虛擬化技術(shù)在計(jì)算機(jī)機(jī)房管理中的應(yīng)用研究

戴冬生

（江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 211168）

1 虛擬化技術(shù)在計(jì)算機(jī)機(jī)房管理中的應(yīng)用

1.1 技術(shù)涵義

虛擬化技術(shù)是一項(xiàng)可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)及大量程序，將各個(gè)獨(dú)立操作系統(tǒng)運(yùn)行在虛擬主機(jī)，并將操作系統(tǒng)中的服務(wù)器和內(nèi)存等抽象化實(shí)體資源進(jìn)行直觀呈現(xiàn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)[1]。在計(jì)算機(jī)機(jī)房管理領(lǐng)域中，對(duì)虛擬化技術(shù)的應(yīng)用，有效解決了傳統(tǒng)技術(shù)體系中面臨的資源使用受地域條件與架設(shè)方式限制、多個(gè)操作系統(tǒng)無(wú)法保持并行運(yùn)行狀態(tài)、操作系統(tǒng)獨(dú)立性受到影響等技術(shù)難題。

從應(yīng)用角度來(lái)看，虛擬化技術(shù)的涵義體現(xiàn)在桌面、硬件設(shè)施、存儲(chǔ)以及網(wǎng)絡(luò)四方面的虛擬化。例如，在桌面虛擬化方面，基于數(shù)據(jù)中心服務(wù)器來(lái)構(gòu)建虛擬化的桌面操作系統(tǒng)，在遠(yuǎn)端服務(wù)器中采取鏡像方式來(lái)存儲(chǔ)相關(guān)信息，用戶可以使用各類(lèi)設(shè)備來(lái)訪問(wèn)虛擬機(jī)，輸入正確賬號(hào)密碼即可進(jìn)入桌面操作系統(tǒng)，在系統(tǒng)上執(zhí)行操作。而在硬件設(shè)施虛擬化方面，應(yīng)用虛擬化技術(shù)來(lái)構(gòu)建虛擬的計(jì)算機(jī)環(huán)境，根據(jù)使用需求在虛擬環(huán)境中配置管理數(shù)據(jù)，通過(guò)硬件設(shè)施和虛擬計(jì)算機(jī)環(huán)境，可以直接對(duì)計(jì)算機(jī)狀態(tài)進(jìn)行控制、管理，實(shí)現(xiàn)軟件功能[2]。

1.2 技術(shù)應(yīng)用特征

在計(jì)算機(jī)機(jī)房管理領(lǐng)域中，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，虛擬化技術(shù)有著安全性、保真性和高性能的應(yīng)用特征。其中，安全性特征為，計(jì)算機(jī)機(jī)房中的物理硬件設(shè)施的管理權(quán)限交付虛擬機(jī)管理器，基于虛擬化技術(shù)所建立的虛擬環(huán)境程序及配套操作系統(tǒng)并不具備直接訪問(wèn)硬件設(shè)施的權(quán)限，確保機(jī)房硬件設(shè)施運(yùn)行安全。保真性特征為，系統(tǒng)程序在物理硬件設(shè)施以及虛擬機(jī)兩個(gè)層面上的操作指令執(zhí)行行為完全一致，雖然受時(shí)間因素影響，虛擬機(jī)層面的指令執(zhí)行速度相對(duì)較慢，但并不會(huì)就此影響到執(zhí)行行為。而高性能特征為，管理人員將基于機(jī)房硬件設(shè)施和虛擬機(jī)管理器向系統(tǒng)程序下達(dá)并執(zhí)行控制指令，指令的下達(dá)、執(zhí)行效果并不會(huì)受到外部環(huán)境的干擾，使其具備優(yōu)異的使用性能。

