虛擬化技術(shù)在數(shù)字校園建設(shè)中的應(yīng)用

遼寧對(duì)外經(jīng)貿(mào)學(xué)院信息管理學(xué)院 李 玉

虛擬化技術(shù)在數(shù)字校園建設(shè)中的應(yīng)用

遼寧對(duì)外經(jīng)貿(mào)學(xué)院信息管理學(xué)院 李 玉

隨著信息時(shí)代的快速前進(jìn),信息社會(huì)也在不斷的改進(jìn)發(fā)展。數(shù)字化校園建設(shè)的推行也越來(lái)越成熟。因此,虛擬化技術(shù)被廣泛的應(yīng)用起來(lái)。本文主要結(jié)合了虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在數(shù)字校園建設(shè)中的研究與分析。

虛擬化;虛擬化技術(shù);數(shù)字校園;數(shù)據(jù)中心

引言

隨著數(shù)字校園建設(shè)的快速發(fā)展,校園內(nèi)的數(shù)據(jù)中心也就需要更多的信息系統(tǒng)。這樣一來(lái),各種不同的軟件平臺(tái)、應(yīng)用和操作系統(tǒng)會(huì)大量增多。第一因?yàn)閭鹘y(tǒng)的解決辦法是一個(gè)應(yīng)用安裝在一臺(tái)或多臺(tái)物理機(jī)上。第二是因?yàn)槊總€(gè)系統(tǒng)對(duì)服務(wù)器、存儲(chǔ)資源等都具有獨(dú)占性。那么在數(shù)字校園中必然會(huì)導(dǎo)致服務(wù)器數(shù)量的增多,資源利用率的降低以及運(yùn)行維護(hù)方面和管理方面的成本增加等問(wèn)題。當(dāng)虛擬化技術(shù)的出現(xiàn),以它具有的優(yōu)勢(shì)把建設(shè)數(shù)字校園的以上問(wèn)題解決。彌補(bǔ)傳統(tǒng)方式下的不足之處,用最低的成本給學(xué)校的師生提供更加豐富的信息化網(wǎng)絡(luò)教程和科研教育等。不論現(xiàn)在還是未來(lái)也會(huì)有更多領(lǐng)域開(kāi)始考慮虛擬化技術(shù)的加入來(lái)整合統(tǒng)一服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)器等來(lái)規(guī)劃自身的數(shù)據(jù)中心。

1.虛擬化技術(shù)及虛擬化優(yōu)勢(shì)

1.1 虛擬化技術(shù)

虛擬化是指計(jì)算機(jī)中的各元件在虛擬的環(huán)境中運(yùn)行,是在不真實(shí)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。虛擬化技術(shù)可以擴(kuò)大硬件的容量,簡(jiǎn)化了軟件的重新配置過(guò)程。實(shí)際上虛擬化是一個(gè)廣義上的術(shù)語(yǔ),是一個(gè)為了簡(jiǎn)化管理,優(yōu)化資源的解決方案。是為了節(jié)省成本,而發(fā)揮空間的最大利用率。CPU的虛擬化技術(shù)可以是單個(gè)CPU模式或者多個(gè)CPU并行的模式。并允許在同一個(gè)平臺(tái)上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)或各種應(yīng)用程序,而且每個(gè)操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序都可以在各個(gè)相互獨(dú)立的空間中運(yùn)行并做到互不影響,從而來(lái)提高計(jì)算機(jī)的工作效率。

1.2 虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

虛擬化技術(shù)的實(shí)現(xiàn),可以降低數(shù)字校園建設(shè)中的成本問(wèn)題,同時(shí)又提高了現(xiàn)有資源的利用率。虛擬化軟件正變得更趨于完整而富有活力,它的發(fā)展方向也更加的全面。虛擬化是通過(guò)多種技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,并由某一種主要的虛擬層結(jié)合起來(lái)的。不僅在數(shù)字校園中可以使用,還可以在企業(yè)中使用?？梢?jiàn),虛擬化技術(shù)的快速發(fā)展,已經(jīng)逐漸深入到信息化時(shí)代。

(1)提高資源的利用率:很多臺(tái)虛擬服務(wù)器通過(guò)一臺(tái)服務(wù)器提供物理資源,高效率的利用資源的空閑空間,得以保證虛擬化技術(shù)在校園數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用程序具有最高的可用性。

(2)良好的隔離性:每臺(tái)物理機(jī)都有很多的資源并且相互之間有聯(lián)系,但是虛擬機(jī)與物理服務(wù)器之間之間是完全隔離的,互不影響,并且可以使用計(jì)算機(jī)上的物理資源。所以,根據(jù)在可用性和安全性這兩個(gè)方面,應(yīng)用程序在虛擬環(huán)境中運(yùn)行會(huì)比在傳統(tǒng)的物理環(huán)境中運(yùn)行的結(jié)果要好得多,所以說(shuō)隔離也是虛擬化技術(shù)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。

