基于云計算的服務(wù)器虛擬化在高職院校實訓(xùn)平臺中的應(yīng)用研究

盧志標(biāo)

摘要：云計算機(jī)虛擬化服務(wù)器的體系架構(gòu)完全有別于個人以及超級計算機(jī)，實際上是一臺計算以及存儲性能非常強(qiáng)大的計算機(jī)，由數(shù)個低成本的計算資源有機(jī)融合而成，并且可以同時滿足數(shù)以千計的終端用戶的使用需求。運(yùn)用云計算服務(wù)器虛擬化技術(shù)手段組建高職院校的實訓(xùn)平臺，能夠行之有效的解決其在建設(shè)、運(yùn)維、管理等方面的傳統(tǒng)模式所帶來的弊端。本文首先通過對云計算服務(wù)器虛擬化技術(shù)的功能特點(diǎn)進(jìn)行闡述，然后詳細(xì)分析了云計算機(jī)系統(tǒng)在實訓(xùn)平臺建設(shè)管理中的作用，還對基于云計算機(jī)系統(tǒng)的實訓(xùn)平臺設(shè)計和實現(xiàn)進(jìn)行了分析，最后針對服務(wù)器虛擬化技術(shù)存在的安全風(fēng)險進(jìn)行分析并提出了解決措施。

Abstract： The architecture of the cloud computer virtualization server is quite different from that of an individual or a supercomputer， it is actually a computer with powerful computing and storage performance， which consists of several low-cost computing resources， and can meet the needs of thousands of end users. The application of cloud computing server virtualization technology in vocational training platform， can effectively solve the drawbacks of the traditional mode in construction， operation and maintenance， management and other aspects. Firstly， this paper describes the features of cloud computing server virtualization technology， and then analyzes the role of cloud computer system in the management of training platform construction， and then analyzes the design and implementation of the training platform based on cloud computing system， finally， analyzes the security risks of server virtualization technology and puts forward the solutions.

關(guān)鍵詞：云計算；服務(wù)器；實訓(xùn)平臺

Key words： cloud computing；server；training platform

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）06-0077-03

0 引言

云計算服務(wù)器虛擬化體系架構(gòu)完全有別于個人以及超級計算機(jī)，云計算通過服務(wù)器虛擬技術(shù)手段，其本質(zhì)上是一臺計算以及存儲性能非常強(qiáng)大的計算機(jī)，由數(shù)個低成本的計算資源有機(jī)融合而成，并且可以同時滿足數(shù)以千計的終端用戶的使用需求。運(yùn)用云計算服務(wù)器虛擬化技術(shù)手段組建高職院校的實訓(xùn)平臺，能夠行之有效的解決其在建設(shè)、運(yùn)維、管理等方面的傳統(tǒng)模式所帶來的弊端，本文通過對VMware虛擬化平臺與技術(shù)進(jìn)行研究，設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于云計算的服務(wù)器虛擬化技術(shù)在高職院校實訓(xùn)平臺建設(shè)中的成熟模式，該模式以云計算服務(wù)器虛擬化為關(guān)鍵技術(shù)，以客戶虛擬桌面為核心。

1 服務(wù)器虛擬化技術(shù)的功能特點(diǎn)

能夠高效、快捷地支持與處理大數(shù)據(jù)，吞吐率以及信息數(shù)據(jù)服務(wù)安全性極高，服務(wù)器虛擬化技術(shù)可以實現(xiàn)存儲和計算能力的無限延伸和縮小，能夠提供一個終端虛擬化、信息服務(wù)管理安全化的環(huán)境，可以大大降低實訓(xùn)平臺建設(shè)以及運(yùn)維成本。服務(wù)器虛擬化技術(shù)具有非常理想的可用性與擴(kuò)展性，并且能夠?qū)拵ЬW(wǎng)絡(luò)存儲系統(tǒng)以及存儲環(huán)境進(jìn)行有效優(yōu)化，基于云計算的服務(wù)器虛擬化技術(shù)使得模擬客戶桌面的管理難度以及成本大大降低，在桌面信息數(shù)據(jù)的備份與災(zāi)難恢復(fù)方面也具有傳統(tǒng)技術(shù)模式無可比擬的優(yōu)勢，除此之外基于云計算的服務(wù)器虛擬化技術(shù)系統(tǒng)能夠為訪問控制提供非常安全的環(huán)境。

