虛擬機技術(shù)在遠程教育中的應用

楊倩 高雅潔

新疆信息工程學校，新疆 烏魯木齊 830013

引言

人才是第一資源，是國家發(fā)展的戰(zhàn)略資源。教育是人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)，科技手段在教育上的運用可以改進教學法并推動人才的培養(yǎng)?，F(xiàn)代遠程教育是隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新型教育方式。計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，特別是因特網(wǎng)(internet)的迅猛發(fā)展，使遠程教育的手段有了質(zhì)的飛躍，成為高新技術(shù)條件下的遠程教育。

遠程教育平臺一般需要提供音視頻課件點播和文件下載等服務，遠程學員可以利用這個平臺進行在線學習和課件軟件等的下載。如果采用傳統(tǒng)的服務器架設方式，為實現(xiàn)以上功能，就必須架設三臺服務器：包括 WEB服務器、流媒體服務器和FTP服務器。雖然這樣可以在服務器版本的操作系統(tǒng)中建立多個服務器角色方式，但是這樣會帶來兩個問題：1）所有的服務都依賴于同一個操作系統(tǒng)，不方便管理也不利于安全；2）服務器一旦例行停機檢修將無法繼續(xù)為用戶提供服務。為了解決這兩個突出問題，必須架設多個服務器，但是不但會增加能耗，而且購置成本也會大幅上升。業(yè)界經(jīng)過長期摸索和大量實踐，虛擬機技術(shù)得到了快速推廣和應用，在一定程度上提高了服務器硬件資源的利用率，并大大縮減了應用成本。

1 虛擬機技術(shù)

1.1 虛擬機技術(shù)概況

在一臺服務器（通常稱為宿主機）上將硬盤和內(nèi)存的一部分拿出來虛擬出若干臺機器（通常稱為虛擬主機），每臺虛擬主機可以運行單獨的操作系統(tǒng)而互不干擾，這些虛擬出來“新”主機各自擁有自己獨立的CMOS、硬盤和操作系統(tǒng)，就可以像使用普通服務器一樣對它們進行分區(qū)、格式化、安裝系統(tǒng)和應用軟件等操作，還可以將這幾個虛擬主機聯(lián)成一個網(wǎng)絡。當任意多的虛擬主機系統(tǒng)崩潰之后可直接刪除而不影響宿主機系統(tǒng)，同樣的宿主機系統(tǒng)崩潰后也不影響虛擬系統(tǒng)，可以在宿主機重新安裝操作系統(tǒng)之后，再加載以前做的虛擬主機系統(tǒng)。利用虛擬機軟件可以在不需要重開機的情況下，在同一臺宿主機上同時運行好幾個虛擬主機。

1.2 虛擬機軟件選擇

在眾多虛擬機軟件中，被廣泛應用的主要有VMware ESX、Virtual PC和Xen等。浪潮電子信息產(chǎn)業(yè)股份限公司支連意工程師，曾使用對照實驗法，即在相同的物理條件下，分別測試Xen虛擬機內(nèi)部應用性能、Xen虛擬機穩(wěn)定性與VMware ESX虛擬機內(nèi)部應用性能、VMware ESX虛擬機穩(wěn)定性。測試結(jié)果表明，無論是虛擬主機內(nèi)部應用的性能還是虛擬主機穩(wěn)定性，Xen虛擬機均與VMware虛擬機有一定差距。在使用相同硬件通過相同軟件測試時，VMware虛擬主機事務的響應時間較Xen虛擬主機均有不同程度的縮短。當Xen虛擬機在測試壓力較大時，可能出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。而Virtual PC對于Linux操作系統(tǒng)和64位操作系統(tǒng)的支持上帶有明顯的硬傷，所以在選用虛擬機軟件的時候，VMware公司的虛擬機產(chǎn)品受到市場的追捧。

1.3 VMware ESX的特性

VMware ESX有很多特性用以支持高可用集群。

1.3.1 快照技術(shù)

快照就是將虛擬主機某個時刻的所有服務運行狀態(tài)作為一個文件備份下來。這種技術(shù)可以在虛擬主機中病毒等導致系統(tǒng)崩潰，或者應用被非法篡改導致某些服務中斷等情況下，快速恢復到快照記錄下的那個時刻。這種恢復不只是虛擬主機硬盤數(shù)據(jù)的恢復，同時會恢復快照時刻的內(nèi)存情況，從而可以在極短的時間內(nèi)恢復服務。

1.3.2 虛擬主機遷移技術(shù)

虛擬主機遷移技術(shù)可以將在VMware ESX服務器上運行的虛擬主機以在線的方式整體遷移到其他的VMware ESX服務器上。這種技術(shù)因為是在線的形式，用戶在使用服務的過程中不會感到服務的中斷。這個遷移過程就能使得服務在不中斷的情況下能夠?qū)⒉糠炙拗鞣掌魍C維護。

