基于IaaS的博州職院網(wǎng)絡(luò)中心信息系統(tǒng)改造

王世剛 劉玉強

(1.武漢城市職業(yè)學(xué)院計算機與電子信息工程學(xué)院 湖北 武漢：430064； 2.博爾塔拉職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息系 新疆 博爾塔拉蒙古自治州博樂市：833400)

博爾塔拉職業(yè)技術(shù)學(xué)院(博州職院)位于新疆博爾塔拉蒙古自治州博樂市，2017年3月由原博州中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校升格為高職院校。隨著辦學(xué)層次的提高，對外宣傳、學(xué)校信息系統(tǒng)整合、管理效率提升等工作逐漸提上日程。網(wǎng)絡(luò)中心作為核心部門，承擔(dān)著技術(shù)方面的工作，保障著學(xué)校網(wǎng)絡(luò)的運行和維護工作。

博州職院網(wǎng)絡(luò)中心現(xiàn)有中職和高職2個網(wǎng)站，由于開發(fā)時間和開發(fā)單位不一致，2個網(wǎng)站需要2臺服務(wù)器進行管理。教務(wù)管理系統(tǒng)采用的平臺由2臺服務(wù)器管理，分別放置數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)頁程序。圖書借閱系統(tǒng)采用1臺服務(wù)器進行管理，精品課程網(wǎng)站需要1臺服務(wù)器進行管理。目前教務(wù)平臺需要升級，由原協(xié)同辦公，教學(xué)管理等模塊升級為具有身份認證、信息門戶、數(shù)據(jù)交換、協(xié)同辦公、教學(xué)管理、學(xué)生管理等模塊，同時需6臺服務(wù)器管理網(wǎng)站數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，而且網(wǎng)絡(luò)流量需要根據(jù)不同訪問量進行分別管理。由于現(xiàn)階段中、高職還需同時辦學(xué)，所以中、高職網(wǎng)站還需要同時運行，同時放置在2臺服務(wù)器非常耗費電力資源，需進行整合。另外，精品資源課程管理系統(tǒng)和圖書借閱管理系統(tǒng)也需要整合進入高職網(wǎng)站服務(wù)器中。

目前博州職院網(wǎng)絡(luò)中心服務(wù)器數(shù)量多且較為分散，常常需要出入網(wǎng)絡(luò)中心或采用遠程桌面的方式進行管理，非常不方便。針對這些管理問題，本文提出利用虛擬化服務(wù)器方式，通過集群管理的基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(Infrastructure as a Service, IaaS)架構(gòu)對原有系統(tǒng)平臺進行改造，并對改造前后架構(gòu)進行對比分析，對網(wǎng)絡(luò)流量、CPU及內(nèi)存的使用情況進行測試，整體性能達到了預(yù)期目標(biāo)?；赩Mware vSphere平臺的數(shù)據(jù)中心為云計算系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)，通過VMware公司提供的vSphere SDK和vSphere API等開發(fā)工具和接口可以把當(dāng)前數(shù)據(jù)中心打造成提供IaaS的云計算系統(tǒng)[1]。

1 基于IaaS的信息系統(tǒng)平臺架構(gòu)原理

傳統(tǒng)的高校網(wǎng)絡(luò)中心信息系統(tǒng)平臺采用的是將Web服務(wù)及數(shù)據(jù)庫服務(wù)等應(yīng)用放置在1臺服務(wù)器中，而高校網(wǎng)絡(luò)中心涵蓋了多個Web服務(wù)及數(shù)據(jù)庫，需要放置于不同的服務(wù)器中，基礎(chǔ)設(shè)施使用較多，統(tǒng)一管理及資源調(diào)度困難。基于IaaS的信息系統(tǒng)平臺，將多個Web服務(wù)及數(shù)據(jù)庫服務(wù)等放置在基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)中，通過統(tǒng)一資源調(diào)度和集中平臺管理，解決了傳統(tǒng)高校網(wǎng)絡(luò)中心信息系統(tǒng)平臺分散，無法集中管理的問題。虛擬化技術(shù)避免了“一臺服務(wù)器、一個操作系統(tǒng)、一種應(yīng)用”的孤島模式[2]。

高校聚集有大量的數(shù)字資源，云計算可以將資源無縫隙地提供給師生使用，師生以享用服務(wù)的形式享用這些資源，這便是云計算的3個核心要素——資源集中、能力發(fā)布和服務(wù)模式[3]。此次高校網(wǎng)絡(luò)中心信息系統(tǒng)平臺改造正是基于IaaS思想，將傳統(tǒng)的服務(wù)器進行整合，利用IaaS的基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)，通過虛擬化及構(gòu)建資源池的方法，將分散的Web服務(wù)及數(shù)據(jù)庫服務(wù)統(tǒng)一進行管理。原有教務(wù)系統(tǒng)，學(xué)生管理系統(tǒng)，中、高職網(wǎng)站及后臺管理平臺遷移至新的基于IaaS的信息系統(tǒng)平臺架構(gòu)，能夠?qū)Ψ?wù)器性能進行監(jiān)控，實時了解和掌握基礎(chǔ)架構(gòu)的性能，為教務(wù)系統(tǒng)，學(xué)生管理系統(tǒng)，中、高職網(wǎng)站及后臺管理平臺等提供技術(shù)保障。