2 基于云計算的服務(wù)器虛擬化在實訓(xùn)平臺建設(shè)管理中的作用

2.1 實訓(xùn)設(shè)備硬件配置問題

通常情況下，實訓(xùn)平臺PC及的故障絕大多數(shù)來源于主板、內(nèi)存、顯卡等硬件設(shè)備，或者由于實訓(xùn)平臺設(shè)配配置不統(tǒng)一或者配置不高，除此之外還因為由辦公環(huán)境以及實訓(xùn)模擬終端損壞甚至崩潰而導(dǎo)致的重新部署需要。

云計算服務(wù)器虛擬化技術(shù)對上述問題的解決思路為，對性能較高的服務(wù)器和寬帶網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行資源優(yōu)化整合，在云計算服務(wù)器虛擬化模式的基礎(chǔ)上，提供按照用戶實際需要使用與付費(fèi)的主機(jī)租用服務(wù)。如果在運(yùn)用Web界面平臺的情況下，管理員可以對實訓(xùn)環(huán)境進(jìn)行有效部署，這種模式可以行之有效地解決設(shè)備配置不統(tǒng)一，升級換代困難等弊端。

2.2 操作系統(tǒng)和軟件安裝問題

如果實訓(xùn)平臺計算機(jī)軟件由學(xué)生自行安裝或者卸載，可能會造成系統(tǒng)運(yùn)行速度慢、桌面凌亂，更嚴(yán)重者會導(dǎo)致服務(wù)崩潰。盡管實訓(xùn)平臺管理員可以對系統(tǒng)進(jìn)行重新安裝，但這會使大量人力與時間遭到浪費(fèi)。

云計算服務(wù)器虛擬化對此問題提出的解決思路是，通過運(yùn)用服務(wù)器虛擬化技術(shù)手段，建立一個位于用戶桌面的主映像，按照標(biāo)準(zhǔn)不同的分類，安裝系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，這些系統(tǒng)和應(yīng)用軟件能夠滿足各種各樣的實驗需求。

2.3 病毒防治問題

相對于個人主機(jī)，實訓(xùn)平臺的主機(jī)對病毒的感染與傳播防控能力更弱，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因是學(xué)生使用優(yōu)盤使得計算機(jī)病毒擴(kuò)散速度更快。云計算及服務(wù)器采用虛擬化技術(shù)手段向?qū)W生提供一個虛擬的客戶桌面，計算機(jī)病毒或者惡意程序在實訓(xùn)平臺管理員進(jìn)行發(fā)布以及部署之后，要想篡改程序均會失效。除此之外，由于沒有硬件設(shè)備，云終端能夠有效防控計算機(jī)病毒從系統(tǒng)內(nèi)部對實訓(xùn)系統(tǒng)進(jìn)行的攻擊。

2.4 需求與管理的協(xié)調(diào)問題

在高職院校內(nèi)不同的專業(yè)、年級的學(xué)生共同輪流使用實訓(xùn)機(jī)房，由于機(jī)房的主機(jī)的操作系統(tǒng)以及應(yīng)用程序均為固定安裝的，因此不可能對所有專業(yè)和年級的學(xué)生的實訓(xùn)需求給予滿足。云計算服務(wù)器虛擬化紫銅能夠運(yùn)用虛擬化技術(shù)手段建立一個包含豐富、大量內(nèi)容的應(yīng)用池。如果管理員在實訓(xùn)過程中有暫時應(yīng)用安裝需求，只需回收操作現(xiàn)已部署以及發(fā)布的虛擬客戶桌面主鏡像，增添所要使用與安裝的程序，并將其重新發(fā)布與部署即可，上述流程很好地解決了傳統(tǒng)實訓(xùn)機(jī)房的需求與管理的不協(xié)調(diào)問題。

3 基于云計算的服務(wù)器虛擬化技術(shù)的在實訓(xùn)平臺中的應(yīng)用

基于云計算的實訓(xùn)平臺拓?fù)鋱D見圖1。

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3.1 實訓(xùn)平臺的服務(wù)器虛擬化技術(shù)的核心組件和功能

通過VMware vSphere云操作系統(tǒng)，可以提供全程虛擬化的基本框架，其可用性與可操作性極佳，能夠?qū)崿F(xiàn)管理和監(jiān)控的集中化，通過vSphere虛擬平臺，能夠使全部程序以及服務(wù)在可操作性以及相應(yīng)快捷程度與靈敏性等方面達(dá)到高級別程度。

