高校虛擬實驗室的數據中心建設研究

劉穎+劉淼晶

摘要：分析現(xiàn)有的數據中心的建設方案。依據一個方案，建立了一個小型數據中心，數據中心提供虛擬機，實現(xiàn)基礎設施即服務IaaS，為虛擬實驗室建設提供支持。對虛擬實驗室的基礎設施即數據中心的建設提供了可行思路和具體的實現(xiàn)方案。

關鍵詞：數據中心；虛擬實驗室；虛擬機

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）26-0003-03

Research of Deploying Data Center of Virtual Library in Campus

LIU Ying，LIU Miao-jing

（School of Information， Beijing Institute of Economic Management， Beijing 100102， China）

Abstract： analyze the existing data center construction method. Based on one construction scheme， setting up a small data center， which provides virtual PC and IaaS in order to support the construction of Virtual Laboratory. It provides a feasible and concrete method for implementing the data center of virtual library.

Key words： data center； virtual library； virtual computer

近年來，在互聯(lián)網及云計算技術迅速發(fā)展的環(huán)境下，高等學校信息化建設出現(xiàn)了新局面。高校在計算機實驗室建設方面加快了建設和更新速度。本文對高校在云計算環(huán)境下建設虛擬實驗室時，其基礎設施即數據中心的建設進行了研究。分析現(xiàn)有的數據中心的建設方案，并依據其中一個方案，建立了一個小型數據中心，為虛擬實驗室提供支持。

1 現(xiàn)有研究分析

建立虛擬實驗室是實驗室信息化建設的一個發(fā)展方向。在現(xiàn)有研究中，基于云計算的虛擬實驗室是其中的研究熱點。

基于云計算的虛擬計算機實驗室[1]-[4]提出基于IaaS服務的虛擬實驗室。分析了構建思想和系統(tǒng)框架。但對每個層次的具體實現(xiàn)方法和實現(xiàn)細則沒有研究。

基于微軟Hyper-V虛擬化技術建設虛擬實驗室[5]-[6]提供了一種具體的搭建方案。使用微軟提供的WMI接口進行編程，實現(xiàn)用戶對虛擬機的操作。虛擬計算機實驗室[7]基于Vmware和Citrix的IaaS服務主要設計了資源預約流程。實驗資源管理系統(tǒng)[8]為每個實驗室劃分了虛擬機群。

基于云計算的虛擬實驗教學系統(tǒng)[9]利用云計算平臺，將本地或異地的不同實驗用戶與虛擬實驗室聯(lián)結起來，共享一個虛擬的實驗空間?；谠朴嬎愕奶摂M科研環(huán)境[10]利用國家網格中可共享的虛擬機資源，通過網格技術來訪問和使用資源，實現(xiàn)國家網格資源共享，為不同學科的科研提供在線云服務。其本質是PaaS，PaaS需要為不同的應用開發(fā)不同的平臺，應用場景有局限性。比如計算機系和化學系的實驗不盡相同，所需的虛擬實驗室功能就不一樣。

本文將研究虛擬實驗室擬提供IaaS服務，為此如何建設數據中心。并且建立了一個小型數據中心，為具體部署提供參考。

2 基于虛擬計算機的實驗室系統(tǒng)架構

基于云計算的虛擬實驗室把虛擬機開放給用戶，用戶能通過創(chuàng)建虛擬機、刪除虛擬機、修改虛擬機等操作來搭建自己的實驗網絡。虛擬實驗室系統(tǒng)架構如圖 1所示。

圖 1 虛擬實驗室系統(tǒng)架構

數據中心實現(xiàn)云計算功能?；跀祿行模鸦A的計算和存儲資源開放給用戶，提供虛擬機，實現(xiàn)基礎設施即服務IaaS。

虛擬實驗室控制系統(tǒng)向上接收用戶命令，向下控制虛擬機的創(chuàng)建、刪除和修改。管理與維護用戶、課程、虛擬機的關系。

虛擬實驗室用戶平臺包括前端界面和后端系統(tǒng)兩部分。前端界面根據課程特點，包含創(chuàng)建虛擬機、刪除虛擬機、修改虛擬機等欄目。后端系統(tǒng)支持用戶根據需要自主搭建實驗網絡。

本文對數據中心的實現(xiàn)進行了研究。建立了一個小型數據中心，為虛擬實驗室提供虛擬計算機。

3 數據中心部署研究

通過研究虛擬機服務發(fā)現(xiàn)，各類技術都有一個共同點，即為數據中心云計算基礎架構采用了虛擬化管理解決方案，實現(xiàn)對數據中心云計算環(huán)境的集中管理和控制，通過單一的管理界面，輕松地統(tǒng)一管理數據中心內所有的主機和虛擬機，不僅能提高管理員的管控效率、簡化日常例行工作，更可降低IT 環(huán)境的復雜度和管理成本。下面就H3C的解決方案進行詳細分析。

