虛擬化技術(shù)在數(shù)字校園建設中的應用

王 康

（阜新高等?？茖W校，遼寧 阜新 123000）

虛擬化技術(shù)的出現(xiàn)，不僅減少了服務器的使用數(shù)量，更有效地提升了資源的利用率，無論是管理效率，還是服務質(zhì)量，均實現(xiàn)了較大的提升。通過應用虛擬化技術(shù)建立新一代數(shù)字校園，實現(xiàn)一般信息服務、科學計算和數(shù)字化教學應用的數(shù)字化應用已成為高等院校當前的重要任務［1］。

1 虛擬化技術(shù)及基本類型

1.1 虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)是在一臺物理機上運行多個虛擬環(huán)境，且本臺服務器的資源可以在各個虛擬環(huán)境中進行共享，資源利用率可以得到有效地提升。各虛擬平臺間的應用程序擁有獨立的運行空間，相互不影響。虛擬技術(shù)實現(xiàn)了在同一物理環(huán)境中運行多個虛擬平臺，極大地提升了硬件平臺的擴展性、可用性和工作效率。虛擬機與主機，與其他虛擬機之間是完全隔離的狀態(tài)，即便其中一個虛擬機出現(xiàn)問題，其他虛擬主機及主機不會泄露數(shù)據(jù)。同時，標準化的虛擬硬件保證了虛擬機的兼容性。虛擬化技術(shù)使得軟件配置更為簡化，且虛擬機環(huán)境均以單個文件保存，不僅增強了安全性，也便于進行備份和移動。

1.2 虛擬化技術(shù)的基本類型

1.2.1 硬件仿真。硬件仿真是一種復雜的虛擬化實現(xiàn)技術(shù)。它的實現(xiàn)原來是依靠硬件仿真技術(shù)來完成，該技術(shù)通過在宿主系統(tǒng)上創(chuàng)建一個硬件VM（虛擬機），從而實現(xiàn)虛擬化。硬件仿真技術(shù)的優(yōu)點是在實現(xiàn)虛擬化分布時不影響原有操作系統(tǒng)，其缺點是虛擬化速度較慢。

1.2.2 完全虛擬化

完全虛擬化以虛擬服務器和底層硬件為基礎，依靠一種虛擬機監(jiān)視器（英文為hypervisor）軟件，使得CPU及硬件控制器可以訪問外圍設備。借助hypervisor的作用，每個虛擬服務器都可以獨立運行。

1.2.3 準虛擬化

這是針對hypervisor導致的CPU開銷較大，而設計出的新方案。它的前提是修改宿主操作系統(tǒng)，使hypervisor與系統(tǒng)協(xié)同工作，以此提供高性能虛擬化環(huán)境，也提高了虛擬化服務器響應能力。

1.2.4 操作系統(tǒng)層虛擬化

在宿主系統(tǒng)上建立一個或者多個虛擬服務器，并且使各虛擬服務器之間相互獨立，共享硬件資源，由此也加快了速度和性能。該技術(shù)也存在一些缺點，由于使用的是同一個宿主系統(tǒng)，運行不夠靈活。

2 虛擬化技術(shù)在數(shù)字校園建設中的應用

2.1 虛擬化技術(shù)方案規(guī)劃

對數(shù)字化校園網(wǎng)中所采用的虛擬化技術(shù)，具體的實現(xiàn)方案采用臺下思路進行設計。

2.1.1 對物理服務器進行詳細分類。根據(jù)網(wǎng)絡服務器中所采用操作系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件和各種應用服務的不同，對網(wǎng)絡上的物理服務器進行詳細分類，同時根據(jù)服務器在使用過程中的動態(tài)參數(shù)，如網(wǎng)絡負載、并發(fā)數(shù)量等，對具體的網(wǎng)絡虛擬服務器進行規(guī)劃。通過對內(nèi)存、硬盤、CPU以及各種網(wǎng)絡資源的科學合理分配，實現(xiàn)對功能相同或者相似應用的有效整合，從而構(gòu)建起功能強大的虛擬服務器集群。需要說明的是，在規(guī)劃方案的設計過程中，要重點關(guān)注由于虛擬機的數(shù)量增加而導致的虛擬機蔓延現(xiàn)象的出現(xiàn)［2］。

2.1.2 可能存在的安全性問題。由于在使用過程中，不可避免地會涉及數(shù)據(jù)快速遷移和災難恢復等問題。所以，就應該起各種應用的虛擬冗余環(huán)境，從而有效提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性；同時，還可以通過虛擬化的IP地址，進一步提高整個系統(tǒng)的安全性。