2 網(wǎng)絡(luò)中心信息系統(tǒng)平臺改造實施方案

博州職院中、高職官方網(wǎng)站訪問量較教務(wù)管理系統(tǒng)平臺少，服務(wù)器配置較低。原教務(wù)管理系統(tǒng)平臺所在服務(wù)器配置較高，圖書借閱管理系統(tǒng)和精品資源課程管理系統(tǒng)訪問量較大，服務(wù)器配置較高。經(jīng)過分析，可以將原有教務(wù)管理系統(tǒng)平臺從配置較高的服務(wù)器中遷移出去，將中職和高職官方網(wǎng)站放置于原教務(wù)管理系統(tǒng)平臺所在的服務(wù)器中。新購置1臺高性能服務(wù)器，采用服務(wù)器虛擬化方式進行教務(wù)管理系統(tǒng)的整合，完善管理能力，提高教務(wù)管理系統(tǒng)的使用效率。根據(jù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中心服務(wù)器多且管理困難的問題，設(shè)計改造流程圖進行梳理，如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)中心改造流程圖

云計算本身具有高性能、高可用性和易用等特點，基于云計算技術(shù)構(gòu)建的云資源管理平臺提供統(tǒng)一化多維度的管理功能，能夠保證平臺管理的可靠性和安全性[4]。

(1)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖設(shè)計

根據(jù)整個網(wǎng)絡(luò)中心改造流程，構(gòu)建出博州職院網(wǎng)絡(luò)中心改造后的架構(gòu)圖，如圖2所示。

圖2 改造后的信息系統(tǒng)架構(gòu)圖

(2)搭建中、高職網(wǎng)站新平臺

原中、高職網(wǎng)站所需服務(wù)器2臺。為進行集中管理，采用Vmware Esxi服務(wù)器虛擬化平臺進行整合，將原有中、高職網(wǎng)站遷移到1臺服務(wù)器中。

(3)搭建教務(wù)管理系統(tǒng)新平臺

教務(wù)管理系統(tǒng)平臺升級需要大量服務(wù)器資源，因此新購入1臺性能較高的服務(wù)器進行服務(wù)器虛擬化配置，采用Vmware Esxi版本進行整合。原教務(wù)平臺數(shù)據(jù)遷移后，同樣采用Vmware Esxi版本進行整合。根據(jù)教務(wù)管理系統(tǒng)平臺要求，需要虛擬化5臺服務(wù)器，供教務(wù)管理系統(tǒng)平臺使用，分別為QG1-QG5。將新購置的服務(wù)器分別進行服務(wù)器的虛擬化工作，并采用Vcenter Server架構(gòu)進行服務(wù)器集群化管理。采用OVP(虛擬機管理平臺)，構(gòu)建硬件資源，可動態(tài)調(diào)整服務(wù)器集群環(huán)境，實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)控和管理。

(4)教務(wù)平臺整合后網(wǎng)絡(luò)分配情況，教務(wù)平臺整合后網(wǎng)絡(luò)流量基本平穩(wěn)，偶爾有峰值出現(xiàn)。通過分析發(fā)現(xiàn)，峰值情況的出現(xiàn)是因為在此期間教職工及學(xué)生大量登錄錄入成績、查看成績以及選課等。這多發(fā)生在學(xué)期初和學(xué)期末。為避免期初和期末教職工及學(xué)生大量登錄錄入成績、查看成績以及選課情況造成網(wǎng)絡(luò)擁塞，決定對QG1-QG4這4臺服務(wù)器中的網(wǎng)絡(luò)流量進行分流。如圖3所示，可以看到將QG1-QG2通過虛擬交換機的方式放在一個網(wǎng)絡(luò)端口下，將QG3-QG4通過再虛擬一臺交換機的方式放在另一個網(wǎng)絡(luò)端口下，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)流量分流處理。

(5)網(wǎng)絡(luò)中心改造出現(xiàn)的問題及對策

服務(wù)器虛擬化過程中，出現(xiàn)的問題比較多，需要根據(jù)實際情況進行排查解決，主要體現(xiàn)在兩個方面。

一是虛擬化安裝過程中出現(xiàn)服務(wù)器RAID卡識別不了的問題。這種情況需要查詢兼容性列表，查詢VMware ESXi對應(yīng)的版本所支持的RAID卡。此次改造中就出現(xiàn)了對聯(lián)想RD430服務(wù)器軟RAID不支持的情況。安裝VMware Esxi版本過程中，服務(wù)器首先需要進行RAID陣列的配置。配置后，可以正常安裝VMware ESXi，但安裝到檢測磁盤位置時，找不到磁盤。此問題根本原因是由于RAID驅(qū)動無法在ESXi中找到。解決辦法是購買硬RAID卡，安裝到服務(wù)器中即可。

