基于虛擬化技術(shù)的云實驗平臺的研究與設(shè)計

宗小忠

摘要：為了解決公共實驗室資源利用率低，管理難度大等問題，提高資源利用率和管理效率，并為業(yè)務(wù)用戶提供應(yīng)用系統(tǒng)的按需服務(wù)，提出了基于虛擬化技術(shù)的云實驗室平臺的解決方案。通過云實驗平臺基礎(chǔ)建設(shè)，對底層硬件平臺整合利用，提高系統(tǒng)硬件資源利用率，保障業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的連續(xù)性，實現(xiàn)系統(tǒng)資源的動態(tài)分配管理、運(yùn)維監(jiān)控和安全的集中管理，實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的個性化服務(wù)。

關(guān)鍵詞：虛擬化；云技術(shù)；客戶端/服務(wù)端

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）12-2893-02

Research and Design of Cloud Experiment Platform Based on Virtualization Technology

ZONG Xiao-zhong

（Shazhou Polytechnical Institute of Technology， Zhangjiagang 215600， China）

Abstract： In order to solve the problem of low utilization rate of public laboratory resources， management difficulty and so on， to improve resource utilization and management efficiency， and provide application on-demand service for business users， puts forward to design a set of solutions based on cloud laboratory platform virtualization technology. Through the cloud platform infrastructure， the integrated use of the underlying hardware platform， improve the utilization of hardware resources， guarantee the continuity of business system， the centralized management of dynamic allocation management， operation and maintenance of system resources monitoring and security， realize the personalized service system.

Key words： Virtualization； Cloud； B/S

1 概述

虛擬化技術(shù)和云算技術(shù)的發(fā)展帶來了教育和教學(xué)管理方式的巨大變革，隨著信息化技術(shù)在高校的不斷運(yùn)用，實現(xiàn)教學(xué)管理方式的網(wǎng)絡(luò)化和智能化成為教學(xué)改革的必然趨勢。未來以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的全新教育云計算模式和以學(xué)生為中心開發(fā)的云終端在線學(xué)習(xí)將貫穿家庭、宿舍和學(xué)校，其中，數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化將是未來教育大數(shù)據(jù)融合的基礎(chǔ)。

目前，高校公共實驗室管理的特點是，使用人數(shù)多，開放時間長，用戶需求多樣，軟件環(huán)境沖突，管理維護(hù)困難，資源利用率低等特點。許多研究者開發(fā)了基于B/S模式的實驗室管理信息系統(tǒng)，做出了有益的探索。仍然不能滿足課程對實驗室硬件和軟件資源不斷增加的需求。為了解決上述問題，并為業(yè)務(wù)用戶提供應(yīng)用系統(tǒng)的按需服務(wù)，提出了設(shè)計一套基于虛擬化技術(shù)的云實驗室平臺的解決方案。通過云實驗平臺基礎(chǔ)建設(shè)，對底層硬件平臺整合利用，提高系統(tǒng)硬件資源利用率，保障業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的連續(xù)性，實現(xiàn)系統(tǒng)資源的動態(tài)分配管理、運(yùn)維監(jiān)控和安全的集中管理，實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的個性化服務(wù)。

2 虛擬化與云服務(wù)

2.1 服務(wù)器虛擬化

服務(wù)器虛擬是指在一個硬件平臺上模擬多個獨(dú)立的和真實硬件指令集結(jié)構(gòu)相同的虛擬硬件系統(tǒng)。使管理者不再受限于物理上的界限，讓CPU、內(nèi)存、磁盤、I/O等硬件變成可以動態(tài)管理的“資源池”，實現(xiàn)資源統(tǒng)一管理，實現(xiàn)資源的按需分配。并為虛擬機(jī)提供了良好的隔離性和安全性。

常見的服務(wù)器虛擬化軟件有VMware ESX Server、Windows Server 2008 Hyper-V、Citrix XenServer等。

2.2 云服務(wù)