(3)具有更高的可靠性:虛擬服務(wù)器相對(duì)于硬件是獨(dú)立的狀態(tài),可以通過(guò)災(zāi)難恢復(fù)的改進(jìn)以及解決方案的實(shí)現(xiàn)使運(yùn)行的連續(xù)性有所提高。例如當(dāng)一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí),虛擬機(jī)就可以在最短時(shí)間里來(lái)進(jìn)行災(zāi)難恢復(fù)而且還不影響其他的運(yùn)行。這樣就會(huì)在整個(gè)數(shù)據(jù)中心得以具有更的高可用性。

(4)成本的降低:虛擬化為了減少物理資源的使用,隱藏其部分復(fù)雜性,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的方式來(lái)提高工作人員的工作效率。這樣一來(lái),管理員可以輕松管理服務(wù)器,減少了之前大量傳統(tǒng)服務(wù)器帶來(lái)的巨大負(fù)擔(dān)。而且還通過(guò)減少實(shí)行方案的成本,使用數(shù)量更少的服務(wù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)之前更多服務(wù)器才能完成的工作,降低了使用的空間以及購(gòu)買服務(wù)器和管理工作等成本。

(5)具有兼容性:大部分虛擬服務(wù)器都能與x86系統(tǒng)具有相互兼容性能,并且可以實(shí)現(xiàn)多種不同的系統(tǒng)的共存狀態(tài),以至最大限度的降低由于兼容性可能造成的問(wèn)題。

2.虛擬化技術(shù)在校園建設(shè)中的應(yīng)用

對(duì)于任何一所高校來(lái)說(shuō),現(xiàn)代化數(shù)字校園的建設(shè)是體現(xiàn)學(xué)校綜合實(shí)力的一種顯著特點(diǎn),也是為學(xué)校培養(yǎng)人才的一種方式。在教學(xué)中引入了多媒體數(shù)字化教學(xué)方式,建設(shè)現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施是近年來(lái)各地高校建設(shè)改造的共識(shí)。利用虛擬化技術(shù)構(gòu)建的數(shù)字校園,集中管理服務(wù)器和各種教學(xué)應(yīng)用程序,利用虛擬環(huán)境完成教學(xué)任務(wù)和教學(xué)科研是非常重要的。

2.1 校園網(wǎng)絡(luò)中心存在的問(wèn)題

隨著信息化校園的建設(shè),高校的數(shù)據(jù)中心需要不斷的更新軟件和更換系統(tǒng)等,在傳統(tǒng)化數(shù)據(jù)中心存在的問(wèn)題有:

(1)從運(yùn)維管理方面來(lái)分析,對(duì)于管理人員是非常復(fù)雜而繁重的。在傳統(tǒng)方式運(yùn)行下,每個(gè)物理服務(wù)器都需要更多人力、物力來(lái)進(jìn)行維護(hù)。由于每臺(tái)服務(wù)器購(gòu)買的時(shí)間不同使維護(hù)工作更加困難,一旦出現(xiàn)操作系統(tǒng)損壞,會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù),服務(wù)器也會(huì)長(zhǎng)時(shí)間處于停機(jī)狀態(tài)。

(2)高校信息資源的利用率低,大部分的服務(wù)器資源利用率都只占有20%左右,且這些服務(wù)器都需要大量的資源來(lái)運(yùn)行,還占用了校園數(shù)據(jù)中心的大量空間。

(3)數(shù)據(jù)的備份也是十分困難的,由于各種硬件平臺(tái)以及操作系統(tǒng)的不同,不光使系統(tǒng)備份帶來(lái)困難,還導(dǎo)致管理員無(wú)法進(jìn)行統(tǒng)一恢復(fù)。

(4)校園數(shù)據(jù)中心為各學(xué)院和管理部門提供資源,但是當(dāng)其中一個(gè)網(wǎng)站出現(xiàn)漏洞問(wèn)題會(huì)影響其它學(xué)院或管理部門的安全。

2.2 虛擬化在數(shù)字校園中實(shí)施的方案思路分析

對(duì)數(shù)字校園的建設(shè)中所運(yùn)用的虛擬化技術(shù),要選擇合適的虛擬化平臺(tái)以及標(biāo)準(zhǔn)的虛擬化服務(wù)器架構(gòu)。具體的方案思路如下進(jìn)行設(shè)計(jì):

