基于虛擬化技術(shù)的數(shù)字校園建設(shè)研究

摘 要：隨著高校應(yīng)用系統(tǒng)的不斷增多，需要的服務(wù)器數(shù)量也越來(lái)越多，這就帶來(lái)了服務(wù)器管理復(fù)雜、資源利用率低等問(wèn)題。在研究了大量服務(wù)器虛擬化部署方案之后，結(jié)合我院服務(wù)器應(yīng)用現(xiàn)狀，為我院制定了一套服務(wù)器整合方案并實(shí)施。實(shí)踐表明，虛擬化能夠提高物理服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備的利用率，節(jié)約硬件成本，方便管理、維護(hù)與升級(jí)。

關(guān)鍵詞：虛擬化；服務(wù)器整合；數(shù)字校園

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393

隨著高校教育信息化水平的不斷提高，應(yīng)用系統(tǒng)不斷增多，需要管理的服務(wù)器也越來(lái)越多。為保證各應(yīng)用系統(tǒng)的正常運(yùn)行，各類(lèi)服務(wù)器一般采用集中管理、獨(dú)立運(yùn)行模式，其目的是避免各系統(tǒng)之間存在的不兼容引起的沖突。由此產(chǎn)生的問(wèn)題是，一方面隨著越來(lái)越多的信息系統(tǒng)的出現(xiàn)，按照傳統(tǒng)做法，將會(huì)需要越來(lái)越多的服務(wù)器，需要增加大量的成本開(kāi)銷(xiāo)。另一方面，由于傳統(tǒng)方法一個(gè)應(yīng)用一臺(tái)服務(wù)器，服務(wù)器資源利用率低，大量服務(wù)器資源被閑置。虛化技術(shù)可以避免傳統(tǒng)服務(wù)器的架構(gòu)管理模式帶來(lái)的弊端。通過(guò)整合整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境中的物理資源，再通過(guò)功能強(qiáng)大的管理中心對(duì)整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境中的所有資源實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的管理和調(diào)度，提高硬件資源利用率和降低管理成本。

1 基于虛擬化技術(shù)構(gòu)建數(shù)字化校園平臺(tái)

虛擬化是對(duì)物理資源的抽象化處理。一種是物理資源的多個(gè)邏輯表示，可以利用虛擬化軟件在一臺(tái)物理機(jī)上虛擬出多個(gè)虛擬機(jī)，這些虛擬機(jī)可以共享這臺(tái)服務(wù)器的CPU、內(nèi)存、硬盤(pán)等資源，而虛擬機(jī)對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)和實(shí)體機(jī)器幾乎完全一樣。另一種是多個(gè)物理資源的單一邏輯表示，即將分離的單個(gè)資源按類(lèi)型集中在一起，然后以一種抽象形式交付給用戶(hù)使用。虛擬化意味著打破資源提供者和使用者之間的硬編碼連接，當(dāng)用戶(hù)提出新的應(yīng)用需求時(shí)可以快速提供服務(wù)器及存儲(chǔ)資源。虛擬化技術(shù)可以讓用戶(hù)不需要將精力放在服務(wù)器的購(gòu)買(mǎi)上，只需要根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)所需的資源配置相應(yīng)的虛擬機(jī)，在虛擬機(jī)上安裝自己的系統(tǒng)和軟件，而各個(gè)虛擬中的系統(tǒng)和軟件運(yùn)行是獨(dú)立的。通過(guò)對(duì)應(yīng)用服務(wù)的資源整合和統(tǒng)一管理，虛擬化技術(shù)可以解決當(dāng)前高校數(shù)據(jù)中心建設(shè)中出現(xiàn)的一些問(wèn)題。

1.1 傳統(tǒng)的服務(wù)器架構(gòu)

在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對(duì)應(yīng)一臺(tái)物理服務(wù)器。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用不斷增多時(shí)，所需要部署的物理服務(wù)器也越來(lái)越多，隨之帶來(lái)的是使用空間、硬件成本、機(jī)房能耗、環(huán)境代價(jià)及管理成本等問(wèn)題；同時(shí)，服務(wù)的利用率也很低，造成了硬件資源的極大浪費(fèi)。也有將多個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用部署在一臺(tái)服務(wù)器上使用的，這樣做可以在一定程度上降低采購(gòu)成本和管理成本，但是當(dāng)服務(wù)器或者是某一網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，會(huì)波及到該硬件節(jié)點(diǎn)上所有的服務(wù)，造成更大的故障和損失。

1.2 基于虛擬化的服務(wù)器架構(gòu)

服務(wù)器虛擬化能夠解決傳統(tǒng)服務(wù)器架構(gòu)的結(jié)構(gòu)性缺陷。在虛擬化技術(shù)中，將一個(gè)服務(wù)器硬件看成是多個(gè)邏輯的硬件的組合，操作系統(tǒng)則是運(yùn)行于這些虛擬的邏輯硬件之上，然后在操作系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)單一或一組相關(guān)的服務(wù)。這樣對(duì)于網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)來(lái)講，他們看到的是建立在獨(dú)立的操作系統(tǒng)上的系列網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；對(duì)于操作系統(tǒng)來(lái)講，它與物理硬件是分開(kāi)的，從而提高了IT資源利用率和靈活性。如圖1所示，底層是資源池，借助于虛擬化技術(shù)，可以虛擬化出多個(gè)虛擬機(jī)，每個(gè)虛擬機(jī)看起來(lái)就像是一個(gè)獨(dú)立的物理機(jī)器一樣，有自己的操作系統(tǒng)（如windows、linux等），有自己的內(nèi)存、CPU、網(wǎng)卡及硬盤(pán)等，但實(shí)際上它們可能位于同一臺(tái)物理機(jī)上。