云計算機(jī)是一種能夠方便、共享的可配置資源（如服務(wù)器、存儲、CPU、內(nèi)存、應(yīng)用程序和服務(wù)）池的模型，且管理方便。云服務(wù)器是一種處理能力可彈性伸縮的計算服務(wù)，管理方式簡單高效。使用戶能夠更專注于核心業(yè)務(wù)創(chuàng)新。

基于虛擬化技術(shù)和云計算技術(shù)，建設(shè)云實驗室管理平臺。通過虛擬化技術(shù)對目前的分布式硬件資源進(jìn)行整合，實現(xiàn)資源按需分配，而用戶則不需要知道訪問應(yīng)用的物理位置、資源使用情況等，實現(xiàn)資源透明化。

2.3 桌面虛擬化

桌面虛擬化是關(guān)于優(yōu)化桌面、應(yīng)用和數(shù)據(jù)交付的主流技術(shù)，操作系統(tǒng)、應(yīng)用和數(shù)據(jù)從底層的PC硬件中分離，然后移動到數(shù)據(jù)中心，之后在這里進(jìn)行集中的管理和保護(hù)。數(shù)據(jù)中心可以統(tǒng)一管理并更新操作系統(tǒng)和應(yīng)用，然后向用戶交付能滿足他們對性能、安全性和移動性需求的個性化桌面和應(yīng)用。

主要優(yōu)點如下：

1） 經(jīng)濟(jì)性——設(shè)備采購、維護(hù)成本大大降低

2） 安全性——所有數(shù)據(jù)都保存在服務(wù)器上

3） 便捷性——集中式管理、統(tǒng)一配置

本方案中我們采用了Citrix XenDesktop的桌面虛擬化解決方案。

2.4 存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)

SAN（Storage Area Network）是以光纖信道為基礎(chǔ)，使用光纖交換器來共享儲存資源，可以解決數(shù)據(jù)與應(yīng)用系統(tǒng)緊密結(jié)合所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性限制，以及目前小型計算機(jī)系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)的限制。SAN便于集成，能改善數(shù)據(jù)可用性及網(wǎng)絡(luò)性能，還可以減輕管理作業(yè)。endprint

3 云實驗室平臺方案設(shè)計

3.1 技術(shù)平臺架構(gòu)

通過虛擬化技術(shù)，在數(shù)量更少、可高度擴(kuò)展并可靠的高配置服務(wù)器上的運(yùn)行多個工作任務(wù)，可以將服務(wù)器硬件資源的利用率從 15-20% 提高到80%，避免過度部署。

根據(jù)我院實驗情況，制定如下方案，此方案需配置六臺IBM X3850 X5服務(wù)器（為服務(wù)器虛擬化和桌面虛擬化提供服務(wù)）、一臺EMC VNX5300存儲、兩臺IBM 2498-B24光纖交換機(jī)。IBM X3850 X5 服務(wù)器配置4顆6核CPU、128GB內(nèi)存。EMC VNX5300存儲為雙控制器，服務(wù)器分別配置1塊8GB雙通道HBA卡，如圖1所示。

六臺IBM X3850 X5服務(wù)器組成集群，利用VMware vSphere提供堅實的虛擬化層，可以創(chuàng)建功能強(qiáng)大的多核虛擬機(jī)，以及虛擬機(jī)集群。通過利用動態(tài)、自動化、基于策略的資源分配，vSphere可以將應(yīng)用程序性能提高近50%。vSphere利用自動故障切換、零停機(jī)維護(hù)、虛擬化容錯和經(jīng)濟(jì)高效的數(shù)據(jù)保護(hù)等“IT，永不停機(jī)”功能，幫助IT組織確保業(yè)務(wù)連續(xù)性并防止數(shù)據(jù)丟失。

此方案配置兩臺IBM2498-B24光纖交換機(jī)做冗余，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存放在EMC VNX5300存儲里。

4 關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)