二是虛擬化過程中有硬RAID卡，配置后仍然不能在VMware ESXi安裝過程中找到磁盤。此情況是由于不同廠家對于VMware ESXi中的驅(qū)動封裝不一致導(dǎo)致，這種情況就要去服務(wù)器廠商的官方網(wǎng)站，下載對應(yīng)的VMware ESXi版本。此次改造遇到這樣的問題，DELL R730服務(wù)器在安裝VMware ESXi時，使用的是硬RAID卡，并進行配置，但安裝過程中仍舊無法找到磁盤。到戴爾官方網(wǎng)站下載了對應(yīng)的DELL R730 VMWARE ESXi 5.5定制版本update3，問題解決。

3 實施效果對比

計算機的運行能耗最具備云計算平臺能耗特性的即為虛擬機運行能耗。云計算平臺的虛擬化技術(shù)使其具備服務(wù)器整合、在線遷移、可隔離、高可用性、低管理開銷特性[6]。

網(wǎng)絡(luò)中心改造前有7臺服務(wù)器同時在運行，采用KVM平臺進行管理，不具備遠程集中管理能力，無法根據(jù)服務(wù)器資源使用情況進行有效調(diào)度。根據(jù)教務(wù)管理系統(tǒng)平臺需求，還需新增4臺服務(wù)器，如采用改造前方案，則服務(wù)器需要達到11臺，并需增加1臺KVM進行統(tǒng)一管理。改造后，使用4臺服務(wù)器便可將原有架構(gòu)的11臺服務(wù)器所需功能全部完成，降低能源消耗，可進行集中管理。采用虛擬化服務(wù)器方式，使用Vcenter server進行服務(wù)器集群管理，虛擬機可根據(jù)不同資源使用情況進行有效調(diào)度和遷移，同時可以通過遠程進行實時管理虛擬服務(wù)器。

開啟分布式資源調(diào)度程序根據(jù)對資源池資源負載的動態(tài)監(jiān)控，合理觸發(fā)均勻分配規(guī)則，最終實現(xiàn)資源池中的物理服務(wù)器之間重新分布虛擬機的目的，解決了原來網(wǎng)絡(luò)中心服務(wù)器不具備遠程集中管理能力。

采用虛擬化之前，只能逐一查看單個服務(wù)器CPU、內(nèi)存及網(wǎng)絡(luò)流量情況。當(dāng)CPU、內(nèi)存和網(wǎng)絡(luò)流量資源使用率達到90%，只能等待資源完全釋放，否則業(yè)務(wù)訪問將變得非常緩慢，甚至無法訪問的情況。比如當(dāng)學(xué)生同時瀏覽教務(wù)系統(tǒng)進行選課，虛擬化前的單臺服務(wù)器會由于瞬時訪問人員增多，導(dǎo)致CPU、內(nèi)存及網(wǎng)絡(luò)流量達到峰值，將服務(wù)器資源消耗完，導(dǎo)致無法訪問的情況，采用虛擬化方式，將業(yè)務(wù)服務(wù)器虛擬化，并使用分布式資源調(diào)度DRS，當(dāng)瞬時訪問人數(shù)增多時，把資源耗盡的這臺虛擬機遷移到空閑資源中，這時，大量學(xué)生選課仍然可以繼續(xù)正常訪問服務(wù)器資源，不會感覺到無法訪問或者很慢的情況發(fā)生。

對于網(wǎng)絡(luò)中心進行虛擬化改造還可以對管理效率及能耗進行改善，如表2所示。

表2 網(wǎng)絡(luò)中心改造前后管理效率及能耗說明

4 結(jié)語

(1)新疆博州職院網(wǎng)絡(luò)中心改造項目，對原有傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中心進行改造，通過系統(tǒng)集成，使用虛擬化及資源池技術(shù)，極大提升了網(wǎng)絡(luò)中心的管理能力，提高了信息系統(tǒng)管理能力，減少了采購成本，降低了能耗。

(2)在平臺整合的需求分析、系統(tǒng)規(guī)劃、實施過程中，碰到了一些問題，需要和網(wǎng)絡(luò)中心管理人員進行有效溝通。

(3)改造后的信息系統(tǒng)平臺運行穩(wěn)定，能通過監(jiān)測手段對基礎(chǔ)架構(gòu)的設(shè)施進行有效監(jiān)控，防止單點故障的產(chǎn)生。同時，為下一步的更多信息化平臺擴充提供了技術(shù)保障。