2.2.1 虛擬化平臺(tái)的選擇

目前被廣泛使用的VMware "虛擬PC"軟件被作為首選。因?yàn)閂Mware作為虛擬化的第一品牌,在技術(shù)上也已經(jīng)擁有了足夠完整的體系。其工作站在一臺(tái)機(jī)器上可以同時(shí)建立并運(yùn)行兩個(gè)或者更多x86虛擬機(jī)。而且每臺(tái)虛擬機(jī)都能運(yùn)行各自的客戶機(jī)操作系統(tǒng)。每個(gè)操作系統(tǒng)都能進(jìn)行虛擬的分區(qū)、配置并且不影響真實(shí)硬盤的數(shù)據(jù)。與此同時(shí),VMware vCenter Server能使用一個(gè)控制平臺(tái)來(lái)管理1,000多個(gè)主機(jī)以及最多可以管理10,000個(gè)虛擬機(jī),還提高了管理員對(duì)虛擬環(huán)境的運(yùn)行和控制的優(yōu)勢(shì)。VMware vCenter Server可以使管理員迅速部署虛擬機(jī)和主機(jī)通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)化模板。

還有幾種其他的虛擬化平臺(tái),例如:微軟的Hyper-V、紅帽企業(yè)虛擬化平臺(tái)、思杰交付中心(Citrix Delivery Center)等等?？梢詠?lái)使用這些虛擬化技術(shù),為了達(dá)到降低成本、管理方便、具有擴(kuò)展性的目的。

2.2.2 虛擬服務(wù)器架構(gòu)

通過(guò)虛擬化實(shí)現(xiàn)服務(wù)器資源的整合和管理的統(tǒng)一。總體采用了虛擬服務(wù)器和物理服務(wù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的需求。利用虛擬基礎(chǔ)架構(gòu),可在整個(gè)基礎(chǔ)架構(gòu)范圍內(nèi)共享多臺(tái)計(jì)算機(jī)的物理資源。在虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中,首先要在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上以及需要安裝在網(wǎng)絡(luò)上所有需要進(jìn)行統(tǒng)一管理的服務(wù)器上安裝相應(yīng)的VMware軟件。然后在虛擬機(jī)的安裝和配置完成后,為了實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)資源的有效管理與分配,需要在各種應(yīng)用和軟件在windows環(huán)境下的工作站上安裝虛擬機(jī)。在完成虛擬服務(wù)器的構(gòu)建后,就可以對(duì)現(xiàn)在有的系統(tǒng)進(jìn)行遷移的工作。在這個(gè)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中,更需要注意的是各個(gè)不同應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行負(fù)載情況。

2.2.3 虛擬化數(shù)據(jù)遷移

(1)要考慮對(duì)各種應(yīng)用向虛擬設(shè)備或者服務(wù)器上遷移的這個(gè)過(guò)程是否可以雙向進(jìn)行。不僅要從物理設(shè)備遷移到虛擬機(jī)上,也要考慮虛擬機(jī)上可不可以向物理設(shè)備上的遷移。如此一來(lái),就需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)的調(diào)整在虛擬機(jī)的資源上,但是有一些應(yīng)用就需要不斷的減縮對(duì)系統(tǒng)的資源需求,因而就必須要對(duì)物理設(shè)備上的資源遷移到虛擬設(shè)備上。

(2)需要對(duì)這些應(yīng)用進(jìn)行備份和恢復(fù)。因?yàn)楦鞣N應(yīng)用的安裝,虛擬機(jī)里存儲(chǔ)了更多的數(shù)據(jù),從而不用在硬盤上完成數(shù)據(jù)的備份過(guò)程?？傊?無(wú)論在物理環(huán)境或者虛擬環(huán)境中的應(yīng)用都有利于數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù)。最后,為了完成物理機(jī)到虛擬機(jī)的遷移,一般會(huì)需要系統(tǒng)給提供的遷移工具才可以。然而還需要遷移后的測(cè)試,就是遷移過(guò)去的數(shù)據(jù)在虛擬機(jī)中運(yùn)行一段時(shí)間,在這個(gè)過(guò)程中能夠檢測(cè)出虛擬機(jī)的CPU以及內(nèi)存等設(shè)備的負(fù)載情況。為了確認(rèn)虛擬系統(tǒng)有跟高的可靠性和可用性,有必要的話要調(diào)整系的CPU和內(nèi)存等參數(shù)。需要注意的是遷移的過(guò)程中,需要從負(fù)載小的服務(wù)器開(kāi)始進(jìn)行遷移。運(yùn)行的過(guò)程中,要暫時(shí)保留被遷移的實(shí)體機(jī)。如果在遇到硬件發(fā)生故障時(shí),也只需要非常短時(shí)間來(lái)維護(hù),由于虛擬機(jī)之間相互獨(dú)立,就不用考慮對(duì)整個(gè)平臺(tái)的影響問(wèn)題。

