虛擬化技術(shù)在高校信息化中的作用

伍世楊

佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院信息與教育技術(shù)中心

虛擬化技術(shù)在高校信息化中的作用

伍世楊

佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院信息與教育技術(shù)中心

虛擬化（Virtualization）技術(shù)是以提高IT基礎(chǔ)設(shè)施利用率為目的，將IT基礎(chǔ)設(shè)施根據(jù)不同需求進行重新規(guī)劃與分配的技術(shù)。虛擬化技術(shù)在提高IT基礎(chǔ)設(shè)施利用率，降低成本方面有著顯著的效果，在高校信息化中得到了迅速的普及。本文將介紹虛擬化技術(shù)，特別是服務(wù)器虛擬化技術(shù)，以及它在高校信息化中所發(fā)揮的巨大作用。

背景

虛擬化（Virtualization）技術(shù)是以提高IT基礎(chǔ)設(shè)施利用率為目的，將IT基礎(chǔ)設(shè)施根據(jù)不同需求進行重新規(guī)劃與分配的技術(shù)。虛擬化技術(shù)包含的范圍很廣泛，包括服務(wù)器虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、存儲虛擬化等等。本文由于篇幅限制，只介紹服務(wù)器虛擬化，而這也是當前在高校信息化建設(shè)中運用最廣泛的虛擬化技術(shù)。服務(wù)器虛擬化是指將物理服務(wù)器資源抽象成邏輯資源，每臺服務(wù)器上能夠運行多臺（在資源允許的情況，甚至上百臺）虛擬服務(wù)器，讓CPU、內(nèi)存、磁盤和網(wǎng)絡(luò)等硬件變成靈活變更，按需分配的虛擬資源。運用虛擬化技術(shù)，我們可以實現(xiàn)在同一個物理服務(wù)器上同時運行多個虛擬機，每個虛擬機上都能獨立運行一個操作系統(tǒng)。虛擬機之間彼此獨立，互不干擾。虛擬化技術(shù)能夠建立一個高效的平臺，以支持高校的業(yè)務(wù)需求，為高校各個學(xué)院提供服務(wù)，同時降低成本和電力消耗。由于虛擬化技術(shù)在降低成本方面的卓越表現(xiàn)，很多高校在信息化建設(shè)時把它作為一種不可或缺的核心技術(shù)加以運用。

虛擬化技術(shù)的優(yōu)點

虛擬化技術(shù)由于高校的服務(wù)器大幅增長而變得越來越重要的。因為服務(wù)器規(guī)模的膨脹增加了高校的建設(shè)成本，而集群的擴大又為數(shù)據(jù)的安全性帶來了新的挑戰(zhàn)。虛擬化技術(shù)能夠有效應(yīng)對這個問題。虛擬化技術(shù)有以下優(yōu)點：

（1）可擴展性強：虛擬機不完全依賴于底層的硬件設(shè)施，可以理解為是操作系統(tǒng)從它的底層硬件的束縛中“解放”出來。一個虛擬機只需要從物理服務(wù)器分配出來一些資源就可以運行，還可以進行正常的啟動、停止、重啟和遷移等操作。所以虛擬機的安裝和部署都要比物理機簡單很多，而從應(yīng)用的角度來看，用戶在使用虛擬機所提供的服務(wù)時，是體會不到虛擬機和物理機的區(qū)別的。

（2）可靠性強：集群規(guī)模的擴大會導(dǎo)致故障率的提升。如果虛擬機出現(xiàn)故障，不會對物理機有影響。而如果物理機出現(xiàn)故障，那么可以對虛擬機進行動態(tài)遷移到其他能夠正常運行的物理機上，所以基本上沒有影響。

（3）隔離性好：不同的虛擬機之間是完全隔離的，所以它們不會相互干擾。

隨著多核系統(tǒng)、集群以及分布式計算的廣泛使用和部署，虛擬化技術(shù)顯示出很強的商業(yè)應(yīng)用優(yōu)勢，既能降低IT成本，增強資源的可伸縮性，還可以增強系統(tǒng)安全性和可靠性，虛擬化的概念也被人們所熟知和接受。