圖1 虛擬化示意圖

通過(guò)虛擬化技術(shù)，將基礎(chǔ)架構(gòu)資源池化并打破一個(gè)應(yīng)用一臺(tái)物理服務(wù)器的藩籬，提升資源利用率，大大減少物理服務(wù)器的數(shù)量，節(jié)約硬件成本。虛擬化可以提高IT管理人員的工作效率，使服務(wù)器的運(yùn)行、維護(hù)、管理費(fèi)用大大降低。虛擬化還可以提高業(yè)務(wù)連續(xù)性和應(yīng)用可用性，以及讓災(zāi)難恢復(fù)變得更加容易。同時(shí)，減少數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的數(shù)量，可以從減少機(jī)房空間、能耗與制冷中獲益，降低成本。

然而，缺乏共享存儲(chǔ)的虛擬化是沒(méi)有意義的。因此實(shí)際應(yīng)用中往往需要將服務(wù)器虛擬化與存儲(chǔ)虛擬化結(jié)合起來(lái)。那么什么是存儲(chǔ)虛擬化呢？所謂的存儲(chǔ)虛擬化，是指對(duì)硬件資源抽象化，以虛擬形式來(lái)表示它們。具體來(lái)講，是把多個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)通過(guò)一定手段集中起來(lái)，形成一個(gè)存儲(chǔ)資源池。用戶(hù)看不到具體的存儲(chǔ)介質(zhì)，也不必關(guān)心自己的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在哪一個(gè)具體的存儲(chǔ)設(shè)備。對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備的管理也是集中化的，并根據(jù)需求為服務(wù)器提供透明的大容量、高性能數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇鎯?chǔ)系統(tǒng)。

2 我院服務(wù)器資源整合實(shí)現(xiàn)方案

本文結(jié)合我院目前服務(wù)器實(shí)際使用情況，給出了一種基于服務(wù)器虛擬化及存儲(chǔ)虛擬化的一種解決方案。

我院現(xiàn)有服務(wù)器20臺(tái)，其中有一半使用年限幾乎接近淘汰，如果全部更換，將需要巨大的硬件成本及空間成本，可考慮使用服務(wù)器虛擬化技術(shù)及共享存儲(chǔ)，來(lái)實(shí)現(xiàn)將多個(gè)應(yīng)用部署到少量的服務(wù)器上去，由此可以大大降低硬件成本及提高安全性。采用VMware系列軟件技術(shù)，具體架構(gòu)如圖2所示：

圖2 采用虛擬化技術(shù)的服務(wù)器架構(gòu)

VMware虛擬化架構(gòu)的基礎(chǔ)是ESXServer。它提供虛擬化環(huán)境中的處理器、內(nèi)存、硬盤(pán)、網(wǎng)絡(luò)和I/O資源，并被抽象為一個(gè)資源池，虛擬機(jī)可以從這個(gè)資源池中獲取所需資源，并且虛擬機(jī)和服務(wù)器硬件以及虛擬機(jī)和虛擬機(jī)之間是相互獨(dú)立的，互不影響。根據(jù)學(xué)校目前提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)狀況，將多個(gè)服務(wù)虛擬到2臺(tái)ESX服務(wù)器上。ESX服務(wù)器通過(guò)共享存儲(chǔ)來(lái)保證磁盤(pán)資源。

VirtualCenterserver類(lèi)似一個(gè)邏輯的虛擬機(jī)池，用于管理學(xué)校內(nèi)部的虛擬機(jī)資源，能快速實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序和系統(tǒng)服務(wù)的重配置和再分配，是整個(gè)虛擬化的管理核心。也可以通過(guò)vSphereClient實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)的ESXServer進(jìn)行管理。

VMwarevMotion可以保障業(yè)務(wù)的連續(xù)性和高可用性。在不關(guān)機(jī)的情況下，可以將某個(gè)虛擬機(jī)遷移到另外一臺(tái)服務(wù)器上，這樣可以在不影響業(yè)務(wù)的前提下對(duì)ESX主機(jī)進(jìn)行維護(hù)。

3 結(jié)論與展望

虛擬化技術(shù)所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)是明顯的。一是提高了服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備的利用率，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器的高可用性；二是可以實(shí)現(xiàn)異構(gòu)整合，可在一臺(tái)服務(wù)器上虛擬不同類(lèi)型的操作系統(tǒng)，便于維護(hù)和管理，從而降低硬件與軟件成本；三是可以實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)的動(dòng)態(tài)可遷移性，遇到硬件故障或維護(hù)，可以進(jìn)行快速的遷移、維護(hù)和升級(jí)，可以大大減輕數(shù)據(jù)維護(hù)人員的負(fù)擔(dān)。虛擬化技術(shù)不僅在服務(wù)器資源的整合方面有自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，對(duì)高校數(shù)據(jù)中心的數(shù)字資源及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的虛擬化也有重大的意義。

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作者簡(jiǎn)介：李杰（1978.3-），男，河南禹州人，碩士學(xué)位，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。