通過運(yùn)用View Connection Server（以下簡稱VCS），能夠?qū)崿F(xiàn)高級別的可用性，VCS能夠?qū)ξ锢矸?wù)器以及操作程序的運(yùn)行情況進(jìn)行全程、精準(zhǔn)地監(jiān)控與管理。VCS運(yùn)用全部關(guān)鍵虛擬技術(shù)，例如VMWare ESX、Microsoft Virtual Server等，能夠提高程序的可用性與可操作性，能夠?qū)崿F(xiàn)災(zāi)難恢復(fù)，能夠設(shè)置服務(wù)器以及管理存儲設(shè)備等，并為上述功能提供視圖以及管理平臺。

在運(yùn)用VMware的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)單一集成平臺向虛擬桌面的客戶端交付功能。View的構(gòu)建是建立在VMware vSphere的基礎(chǔ)之上的，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息資源的分配具有動態(tài)性，向終端用戶提供了一個相應(yīng)快捷、靈敏以及可用性極為理想的操作環(huán)境。View能夠按照用戶的實際需求對虛擬桌面服務(wù)進(jìn)行擴(kuò)展與縮減，對不斷發(fā)展變化的業(yè)務(wù)需求也能夠在最短時間內(nèi)滿足，對于計劃內(nèi)外的停機(jī)狀況也能夠有效地防范。

運(yùn)用兩臺雙核、四核以及內(nèi)存為8G的服務(wù)器構(gòu)成基礎(chǔ)的云計算服務(wù)，Windows2008的DHCP，如果安裝了WSUS以及vCenter Server服務(wù)器，其中前者的功能為進(jìn)行微軟產(chǎn)品的補(bǔ)丁操作，后者的任務(wù)為對由10臺配置以及性能均較高的服務(wù)器構(gòu)成的ESX群集進(jìn)行管理。

3.2 實訓(xùn)平臺的服務(wù)器虛擬化系統(tǒng)的接入和訪問

實訓(xùn)平臺的部署方式的特點(diǎn)是：資源、平臺集中，將本校機(jī)房和開放實驗室相結(jié)合。核心交換機(jī)通過平臺與學(xué)校各個機(jī)房相聯(lián)通，本校機(jī)房實訓(xùn)可以通過云計算系統(tǒng)輕松實現(xiàn)。如果在加裝路由器的條件下，可輕松實現(xiàn)核心交換機(jī)的聯(lián)網(wǎng)，實訓(xùn)環(huán)境也可以更加開放，可以實現(xiàn)用戶“隨時獲取、按需使用、隨時擴(kuò)展、按使用付費(fèi)”的要求，能夠更深層次和更大范圍內(nèi)實現(xiàn)實訓(xùn)平臺的共享化。

運(yùn)用VMware Client軟件，用戶能夠運(yùn)用收集客戶端等電子設(shè)備訪問為制定用戶量身打造的個人虛擬桌面，用戶只需輸入賬號和密碼，便可以輕松實現(xiàn)數(shù)據(jù)、應(yīng)用以及數(shù)據(jù)的漫游。用戶不會受到校園寬帶網(wǎng)絡(luò)的限制，通過4G網(wǎng)絡(luò)或者無線網(wǎng)絡(luò)對云主機(jī)進(jìn)行訪問，進(jìn)行實訓(xùn)實驗任務(wù)的有關(guān)訪問與操作行為。

按照建立在云計算機(jī)系統(tǒng)之上的實訓(xùn)平臺在配置方面的相關(guān)特征，用戶在實訓(xùn)平臺所運(yùn)用的客戶端工作站在功能方面具有以下特征：

①工作站安裝有三十二位或者六十四位的VMware View Client客戶端，能夠在VMware View的基礎(chǔ)上實現(xiàn)虛擬平臺與桌面的訪問。

②建立在Windows Server 2003/2008的基礎(chǔ)上，工作站能夠?qū)崿F(xiàn)桌面虛擬化，在這種配置環(huán)境下，PS、辦公然間等均可以更加順暢地運(yùn)行。

③對于那些內(nèi)存較大（大于2GB）的工作站來說，能夠運(yùn)用VMware ACE Workstation，建立在本地運(yùn)行基礎(chǔ)上的模擬桌面可以輕松實現(xiàn)。

④與虛擬桌面相對應(yīng)的云計算機(jī)可以保存于虛擬桌面相對應(yīng)的用戶數(shù)據(jù)，與此同時還能夠運(yùn)用動態(tài)目錄中的文件位置將用戶信息資料保存于與Activate Directory相連通的服務(wù)器存儲設(shè)備當(dāng)中。

