安裝Hyper-V功能組件，才能在一臺物理機上創(chuàng)建多個虛擬機。打開“服務(wù)器管理器”，添加Hyper-V角色，通過“添加角色與功能”按鈕，在“安裝類型”上選擇“基于角色或基于功能的安裝”，在“服務(wù)器角色”上勾選“Hyper-V”并安裝。其中在“創(chuàng)建虛擬交換機”界面選擇虛擬機需要連接網(wǎng)絡(luò)的物理網(wǎng)卡，系統(tǒng)將對應(yīng)創(chuàng)建一個虛擬交換機，以后物理機上的網(wǎng)絡(luò)鏈接都通過這個虛擬交換機進行傳輸數(shù)據(jù)。配置完成后開始安裝，等待Hyper-V安裝完成后，需要將服務(wù)器物理機重新啟動。

2.2.2? 在Hyper-V中創(chuàng)建虛擬機

在安裝Hyper-V功能組件之后，系統(tǒng)會自動安裝Hyper-V管理器，默認(rèn)將本機添加到服務(wù)列表中，也可以通過右側(cè)菜單“連接到服務(wù)器”將其他Windows服務(wù)器（已安裝Hyper-V功能組件）添加到Hyper-V管理器中，通過“Hyper-V管理器”來創(chuàng)建和管理虛擬機：

1）打開“新建”“虛擬機”向?qū)А?/p>

2）指定虛擬機的“名稱”和虛擬機數(shù)據(jù)存儲的位置。

3）選擇虛擬機的版本。Hyper-V的版本共有2代：“第一代”和“第二代”。第一代虛擬機是Hyper-V的前一個版本，第二代虛擬機啟動（boot）更快，模擬加載的硬件資源更少，性能更高，但并不是所有的操作系統(tǒng)都支持第二代虛擬機。 因此，可以選擇“第二代”，如果創(chuàng)建第二代虛擬機后安裝操作系統(tǒng)失敗，再選擇“第一代”。

4）為虛擬機分配開機內(nèi)存。為新建的虛擬機分配開機內(nèi)存，勾選動態(tài)分配內(nèi)存，虛擬機會動態(tài)使用系統(tǒng)內(nèi)存，能夠在所指內(nèi)存范圍內(nèi)自動分配使用物理內(nèi)存大小。

5）配置網(wǎng)絡(luò)適配器，從“連接”列表中選擇網(wǎng)絡(luò)適配器。

6）為虛擬機分配存儲數(shù)據(jù)的磁盤空間。創(chuàng)建虛擬硬盤，設(shè)置文件名稱，后綴名是.vhdx，是實體硬盤中的一個文件，能夠動態(tài)擴張，用于存儲虛擬機的操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)文件。

7）為虛擬機安裝操作系統(tǒng)。選項“以后安裝操作系統(tǒng)”，在虛擬機創(chuàng)建完成之后，等到虛擬機啟動時再安裝操作系統(tǒng)，本文使用該選項。其他兩個選項都是在創(chuàng)建虛擬機時安裝操作系統(tǒng)，從鏡像文件（ISO）或從網(wǎng)絡(luò)上安裝。如果有相關(guān)Linux或者Windows操作系統(tǒng)的ISO鏡像文件，可以選擇“從可啟動的映像文件安裝操作系統(tǒng)”。

8）最后顯示的是概要，描述虛擬機的配置信息，點擊“完成”按鈕，開始創(chuàng)建虛擬機。

2.2.3? 配置虛擬機并安裝操作系統(tǒng)

由于在創(chuàng)建虛擬機時，選擇的是“以后安裝操作系統(tǒng)”，因此，在虛擬機創(chuàng)建成功之后，需要配置虛擬機并且安裝相關(guān)的操作系統(tǒng)。在 “虛擬機”面板中，會羅列出在特定服務(wù)器上創(chuàng)建的所有虛擬機，選擇需要安裝操作系統(tǒng)的一個虛擬機：