4.1 FlexCast?桌面虛擬化交付技術(shù)

思杰是桌面虛擬化解決方案領(lǐng)域中的領(lǐng)導(dǎo)者。思杰的XenDesktop桌面虛擬化結(jié)合了思杰特有的FlexCast?交付技術(shù)，可通過單一解決方案滿足各種要求?？梢愿鶕?jù)客戶的不同需求配置個性化的桌面以及業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

借助虛擬化技術(shù)和云計算技術(shù)，打破原有實驗管理模式，提高資源利用率，降低運(yùn)營成本。實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的實時備份和無縫遷移，從而大幅度提高業(yè)務(wù)連續(xù)性。云實驗平臺是為解決資源不均衡和利用率低，提供了重要技術(shù)手段。云實驗平臺數(shù)據(jù)安全問題仍需改進(jìn)。

基于云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興IT技術(shù)與新商業(yè)模式的結(jié)合正在潛移默化地改變著教育方式，可以預(yù)見，教育的各個細(xì)分領(lǐng)域，從入學(xué)、學(xué)習(xí)、實習(xí)、到就業(yè)都將全面開啟一個智能化的時代，教育改革之智慧時代因高科技的發(fā)展而悄然來臨！

參考文獻(xiàn)：

[1] Mell P，Grance T.The NIST Definition of Cloud Computing[M].[S.l.]：NIST Special Publication，2011.

[2] 劉鹛程，陳椿.面向云計算的虛擬機(jī)動態(tài)遷移框架[J].計算機(jī)工程，2010，36（5）：37-39.

[3] 孫藝權(quán).基于語義云實驗資源共享平臺的研究[J].實驗室研究與探索，2012，31（7）：216-219.

[4] 邢劍鋒，王鵬飛，沈松.基于虛擬機(jī)的可信云計算平臺研究與設(shè)計[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2010， 29（16）：75-78.endprint

3 云實驗室平臺方案設(shè)計

3.1 技術(shù)平臺架構(gòu)

通過虛擬化技術(shù)，在數(shù)量更少、可高度擴(kuò)展并可靠的高配置服務(wù)器上的運(yùn)行多個工作任務(wù)，可以將服務(wù)器硬件資源的利用率從 15-20% 提高到80%，避免過度部署。

根據(jù)我院實驗情況，制定如下方案，此方案需配置六臺IBM X3850 X5服務(wù)器（為服務(wù)器虛擬化和桌面虛擬化提供服務(wù)）、一臺EMC VNX5300存儲、兩臺IBM 2498-B24光纖交換機(jī)。IBM X3850 X5 服務(wù)器配置4顆6核CPU、128GB內(nèi)存。EMC VNX5300存儲為雙控制器，服務(wù)器分別配置1塊8GB雙通道HBA卡，如圖1所示。

六臺IBM X3850 X5服務(wù)器組成集群，利用VMware vSphere提供堅實的虛擬化層，可以創(chuàng)建功能強(qiáng)大的多核虛擬機(jī)，以及虛擬機(jī)集群。通過利用動態(tài)、自動化、基于策略的資源分配，vSphere可以將應(yīng)用程序性能提高近50%。vSphere利用自動故障切換、零停機(jī)維護(hù)、虛擬化容錯和經(jīng)濟(jì)高效的數(shù)據(jù)保護(hù)等“IT，永不停機(jī)”功能，幫助IT組織確保業(yè)務(wù)連續(xù)性并防止數(shù)據(jù)丟失。

此方案配置兩臺IBM2498-B24光纖交換機(jī)做冗余，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存放在EMC VNX5300存儲里。

4 關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)

4.1 FlexCast?桌面虛擬化交付技術(shù)

思杰是桌面虛擬化解決方案領(lǐng)域中的領(lǐng)導(dǎo)者。思杰的XenDesktop桌面虛擬化結(jié)合了思杰特有的FlexCast?交付技術(shù)，可通過單一解決方案滿足各種要求?？梢愿鶕?jù)客戶的不同需求配置個性化的桌面以及業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