3.3 實訓(xùn)平臺虛擬化軟件以及服務(wù)器的選擇

3.3.1 軟件的選擇

由于Hyper-V是一種微軟公司研發(fā)的虛擬化產(chǎn)品，因此對微軟的操作系統(tǒng)產(chǎn)品的兼容性非常理想，除此之外 Hyper-V是一款免費(fèi)軟件，因此高職院校在實訓(xùn)平臺建設(shè)過程中通常運(yùn)用Hyper-V來進(jìn)行服務(wù)器虛擬化。通常情況下運(yùn)用Hyper-V有兩種模式來進(jìn)行服務(wù)器虛擬化：

第1種模式：在實訓(xùn)機(jī)房的主機(jī)的操作系統(tǒng)選擇Windows Server 2008然后添加 “Hyper-V”角色；

第2種模式：在實訓(xùn)平臺機(jī)房主機(jī)直接安裝Hyper-V Server 2008。

Hyper-V Server 2008是在Hyper-Visor的基礎(chǔ)上研發(fā)的一款獨(dú)立虛擬化產(chǎn)品，可以免費(fèi)使用。但由于Hyper-V Server2008是一款獨(dú)立的基于服務(wù)器的系統(tǒng)，這種非基于圖形化界面的系統(tǒng)軟件在使用過程中有諸多不便，因此實訓(xùn)平臺建設(shè)過程中通常運(yùn)用前一種方法。

3.3.2 服務(wù)器的選擇

在實訓(xùn)平臺建設(shè)中通常選擇是兩臺Dell R710服務(wù)器。每臺服務(wù)器都有2片Intel至強(qiáng)5620四核CPU、 12GB DDR3內(nèi)存、3塊300GB SAS熱插拔硬盤和四個千兆網(wǎng)卡的全套標(biāo)準(zhǔn)配置，通過兩條千兆線路分別與兩臺核心交換機(jī)聯(lián)通。

3.3.3 服務(wù)器虛擬化方案

每臺服務(wù)器均有四個標(biāo)準(zhǔn)配置為4個邏輯CPU、 2.5GB內(nèi)存和50GB硬盤空間的實訓(xùn)虛擬機(jī)。每個實訓(xùn)虛擬機(jī)安裝了Windows Server 2003 操作系統(tǒng)和VMware Workstation虛擬化軟件。在每個實訓(xùn)虛擬機(jī)中還可以利用 VMware Workstation安裝多個虛擬機(jī)，滿足實訓(xùn)的要求。

4 基于云計算的服務(wù)器虛擬化技術(shù)在實訓(xùn)平臺中的應(yīng)用的安全問題及解決措施

就目前的發(fā)展現(xiàn)狀來看，基于云計算的服務(wù)器虛擬化技術(shù)仍然存在不少問題，特別是服務(wù)器虛擬化部署的安全問題尤為突出，主要問題及解決措施如下：

4.1 單點(diǎn)故障風(fēng)險

要考慮服務(wù)器硬件性能是否滿足需求。在一臺物理服務(wù)器上部署承載高職院校實訓(xùn)平臺應(yīng)用的多個虛擬服務(wù)器時，要提前做好應(yīng)對物理硬件發(fā)生故障的準(zhǔn)備，否則不能及時恢復(fù)將給高職院校實訓(xùn)平臺帶來災(zāi)難性的后果。

解決措施：我們可以同時使用另一臺物理服務(wù)器做鏡像備份和冗余設(shè)置，雖然增加了虛擬化成本，但當(dāng)故障發(fā)生時，備用服務(wù)器能立刻上線運(yùn)行，有效避免了服務(wù)器物理損傷而導(dǎo)致的全盤虛擬服務(wù)器崩潰。這也是大部分高職院校實訓(xùn)平臺所采用的方法，畢竟誰也保證不了物理服務(wù)器永遠(yuǎn)恒定。同時，對供電系統(tǒng)，防雷電干擾，散熱系統(tǒng)等等包括自然災(zāi)害的相關(guān)因素都必需考慮到。

同時最好為每一臺虛擬機(jī)映射一個獨(dú)立的物理磁盤分區(qū)，以便將其從邏輯上隔離，起到互不干擾的效果。尤其針對大型高職院校實訓(xùn)平臺的服務(wù)器集群。當(dāng)某一塊物理硬件出現(xiàn)故障，其對應(yīng)的應(yīng)用應(yīng)該能及時從這臺機(jī)器上動態(tài)遷移到別的機(jī)器上。這需要通過VMware、微軟等虛擬化平臺軟件實現(xiàn)，保證了應(yīng)用服務(wù)不會異常中斷，提供了高可靠性，減少損失。