虛擬化平臺—VMware vSphere

現(xiàn)在廣泛使用的虛擬化軟件有VMware、OpenStack、Xen Server和KVM等等。本節(jié)將詳細介紹VMware的解決方案。vSphere是VMware公司推出來的一套服務(wù)器虛擬化解決方案，目前最新版本是6.0。vSphere主要包括三大組件：ESXi、VMware vCenter Server和VMwareClient。

ESXi是虛擬機平臺管理程序，它內(nèi)置了一個VMware Kernel（虛擬化管理內(nèi)核）。與其競爭對手相類似，ESXi可以直接安裝和運行在裸機器上，將物理服務(wù)器上的CPU、內(nèi)存和存儲資源虛擬化之后，提供給虛擬機使用。ESXi及其管理的物理服務(wù)器就稱為虛擬主機。ESXi是整個解決方案的基礎(chǔ)與核心，正是它體現(xiàn)了虛擬化技術(shù)的優(yōu)越之處。因為ESXi打破了“每個物理服務(wù)器只能運行一個操作系統(tǒng)”的束縛，使得每臺物理服務(wù)器能夠運行多個不同的操作系統(tǒng)，而且它們彼此之間互不干擾、獨立運行。而這正是服務(wù)器虛擬化的本質(zhì)。通過同時運行多個操作系統(tǒng)，ESXi提高了整個物理服務(wù)器的資源利用率，有效地避免了采用傳統(tǒng)技術(shù)而導(dǎo)致的服務(wù)器使用率普遍不高所造成的浪費。

VMware vCenter Server是虛擬化平臺管理中心控制系統(tǒng)，用來管理ESXi虛擬主機和運行在其上的虛擬機，并提供虛擬機遷移（vMotion）、高可用性（HA）和資源優(yōu)化（DRS）等功能。vMotion是在虛擬機管理中起著關(guān)鍵作用的技術(shù)，可以把一個運行中的虛擬機從一臺虛擬主機上平滑地遷移到另一臺虛擬主機上。這里的平滑是指虛擬機在遷移的過程中不停機，它所提供的服務(wù)不受任何影響。在虛擬主機需要進行維護或者重啟，而運行在其上面的虛擬機又不能停機的情況下，vMotion就能發(fā)揮它的作用了。HA是High Available（高可用性）的縮寫，HA是vMotion技術(shù)的自動版，當一個虛擬主機宕機后，vCenter Server會把其上運行的全部虛擬機遷移到其他空閑的虛擬主機上重啟運行，由此保障虛擬機不會因為某一臺虛擬主機的宕機而無法使用。DRS是Distributed Resource Scheduler（分布式資源調(diào)度）的縮寫，是VMware的一種資源調(diào)度程序，它能在不同的資源池之間監(jiān)控各種資源的利用率，并根據(jù)業(yè)務(wù)需要和用戶預(yù)先設(shè)定的規(guī)則，在多個虛擬機之間動態(tài)分配可用資源。

VMware Client是客戶端，用戶可以通過VMware Client登錄到VMware vCenter Server對整個虛擬主機集群（包括虛擬機、網(wǎng)絡(luò)、存儲等資源）進行全面的管理。

虛擬化技術(shù)在高校信息化中的應(yīng)用實例

由于虛擬化技術(shù)具有提高IT基礎(chǔ)設(shè)施利用率，降低成本方面的顯著效果，在國內(nèi)外的高校都得到了快速的普及。

（1）馬歇爾大學(xué)：馬歇爾大學(xué)在美國西弗吉尼亞，是該地區(qū)內(nèi)歷史最悠久的公立高等教育機構(gòu)。該大學(xué)的工程師利用vSphere延長了一個超負荷的數(shù)據(jù)中心的使用壽命，同時還降低了IT開銷，加快了服務(wù)器的調(diào)配速度。

（2）上海杉達學(xué)院利用vSphere，提高了數(shù)據(jù)中心內(nèi)的CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)和磁盤等計算資源的使用率，從而得出結(jié)論，在實施虛擬化之后，各項原先空閑的資源均得以充分利用，在相同的能耗下，發(fā)揮出了更高的效能。