3.虛擬服務(wù)器技術(shù)在數(shù)字化校園建設(shè)的研究

校園的網(wǎng)絡(luò)中心支持整個(gè)學(xué)校的各種業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行。由于數(shù)字校園的信息化建設(shè)正在逐步發(fā)展,以某校為例:該校支持多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行。例如:一卡通業(yè)務(wù)系統(tǒng)、綜合信息服務(wù)系統(tǒng)、校園網(wǎng)站系統(tǒng)、郵件系統(tǒng)、辦公OA系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等等。該校在數(shù)字校園建設(shè)的過(guò)程中,也出現(xiàn)了各種各樣的問(wèn)題。所以,該高校研究最后將身份認(rèn)證平臺(tái)的統(tǒng)一、門戶和OA三個(gè)關(guān)鍵的系統(tǒng)在虛擬機(jī)中運(yùn)行。這就需要2臺(tái)虛擬主機(jī)其中一臺(tái)來(lái)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器以及統(tǒng)一身份服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器。然而另一臺(tái)虛擬主機(jī)來(lái)運(yùn)行OA服務(wù)器,兩臺(tái)虛擬主機(jī)互為熱備份。采用ISCSI協(xié)議的虛擬機(jī)數(shù)據(jù)使用千兆交換機(jī)來(lái)使存儲(chǔ)設(shè)備連接在一起,并儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。

在實(shí)現(xiàn)此方案時(shí),需要注意的是:

(1)由于虛擬化是將服務(wù)器的資源分配給多個(gè)虛擬機(jī)運(yùn)用,為了滿足數(shù)據(jù)庫(kù)的高讀取需求,所以使用了2臺(tái)服務(wù)器和雙4核處理器,并且最后決定采用了VMware公司的EXSI版本的虛擬化軟件。

(2)由于虛擬機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用都是重要的而且數(shù)據(jù)量也比較大,所以數(shù)據(jù)的備份問(wèn)題需要極大的重視。在方案中采用了本地和異地備份、全備份和增量備份兩種方式。增量備份復(fù)制上次全備份或者最近發(fā)生的增量備份以來(lái)修改的數(shù)據(jù)。這種備份的優(yōu)點(diǎn)是速度快,缺點(diǎn)是恢復(fù)耗時(shí)。本地備份包括全備份和增量備份兩種方式,如果一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)問(wèn)題,另外一臺(tái)備份服務(wù)器可以快速啟動(dòng)。異地備份其實(shí)就是本地重要應(yīng)用數(shù)據(jù)的一個(gè)復(fù)制。當(dāng)本地?cái)?shù)據(jù)或者整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí),系統(tǒng)在異地最少有一份可靠的數(shù)據(jù)的保存。

(3)本案存儲(chǔ)設(shè)備的使用是基于SAS的ISCSI SAN存儲(chǔ)陣列,并有九塊SATA 1G的硬盤。還使用了RAI D5為保證數(shù)據(jù)的安全性使用數(shù)據(jù)的校驗(yàn)位,將數(shù)據(jù)段的校驗(yàn)位來(lái)存在于各個(gè)硬盤中。因此,即使硬盤會(huì)有損壞發(fā)生,我們也可以通過(guò)其他的硬盤來(lái)重新建立破損的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

4.總結(jié)

在數(shù)字校園的建設(shè)中,由于采用虛擬化技術(shù)為學(xué)校的生活提供了越來(lái)越多的方便,與傳統(tǒng)的數(shù)字校園原有的模式相比可以看到更多的優(yōu)勢(shì),這種優(yōu)勢(shì)隨著現(xiàn)代化科技的發(fā)展也在不斷的擴(kuò)大。虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)不但在數(shù)字校園建設(shè)中體現(xiàn)了服務(wù)器的高效性,而且還提高了原有資源的利用率,使系統(tǒng)功能更為可靠。虛擬化技術(shù)對(duì)各種類型的應(yīng)用軟件、操作系統(tǒng)進(jìn)行了整合為一,使系統(tǒng)的安全性能得到提高,并且縮短了故障的恢復(fù)時(shí)間。以此可見(jiàn),虛擬化技術(shù)在數(shù)字化校園建設(shè)中是重要的。

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李玉(1996-),女,滿族,遼寧錦州人,遼寧對(duì)外經(jīng)貿(mào)學(xué)院信息管理學(xué)院學(xué)生。