1.3.3 高可用性技術(shù)

宿主服務器不能保證長時間的7×24小時全年服務而不出故障。如果某臺宿主服務器的硬件出現(xiàn)故障而導致其停機，工作與其上的所有虛擬主機將全部停止。高可用性技術(shù)可以迅速讓這些虛擬主機在其他VMware ESX宿主服務器上重新啟動，保證了服務的可靠性。

1.3.4 資源調(diào)度技術(shù)

資源調(diào)度技術(shù)是以虛擬主機遷移技術(shù)為基礎(chǔ)的。VMware ESX利用虛擬主機遷移技術(shù)自動的監(jiān)測各ESX宿主服務器的資源運行情況，將運行壓力比較大的虛擬主機通過遷移，讓較為空閑的ESX宿主服務器來完成服務，提高了服務器的資源利用率。

以上的功能除快照外都是通過VMware的集群技術(shù)實現(xiàn)的。這種集群技術(shù)一般要求宿主服務器采用共享存儲網(wǎng)絡才能實現(xiàn)切換，也正是因為虛擬主機采用了共用存儲才能使得某臺宿主服務器因為故障停機時不會影響服務的提供。

采用了虛擬機遷移、高可用性以及資源調(diào)度技術(shù)的VMware ESX，在組成了具有高可用性的集群之后非常適合作為遠程教育平臺的服務器端。這樣的方案非常容易實現(xiàn)冗余，提升了整體的可靠性，同時還能有效的降低設備的投入成本。

2 基于VMware ESX的遠程教育服務端方案

根據(jù)遠程教育的服務器需求（WEB、流媒體和FTP服務三大功能），結(jié)合虛擬機技術(shù)，制定出如下負載均衡、安全可靠的方案。

兩臺裝好VMware ESX軟件的宿主服務器，將其中的每臺宿主服務器劃分成三個虛擬主機，一個實現(xiàn)WEB服務，一個實現(xiàn)FTP服務，一個實現(xiàn)流媒體服務。每個宿主服務器需要雙網(wǎng)卡，每塊網(wǎng)卡都接到一個智能三層千兆交換機上。其中的一個三層交換機和存儲數(shù)據(jù)的磁盤陣列連接上，同時接一臺課件存儲服務器于其上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源能方便的導入到支持IP-SAN方式的磁盤陣列中；另一臺三層交換機上接上一臺管理VMware ESX宿主服務器的PC。通過這臺三層交換機，兩臺ESX宿主服務器就在負載均衡之后連接到內(nèi)網(wǎng)與外部互聯(lián)網(wǎng)交界的邊界路由器(如圖1所示)。

當需要對兩臺ESX宿主服務器進行例行停機維護的時候，利用虛擬主機遷移技術(shù)先將一臺宿主服務器上的虛擬主機遷移到另一臺宿主服務器上，就可以對遷出的那臺服務器進行停機維護，極大方便了硬件維護。

圖1 遠程教育服務器虛擬化示意圖

3 實驗與分析

筆者在評價虛擬化整合價值時，主要以用戶的訪問受虛擬化影響程度為指標，對該平臺的虛擬主機遷移和高可用性功能的切換時間進行15次對比測試。得下表1的結(jié)果：

表1 虛擬化整合價值評價參數(shù)表

從上表1可以看出，在負載一般的情況下，一臺虛擬主機在兩臺宿主服務器間遷移需要的總時間平均為27秒，用戶體驗到的服務中斷時間平均為2秒。如果意外關(guān)閉其中一臺宿主服務器，高可用性功能將于約4秒左右在另一臺宿主服務器上，開啟沒有工作的虛擬主機，而虛擬主機啟動到提供正常服務又需要一段時間（時間長短主要受宿主服務器分配給虛擬主機硬件資源的制約）。試驗表明，試驗的硬件條件平均耽誤用戶享受服務的時間為76秒，這均小于人的等待耐受時間90秒，即虛擬化整合后，服務器能基本滿足遠程教育對服務可靠性的需求。

4 結(jié)束語

基于VMware ESX共享存儲的虛擬機遷移及高可用性在千兆級別的局域網(wǎng)中已經(jīng)可以基本滿足用戶對于服務可靠性的需求了。但是這種快速遷移需要高帶寬來保證用戶等待服務時間的短暫，所以在廣域網(wǎng)中還不能實現(xiàn)，宿主服務器的空間距離還需要在局域網(wǎng)范圍之中。VMware的虛擬化產(chǎn)品已經(jīng)越來越明顯的適應云計算時代的到來，相信在未來以云計算為基礎(chǔ)的按需學習，以及以移動云為基礎(chǔ)的泛在學習將給教育和學習方式帶來更為深刻的變化。

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