（3）佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院從2013年開始通過虛擬化技術(shù)淘汰了將近一半的舊服務(wù)器。這些舊服務(wù)器由于使用時間都超過7年，有的甚至超過10年，技術(shù)落后，故障頻發(fā)且能耗較高。而在這些舊服務(wù)器上運行的業(yè)務(wù)又是學(xué)校的核心應(yīng)用系統(tǒng)，例如郵件服務(wù)器，辦公系統(tǒng)等等。所以出于保證業(yè)務(wù)系統(tǒng)穩(wěn)定性與提高IT基礎(chǔ)設(shè)施的效率，降低能耗的考慮，信息中心決定淘汰舊服務(wù)器的同時，將運行在舊服務(wù)器的業(yè)務(wù)系統(tǒng)遷移到vSphere虛擬化平臺上。到目前為止，在vSphere上運行的虛擬機已經(jīng)超過了200臺，為學(xué)校的教學(xué)、辦公提供了有力的支持。如果使用傳統(tǒng)的技術(shù)，那就需要購買200臺物理服務(wù)器。而使用虛擬化技術(shù)，信息中心只需要購買10臺刀片服務(wù)器，并部署vSphere虛擬化平臺，不僅節(jié)省了大量機房的空間，也降低了能耗。與此同時，工程師可以通過vSphere提供的客戶端軟件登錄到VMware vCenter Server，即可遠程對全部虛擬機進行管理，極大地降低了管理的難度與復(fù)雜度。

結(jié)語與展望

本文詳細介紹了虛擬化技術(shù)，包括虛擬化技術(shù)的概念、原理和優(yōu)點。本文還詳細介紹了當前使用最廣泛的虛擬化平臺VMware vSphere，介紹了它的三大組件及各自的功能，并以此為例子將服務(wù)器虛擬化的本質(zhì)揭示出來。接著文中介紹了使用vSphere作為服務(wù)器虛擬化的三個高校，它們都無一例外地達到了提高IT基礎(chǔ)設(shè)施使用效率的目的。

當前虛擬化技術(shù)發(fā)展迅速，服務(wù)器虛擬化只是第一步，當然也是很關(guān)鍵的一步?，F(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)和存儲虛擬化技術(shù)都在快速發(fā)展。

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)是指對一個物理網(wǎng)絡(luò)虛擬化成多個邏輯網(wǎng)絡(luò)。常見的例子是VLAN。隨著軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)虛擬化的內(nèi)涵也在改變。當前業(yè)界對于網(wǎng)絡(luò)虛擬化的理解是建立在服務(wù)器虛擬化的基礎(chǔ)之上。在服務(wù)器虛擬化中，虛擬機能夠在不同的虛擬主機之間遷移，但由于虛擬機受限于具體網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境。而網(wǎng)絡(luò)虛擬化的目標正是要實現(xiàn)在多種虛擬機管理平臺間保持虛擬機遷移的靈活度，可以將任何虛擬機遷移至任何地方，讓虛擬機不受特定集群、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境甚至是地域的限制。

存儲虛擬化是對存儲硬件進行抽象化，屏蔽掉存儲系統(tǒng)的復(fù)雜性與多樣性，使得很多不同廠商的、異構(gòu)的存儲設(shè)備能夠虛擬化成一個存儲資源池，由一個統(tǒng)一的平臺來管理這個資源池。服務(wù)器能夠通過這個統(tǒng)一的平臺調(diào)用存儲資源，對數(shù)據(jù)進行具體的讀寫操作對于服務(wù)器是透明的。

現(xiàn)在業(yè)界已經(jīng)提出要發(fā)展數(shù)據(jù)中心虛擬化。而服務(wù)器虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化與存儲虛擬化都是數(shù)據(jù)中心虛擬化必不可少的前提?？梢韵胂?，當網(wǎng)絡(luò)虛擬化與存儲虛擬化技術(shù)都發(fā)展成熟的時候，數(shù)據(jù)中心虛擬化也就不遠了。

伍世楊（1987－）男，漢族，廣東肇慶人，佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院，助教，碩士，研究方向為虛擬化與云計算。

廣東省普通高校青年創(chuàng)新人才項目 編號：2015KQNCX179