1.3 技術(shù)應(yīng)用價(jià)值

在計(jì)算機(jī)機(jī)房管理方面，虛擬化技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值體現(xiàn)在控制管理成本、改進(jìn)資源供應(yīng)方式、增強(qiáng)擴(kuò)展性與互操作性、滿足動(dòng)態(tài)使用需求、保證數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)安全五方面。例如，在控制管理成本方面，既可以通過(guò)建立云端架構(gòu)方式的虛擬化系統(tǒng)來(lái)降低計(jì)算機(jī)機(jī)房的前期采購(gòu)成本，包含顯示器在內(nèi)的云端計(jì)算機(jī)平均采購(gòu)價(jià)格在2 000 元/套左右，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)采購(gòu)價(jià)格則在3 500～4 000 元/套，且云端計(jì)算機(jī)的工作效率并不會(huì)隨著設(shè)備使用年限的增加而產(chǎn)生明顯變化，實(shí)際使用壽命較長(zhǎng)。同時(shí)，虛擬化技術(shù)還將起到減少物理資源數(shù)量、自動(dòng)完成中央管理任務(wù)、負(fù)載管理自動(dòng)化、定期清理桌面病毒等作用，計(jì)算機(jī)機(jī)房管理的實(shí)際工作量有所減小，客觀層面上取得降低機(jī)房運(yùn)營(yíng)管理成本的效果。

在改進(jìn)資源供應(yīng)方式方面，虛擬化技術(shù)可以做到對(duì)更小單位的資源分配，與傳統(tǒng)物理資源分配方式相比，資源單位的劃分更為精確，并在運(yùn)行期間出現(xiàn)崩潰問(wèn)題后的極短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)，不會(huì)受到操作系統(tǒng)或是硬件設(shè)備等因素干擾造成無(wú)法及時(shí)恢復(fù)。

而在滿足動(dòng)態(tài)使用需求方面，用戶基于虛擬化操作系統(tǒng)，可以在系統(tǒng)運(yùn)行期間實(shí)時(shí)對(duì)資源部署方案與配置結(jié)構(gòu)加以動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而滿足自身的使用需求，并在不影響使用情況的條件下，下達(dá)物理資源刪除、改變以及升級(jí)等操作指令。

1.4 技術(shù)基礎(chǔ)框架

在計(jì)算機(jī)機(jī)房管理方面，虛擬化技術(shù)體系由上述的桌面、硬件設(shè)施、存儲(chǔ)以及網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)所組成，各項(xiàng)虛擬化技術(shù)的基礎(chǔ)框架結(jié)構(gòu)存在差異性。以桌面虛擬化技術(shù)的基礎(chǔ)框架結(jié)構(gòu)為例，如圖1所示，框架結(jié)構(gòu)由四個(gè)層級(jí)組成，從上到下分別為客戶端設(shè)備、虛擬客戶機(jī)、虛擬連接服務(wù)器以及虛擬化服務(wù)器云。具體如下：其一，客戶端設(shè)備負(fù)責(zé)向用戶提供直接訪問(wèn)虛擬桌面的渠道，用戶通過(guò)機(jī)房計(jì)算機(jī)、筆記本電腦等終端設(shè)備，登錄正確賬號(hào)密碼后可以直接進(jìn)入虛擬桌面，在性能較為落后的設(shè)備上運(yùn)轉(zhuǎn)程序系統(tǒng)，可以延長(zhǎng)硬件設(shè)備的實(shí)際使用壽命，且在計(jì)算機(jī)使用期間不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)垃圾。其二，虛擬客戶機(jī)負(fù)責(zé)在用戶提供的客戶機(jī)上運(yùn)行虛擬化軟件系統(tǒng)，基于遠(yuǎn)程連接協(xié)議，在軟件服務(wù)中執(zhí)行交互操作，以此起到改善用戶體驗(yàn)的作用。其三，虛擬連接服務(wù)器負(fù)責(zé)保持用戶以及客戶端的穩(wěn)定連接狀態(tài)，具體表現(xiàn)為采取目錄服務(wù)驗(yàn)證等多種方法來(lái)識(shí)別用戶真實(shí)身份，確定身份無(wú)誤后向其提供連接服務(wù)，由虛擬機(jī)接收連接請(qǐng)求。其四，虛擬化服務(wù)器云在桌面虛擬化系統(tǒng)中起到核心的管理作用，負(fù)責(zé)向服務(wù)器云導(dǎo)入鏡像文件和虛擬磁盤(pán)，基于用戶使用需求來(lái)提供相應(yīng)的系統(tǒng)服務(wù)[3]。