H3C CAS云計算管理平臺是H3C公司推出的構建云計算基礎架構的管理軟件，H3C CAS云計算管理平臺由三個組件構成：

CVK：Cloud Virtualization Kernel，虛擬化內核平臺

運行在基礎設施層和上層操作系統(tǒng)之間的“元”操作系統(tǒng)，用于協(xié)調上層操作系統(tǒng)對底層硬件資源的訪問，減輕軟件對硬件設備以及驅動的依賴性，同時對虛擬化運行環(huán)境中的硬件兼容性、高可靠性、高可用性、可擴展性、性能優(yōu)化等問題進行加固處理。

CVM：Cloud Virtualization Manager，虛擬化管理系統(tǒng)

主要實現(xiàn)對數據中心內的計算、網絡和存儲等硬件資源的軟件虛擬化，形成虛擬資源池，對上層應用提供自動化服務。其業(yè)務范圍包括：虛擬計算、虛擬網絡、虛擬存儲、高可靠性（HA）、動態(tài)資源調度（DRS）、虛擬機容災與備份、虛擬機模板管理、集群文件系統(tǒng)、虛擬交換機策略等。

CIC：Cloud Intelligence Center，云業(yè)務管理中心

由一系列云基礎業(yè)務模塊組成，通過將基礎架構資源（包括計算、存儲和網絡）及其相關策略整合成虛擬數據中心資源池，并允許用戶按需消費這些資源，從而構建安全多租戶混合云。其業(yè)務范圍包括：組織（虛擬數據中心）、多租戶數據和業(yè)務安全、云業(yè)務工作流、自助式服務門戶、兼容OpenStack的REST API接口等。其架構如圖 2所示。

圖2 CAS架構

CVM典型應用場景：

利用H3C CAS CVM的服務器虛擬化能力，將非關鍵性業(yè)務和非大負載業(yè)務分步驟遷移到虛擬化環(huán)境中。

通過統(tǒng)一的虛擬機模板，對企業(yè)內的辦公桌面實施集中部署，幫助企業(yè)實現(xiàn)安全和隱私合規(guī)問題。

利用H3C CAS CVM的虛擬交換機和網絡策略模板功能，對虛擬機進行VLAN劃分與Qos流量控制。

系統(tǒng)管理員通過H3C CAS CVM控制臺集中管理和監(jiān)控業(yè)務系統(tǒng)與虛擬桌面的資源使用情況。

CIC典型應用場景：

通過H3C CAS CIC云業(yè)務管理軟件提供的虛擬化資源池功能，將數據中心內的計算、存儲和網絡等物理資源抽象成按需提供的彈性虛擬資源池，以消費單元（即組織或虛擬數據中心）的形式對外提供服務。

通過H3C CAS CIC內置的數據安全隔離功能，確保虛擬化、多租戶環(huán)境下的用戶隱私信息及數據的安全。不同組織的業(yè)務系統(tǒng)和應用系統(tǒng)獨立部署，互不干擾。

最終用戶通過自助服務門戶申請和使用組織管理員分配的虛擬資源，組織管理員對最終用戶的申請進行審批與自動化部署。

4 搭建小型數據中心

由于H3C CAS系統(tǒng)提供了可編程的REST接口，便與用戶二次開發(fā)，滿足特定服務需求，所以，本研究使用H3C CAS軟件平臺，搭建了虛擬實驗室的數據中心，數據中心拓撲如圖 3所示。

圖 3 實驗拓撲

在管理服務器和業(yè)務服務器上安裝CAS軟件。管理服務器用于對主機進行集中化統(tǒng)一管理，安裝CAS的CVK、CVM、CIC三個組件。業(yè)務服務器即虛擬機所在的物理主機，用于支撐數據中心運行。業(yè)務服務器上只需安裝CAS的CVK組件。管理服務器將對業(yè)務服務器進行虛擬機的劃分、控制和管理。

安裝完成后，在管理服務器上看到的云管理平臺登錄界面如圖 4所示。

圖4 云管理平臺登錄界面

在管理服務器上進入管理平臺，依次創(chuàng)建主機池、集群，在集群里添加業(yè)務服務器。然后在業(yè)務服務器上創(chuàng)建虛擬機。在虛擬機上安裝操作系統(tǒng)。配置完成后，管理平臺界面如圖 5所示。虛擬機有獨立的IP地址，用戶可以遠程登錄虛擬機。

圖5 虛擬機配置管理界面

創(chuàng)建好虛擬機后，在課堂上就能分配給學生使用，供學生實驗使用。比如《網絡攻防技術》這門課每位學生需要兩臺虛擬機進行實驗。上課前，教師預先分配好虛擬機，課后再釋放虛擬機。實現(xiàn)實驗資源的高效使用。

5 結束語

本研究為虛擬實驗室的基礎設施即數據中心的建設提出了可行方案。選擇H3C CAS云計算平臺搭建數據中心。后續(xù)繼續(xù)研究基于CAS系統(tǒng)的二次開發(fā)，實現(xiàn)虛擬實驗室管理系統(tǒng)和虛擬實驗室用戶平臺。

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