2.2 具體實施

2.2.1 虛擬服務器架設

第一，服務器軟件安裝。在具體的虛擬化過程中，第一步就是網(wǎng)絡服務器上安裝相應的軟件，即VMware Infrastructure，具體的安裝過程可以參考VMware官方網(wǎng)站上所提供的參考資料。在網(wǎng)絡上所有需要進行統(tǒng)一管理的服務器上，都需要安裝該軟件。完成虛擬機的安裝和配置后，還需要在Windows環(huán)境的工作站上安裝虛擬集群應用和管理軟件，即Virtual Center2.5，實現(xiàn)對系統(tǒng)資源的有效管理與分配。

第二，數(shù)據(jù)遷移。完成了虛擬服務器的構(gòu)建后，就可以對現(xiàn)有的系統(tǒng)進行遷移工作。在此過程中，還應該重點掌握和了解各個不同應用系統(tǒng)的實際運行負載情況，負載主要包括操作系統(tǒng)、應用系統(tǒng)、網(wǎng)絡應用數(shù)據(jù)以及對網(wǎng)絡服務器中的CPU、內(nèi)存等的利用率。

第三，分類處理，確認負載分配情況。了解了所有的負載情況后，就可以對其進行分類處理，具體確定需要從物理層面遷移到虛擬設備的各種負載，進而確定負載的分配情況。

2.2.2 虛擬化數(shù)據(jù)遷移

首先，綜合考慮遷移過程中的各類問題。

將各種應用向虛擬設備或者服務器上遷移的過程中，需要對很多問題進行綜合考慮。即遷移過程是否可以雙向進行，也就是說，除了從物理設備向虛擬機上遷移，從虛擬機上是否也可以向物理設備遷移?？紤]到各種應用的動態(tài)變化性，很多應用會隨著業(yè)務的不斷發(fā)展而擴展。這樣，在虛擬機上的資源就需要進行動態(tài)的調(diào)整；而有的應用則對系統(tǒng)資源的需求會不斷縮減，此時，就需要從物理設備上向虛擬設備上遷移資源。

其次，對各種應用的備份和恢復進行規(guī)劃。系統(tǒng)中所安裝的各種應用，都需要對其進行災備和恢復。正是由于安裝的各種應用，虛擬機中存儲了越來越多數(shù)據(jù)，不需要從硬盤上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的備份過程。這種數(shù)據(jù)備份的過程就要求不僅能夠?qū)崿F(xiàn)從物理到虛擬的備份過程，同時，還能夠?qū)崿F(xiàn)從虛擬到物理的備份過程。所以說，這種備份過程與應用環(huán)境是相互獨立的，也就是說，存在于物理或者虛擬環(huán)境中的各種應用，都能夠為用戶數(shù)據(jù)的備份和恢復過程提供幫助。

第三，需要通過系統(tǒng)提供的遷移工具，實現(xiàn)從實體機向虛擬機的遷移過程。遷移過程之后，還應該讓其在虛擬機系統(tǒng)中運行一段時間，在此過程中就能夠?qū)μ摂M機中的CPU、內(nèi)存等設備的負載情況進行嚴格測試，而在需要的情況下，還需要對系統(tǒng)中的CPU、內(nèi)存和硬盤空間等參數(shù)進行調(diào)整，確保系統(tǒng)具有較高的可靠性和可用性，只有經(jīng)過這些過程，才能正式投入使用。

在遷移過程中，從網(wǎng)絡殺毒服務器等負載比較小的服務器開始。接著，就可以對遷移量不是很大的Web服務器進行遷移，直到所有的數(shù)據(jù)都遷移完畢。此外，還應該對虛擬機的壓力進行實時掌握。在試運行的過程中，需要對被遷移的實體機進行暫時保留。這樣，在發(fā)生無法逆轉(zhuǎn)問題的情況下，就可以及時切換回去?？紤]到虛擬過程會使得虛擬機的動態(tài)可遷移性更高，在遇到硬件故障的情況下，只需要很短的時間就能夠?qū)ζ溥M行維護，不用擔心某臺服務器的問題影響到整個應用平臺。

3 結(jié)語

在數(shù)字校園建設中，虛擬化技術(shù)相比傳統(tǒng)的技術(shù)具有明顯優(yōu)勢，不僅實現(xiàn)了服務器的高可用性，充分提升了存儲設備和服務器的利用率，更實現(xiàn)了不同類型操作系統(tǒng)的整合，不僅縮短了系統(tǒng)故障恢復的時間，更方便了對服務器進行管理、維護和升級。

［1］薛瑩瑩.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在數(shù)字博物館中的應用［J］.河南科技，2014，13（13）：14.

［2］侯研.虛擬化技術(shù)在校園網(wǎng)中的應用研究［J］.河南科技，2014（23）：1.