圖1 虛擬技術(shù)基礎(chǔ)框架圖

2 虛擬化技術(shù)在計(jì)算機(jī)機(jī)房管理中的具體應(yīng)用

2.1 操作系統(tǒng)中應(yīng)用

在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)機(jī)房管理模式中，為滿足使用需求，普遍選擇同時(shí)配置多種操作系統(tǒng)，由于各個(gè)操作系統(tǒng)的操作要點(diǎn)、軟件產(chǎn)品版本型號(hào)存在明顯差異，導(dǎo)致用戶在使用期間需要頻繁切換多種操作系統(tǒng)，操作流程較為煩瑣，容易出現(xiàn)運(yùn)行癱瘓問(wèn)題，這也是機(jī)房管理期間面臨的一項(xiàng)主要問(wèn)題。

而對(duì)虛擬化技術(shù)的應(yīng)用，首先，通過(guò)使用虛擬網(wǎng)卡設(shè)備以及虛擬交換機(jī)，可以在虛擬計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中安裝多種操作系統(tǒng)及軟件程序，用戶將在同臺(tái)計(jì)算機(jī)上自由切換各類(lèi)操作系統(tǒng)，以及保持一定數(shù)量應(yīng)用程序的并存運(yùn)行狀態(tài)，消除各類(lèi)程序系統(tǒng)間的影響，用戶直接訪問(wèn)DHCP 服務(wù)器、Web 服務(wù)器、FTP 服務(wù)器等。其次，可以降低對(duì)計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備的性能要求，控制硬件設(shè)備采購(gòu)成本與運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，以及減少計(jì)算機(jī)機(jī)房管理活動(dòng)的工作量。最后，基于虛擬化技術(shù)，具備了開(kāi)展安全防范演示實(shí)驗(yàn)的技術(shù)條件，在避免計(jì)算機(jī)設(shè)備因遭受網(wǎng)絡(luò)病毒入侵造成運(yùn)行癱瘓等嚴(yán)重?fù)p失的前提下，用戶可以在虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中模擬網(wǎng)絡(luò)病毒入侵路徑和攻擊過(guò)程[4]。

2.2 網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)管理中應(yīng)用

在網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)管理場(chǎng)景中，對(duì)虛擬化技術(shù)的應(yīng)用，具備了構(gòu)建虛擬化網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臈l件，用戶直接登錄網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在虛擬環(huán)境中觀摩實(shí)驗(yàn)過(guò)程、執(zhí)行實(shí)驗(yàn)操作，管理人員僅需開(kāi)展實(shí)驗(yàn)預(yù)約安排、設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)等基礎(chǔ)性工作，這對(duì)優(yōu)化資源配置結(jié)構(gòu)、提高管理效率和消除系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)隱患有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。與此同時(shí)，如果僅采取單一的虛擬化技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)管理期間將面臨著缺乏過(guò)程評(píng)價(jià)機(jī)制、忽視過(guò)程管理等問(wèn)題，進(jìn)而影響到管理效果。因此，需要在網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中同時(shí)應(yīng)用到虛擬化技術(shù)和電子實(shí)驗(yàn)檔案技術(shù)，電子實(shí)驗(yàn)檔案本質(zhì)上是一項(xiàng)具備高度個(gè)性化特征的過(guò)程信息管理系統(tǒng)，在系統(tǒng)運(yùn)行期間采取多種媒體方式對(duì)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中產(chǎn)生的文本、音頻、視頻圖像資料等信息加以收集存儲(chǔ)，以此來(lái)展示實(shí)驗(yàn)過(guò)程，起到便于網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)管理工作開(kāi)展、增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)管理活動(dòng)的交互性及反思性、用戶方可通過(guò)電子實(shí)驗(yàn)檔案來(lái)參與實(shí)驗(yàn)過(guò)程、提供在線評(píng)價(jià)與服務(wù)評(píng)價(jià)功能等多重作用。