1）點擊“連接”，打開虛擬機界面。

2）點擊“啟動”按鈕，啟動虛擬機。

3）從鏡像文件（ISO）安裝操作系統(tǒng)。首先，點擊菜單“媒體”，選項“ DVD驅(qū)動器”，選擇“插入磁盤”，選擇操作系統(tǒng)的安裝鏡像文件（ISO）;進入安裝界面開展安裝操作系統(tǒng)，直到安裝完成。

這時把Hyper-V虛擬化平臺的軟件環(huán)境搭建出來后，再根據(jù)需求來創(chuàng)建多個虛擬機，在每一個虛擬機里繼續(xù)部署操作系統(tǒng)和應(yīng)用平臺。

3? 校園虛擬化平臺的應(yīng)用

校園虛擬化平臺的應(yīng)用建設(shè)包括統(tǒng)一信息門戶、統(tǒng)一身份認(rèn)證系統(tǒng)、公共數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)，應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)包括協(xié)同辦公平臺、教學(xué)管理平臺、學(xué)生工作管理平臺、科研管理臺平臺、人事管理平臺、資源管理平臺、掌上校園平臺、就業(yè)服務(wù)平臺、招生入學(xué)管理平臺、計費認(rèn)證系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、一卡通系統(tǒng)、圖書管理系統(tǒng)、精品課程教學(xué)系統(tǒng)、各類實訓(xùn)教學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)的統(tǒng)一規(guī)劃整合。使用虛擬化技術(shù)后，對相類似的應(yīng)用系統(tǒng)進行一一整合，比如根據(jù)不同操作系統(tǒng)的業(yè)務(wù)和具體的應(yīng)用服務(wù)可以在虛擬化管理平臺中進行系統(tǒng)與業(yè)務(wù)分類，依據(jù)CPU使用率、負(fù)載數(shù)量、并發(fā)數(shù)等指標(biāo)規(guī)劃相應(yīng)的虛擬機，按照實際情況合理分配主機CPU、內(nèi)存、硬盤存儲和網(wǎng)絡(luò)等資源。

每一個虛擬機上運行著一個或多個應(yīng)用系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)庫集中式管理與分布式管理并列，把公共數(shù)據(jù)統(tǒng)一起來，子數(shù)據(jù)庫分開管理，提高資源使用效率。根據(jù)智慧校園數(shù)字化工程建設(shè)要求的高穩(wěn)定性和高可用性，還要構(gòu)建校園服務(wù)器虛擬化平臺的集群，通過分布式存儲讓服務(wù)器在遷移后能簡化服務(wù)器的維護和管理操作，可以利用虛擬化技術(shù)按照系統(tǒng)規(guī)劃方案對應(yīng)用系統(tǒng)進行實時備份和遷移，提高系統(tǒng)負(fù)載均衡，增強系統(tǒng)錯誤容忍度和優(yōu)化虛擬化平臺的網(wǎng)絡(luò)性能。

4? 結(jié)束語

在云計算環(huán)境下，應(yīng)用服務(wù)器虛擬化技術(shù)將校園眾多的服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)集成到少數(shù)的物理硬件上，靈活調(diào)度計算機系統(tǒng)的各種資源，實現(xiàn)硬件資源的動態(tài)分配，可以加快校園各種應(yīng)用服務(wù)和系統(tǒng)業(yè)務(wù)的部署，降低了校園硬件的投入成本，同時保證不同系統(tǒng)業(yè)務(wù)間的邏輯分離，提高了數(shù)據(jù)與信息安全水平，提高了應(yīng)用服務(wù)對服務(wù)器CPU資源、內(nèi)存、磁盤、網(wǎng)絡(luò)等資源的利用率，簡化了資源管理模式，也使得系統(tǒng)故障恢復(fù)和數(shù)據(jù)備份更加快捷，整體提升了智慧校園數(shù)字化工程的運行質(zhì)量，為全校師生提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

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