借助虛擬化技術(shù)和云計算技術(shù)，打破原有實驗管理模式，提高資源利用率，降低運(yùn)營成本。實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的實時備份和無縫遷移，從而大幅度提高業(yè)務(wù)連續(xù)性。云實驗平臺是為解決資源不均衡和利用率低，提供了重要技術(shù)手段。云實驗平臺數(shù)據(jù)安全問題仍需改進(jìn)。

基于云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興IT技術(shù)與新商業(yè)模式的結(jié)合正在潛移默化地改變著教育方式，可以預(yù)見，教育的各個細(xì)分領(lǐng)域，從入學(xué)、學(xué)習(xí)、實習(xí)、到就業(yè)都將全面開啟一個智能化的時代，教育改革之智慧時代因高科技的發(fā)展而悄然來臨！

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[4] 邢劍鋒，王鵬飛，沈松.基于虛擬機(jī)的可信云計算平臺研究與設(shè)計[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2010， 29（16）：75-78.endprint

3 云實驗室平臺方案設(shè)計

3.1 技術(shù)平臺架構(gòu)

通過虛擬化技術(shù)，在數(shù)量更少、可高度擴(kuò)展并可靠的高配置服務(wù)器上的運(yùn)行多個工作任務(wù)，可以將服務(wù)器硬件資源的利用率從 15-20% 提高到80%，避免過度部署。

根據(jù)我院實驗情況，制定如下方案，此方案需配置六臺IBM X3850 X5服務(wù)器（為服務(wù)器虛擬化和桌面虛擬化提供服務(wù)）、一臺EMC VNX5300存儲、兩臺IBM 2498-B24光纖交換機(jī)。IBM X3850 X5 服務(wù)器配置4顆6核CPU、128GB內(nèi)存。EMC VNX5300存儲為雙控制器，服務(wù)器分別配置1塊8GB雙通道HBA卡，如圖1所示。

六臺IBM X3850 X5服務(wù)器組成集群，利用VMware vSphere提供堅實的虛擬化層，可以創(chuàng)建功能強(qiáng)大的多核虛擬機(jī)，以及虛擬機(jī)集群。通過利用動態(tài)、自動化、基于策略的資源分配，vSphere可以將應(yīng)用程序性能提高近50%。vSphere利用自動故障切換、零停機(jī)維護(hù)、虛擬化容錯和經(jīng)濟(jì)高效的數(shù)據(jù)保護(hù)等“IT，永不停機(jī)”功能，幫助IT組織確保業(yè)務(wù)連續(xù)性并防止數(shù)據(jù)丟失。

此方案配置兩臺IBM2498-B24光纖交換機(jī)做冗余，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存放在EMC VNX5300存儲里。

4 關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)

4.1 FlexCast?桌面虛擬化交付技術(shù)

思杰是桌面虛擬化解決方案領(lǐng)域中的領(lǐng)導(dǎo)者。思杰的XenDesktop桌面虛擬化結(jié)合了思杰特有的FlexCast?交付技術(shù)，可通過單一解決方案滿足各種要求?？梢愿鶕?jù)客戶的不同需求配置個性化的桌面以及業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

借助虛擬化技術(shù)和云計算技術(shù)，打破原有實驗管理模式，提高資源利用率，降低運(yùn)營成本。實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的實時備份和無縫遷移，從而大幅度提高業(yè)務(wù)連續(xù)性。云實驗平臺是為解決資源不均衡和利用率低，提供了重要技術(shù)手段。云實驗平臺數(shù)據(jù)安全問題仍需改進(jìn)。

基于云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興IT技術(shù)與新商業(yè)模式的結(jié)合正在潛移默化地改變著教育方式，可以預(yù)見，教育的各個細(xì)分領(lǐng)域，從入學(xué)、學(xué)習(xí)、實習(xí)、到就業(yè)都將全面開啟一個智能化的時代，教育改革之智慧時代因高科技的發(fā)展而悄然來臨！

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[4] 邢劍鋒，王鵬飛，沈松.基于虛擬機(jī)的可信云計算平臺研究與設(shè)計[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2010， 29（16）：75-78.endprint