4.2 潛在攻擊威脅

對于訪問者而言虛擬服務(wù)器和物理服務(wù)器沒有區(qū)別，同樣面臨被人惡意攻擊的風(fēng)險，一旦一臺有漏洞的虛擬機(jī)被攻陷，安全威脅就可以透過網(wǎng)絡(luò)散布到其它的虛擬機(jī)器，威脅整個虛擬機(jī)管理系統(tǒng)。

解決措施：要依賴于管理員，大多安全隱患就存在于虛擬機(jī)系統(tǒng)補(bǔ)丁的落后。更新系統(tǒng)補(bǔ)丁、應(yīng)用程序補(bǔ)丁在內(nèi)的補(bǔ)丁的及時性，對所允許運(yùn)行的服務(wù)、開放的端口等等都應(yīng)進(jìn)行審慎的考量，每臺虛擬機(jī)的安全策略也應(yīng)當(dāng)針對不同的作用而有所區(qū)別。保護(hù)物理服務(wù)器的穩(wěn)定安全，是安全防范工作的重中之重，畢竟物理服務(wù)器是虛擬服務(wù)器的根本。

網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架對安全的防護(hù)也很重要，體現(xiàn)在各虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立性。通過VLAN和不同的IP網(wǎng)段的方式可以實現(xiàn)對各虛擬機(jī)的邏輯隔離，有相互通信需求的虛擬服務(wù)器可采用VPN的方式來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，保護(hù)它們之間網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)陌踩?。此外，管理員還要有明確的監(jiān)控手段，如果不能了解各個虛擬機(jī)之間聯(lián)系，你將面對一個失控的虛擬服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)。

4.3 病毒侵害

關(guān)于病毒的防護(hù)，通常的做法是將每一個獨(dú)立的虛擬機(jī)單獨(dú)安裝殺毒軟件以及防木馬工具等。但其總體占用的系統(tǒng)資源對服務(wù)器而言也是很可怕的，只怕沒等病毒入侵，光憑眾多殺毒軟件所帶來的系統(tǒng)冗余就給你的系統(tǒng)拖得疲憊不堪了。

解決措施：可以由虛擬化平臺廠商與殺毒軟件廠商合作，專門開發(fā)出用于虛擬化平臺整合的殺毒軟件，相當(dāng)于為每一臺虛擬機(jī)設(shè)置一臺安全檢查設(shè)備，去過濾進(jìn)出這些虛擬機(jī)的所有流量，于是虛擬機(jī)器就不需要安裝任何的軟件便能得到保護(hù)。

4.4 虛擬機(jī)的數(shù)據(jù)安全保護(hù)

究其根本，虛擬機(jī)只是存儲在實體硬盤的幾個文件，一旦有人取得存取硬盤的權(quán)限，就能將這些文件復(fù)制到其它裝置，泄露出去。因此在權(quán)限管理上應(yīng)提出更高的要求，對共享文件也應(yīng)進(jìn)行加密處理。

解決措施：每臺虛擬服務(wù)器，都必需實施相應(yīng)的備份策略，對配置文件、虛擬機(jī)文件及其中的重要數(shù)據(jù)都要進(jìn)行備份。需要做完善的備份計劃，包括完整備份、增量備份或差量備份方式。此外，將數(shù)據(jù)和備份數(shù)據(jù)保存至其它服務(wù)器是行之有效的安全保護(hù)方法，但是這也增加了成本和管理復(fù)雜度。

5 結(jié)束語

高職院校如果將云計算服務(wù)器模擬化技術(shù)引入其實訓(xùn)平臺之后，將會為學(xué)生創(chuàng)建一個環(huán)境優(yōu)良、內(nèi)容豐富的實訓(xùn)平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生對于相對復(fù)雜的實訓(xùn)任務(wù)通過服務(wù)器虛擬平臺來完成，這在很大程度上降低了實訓(xùn)平臺建設(shè)以及運(yùn)維管理成本，提高了管理、運(yùn)維效率。雖然現(xiàn)階段這套技術(shù)尚缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但是憑借其超強(qiáng)的資源整合能力，在將來高職院校的實訓(xùn)平臺建設(shè)中必將會發(fā)揮越來越重要的作用。

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