為解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)管理模式中，管理人員或用戶需要分別向各PC 機(jī)下達(dá)操作指令的問(wèn)題，簡(jiǎn)化原本煩瑣的操作方式，可選擇應(yīng)用桌面虛擬化技術(shù)，采取集中管理方式來(lái)取代分散管理方式，將機(jī)房?jī)?nèi)指定數(shù)量與編號(hào)的PC 機(jī)集中至虛擬服務(wù)器端，通過(guò)服務(wù)器端直接向大量PC 機(jī)下達(dá)實(shí)時(shí)控制指令，單人同時(shí)可管理的客戶端數(shù)量高達(dá)數(shù)百上千個(gè)。與此同時(shí)，操作系統(tǒng)對(duì)硬件設(shè)備的性能要求較為寬泛，管理人員與用戶可以直接使用平板電腦、手機(jī)等智能移動(dòng)設(shè)備來(lái)承載虛擬桌面環(huán)境，或是使用機(jī)房?jī)?nèi)配置的PC 機(jī)作為終端設(shè)備。例如，在某高校計(jì)算機(jī)機(jī)房中，為滿足教學(xué)需求，配置三百余臺(tái)PC 機(jī)，安裝了多種操作系統(tǒng)與大量應(yīng)用軟件，如果采取傳統(tǒng)管理方式，系統(tǒng)軟件的安裝、調(diào)試時(shí)間為3～7 天，而對(duì)虛擬化技術(shù)的應(yīng)用，系統(tǒng)軟件的安裝調(diào)試時(shí)間縮短至5小時(shí)。

2.3 維護(hù)計(jì)算機(jī)機(jī)房硬件設(shè)施場(chǎng)景中應(yīng)用

在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)機(jī)房管理模式中，硬件設(shè)施頻繁出現(xiàn)運(yùn)行故障問(wèn)題的主要原因在于用戶頻繁切換操作系統(tǒng)，以及同時(shí)對(duì)多類(lèi)設(shè)備下達(dá)操作指令，以此為誘因，引發(fā)磁盤(pán)受損等問(wèn)題出現(xiàn)，需要在計(jì)算機(jī)機(jī)房開(kāi)放期間頻繁開(kāi)展硬件設(shè)施維護(hù)檢修工作，更換全新的磁盤(pán)、內(nèi)存條等裝置，導(dǎo)致機(jī)房管理工作量和維護(hù)成本明顯增加[5]。

在這一管理背景下，對(duì)虛擬化技術(shù)的應(yīng)用，用戶所執(zhí)行各項(xiàng)操作均在虛擬子系統(tǒng)中進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)BIOS、CPU、內(nèi)存等設(shè)備的獨(dú)立操作目的，既可以減小硬件設(shè)施性能落后對(duì)操作指令執(zhí)行效果造成的影響，同時(shí)，在用戶長(zhǎng)時(shí)間使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，或是控制設(shè)備執(zhí)行較為復(fù)雜的操作指令時(shí)，憑借虛擬化技術(shù)的高性能特征，并不會(huì)對(duì)軟硬件設(shè)施造成嚴(yán)重?fù)p壞，進(jìn)而降低設(shè)備運(yùn)行故障出現(xiàn)率，保證操作系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而在客觀層面上達(dá)到助力計(jì)算機(jī)機(jī)房管理工作高質(zhì)量開(kāi)展的效果。

2.4 計(jì)算機(jī)機(jī)房開(kāi)放與門(mén)禁管理中應(yīng)用

在計(jì)算機(jī)機(jī)房開(kāi)放與門(mén)禁管理場(chǎng)景中，傳統(tǒng)機(jī)房管理模式采取人員出入登記的方式，要求用戶前往計(jì)算機(jī)機(jī)房使用硬件設(shè)備來(lái)開(kāi)展教學(xué)工作或是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并由管理人員在機(jī)房入口對(duì)用戶身份進(jìn)行確認(rèn)、登記，管理流程較為煩瑣，需要配置專(zhuān)職的管理崗位。

虛擬化技術(shù)的應(yīng)用，一方面，可以依托虛擬化系統(tǒng)向一卡通系統(tǒng)開(kāi)通門(mén)禁權(quán)限和身份識(shí)別功能，在用戶進(jìn)出計(jì)算機(jī)機(jī)房與登錄桌面系統(tǒng)時(shí)，由感應(yīng)式裝置獲取IC 卡中存儲(chǔ)的代碼信息，即可快速識(shí)別用戶身份，根據(jù)用戶權(quán)限等級(jí)判定是否執(zhí)行門(mén)禁機(jī)啟動(dòng)操作，并將用戶訪問(wèn)信息自動(dòng)上傳至計(jì)算機(jī)機(jī)房管理系統(tǒng)，便于管理人員查詢、統(tǒng)計(jì)，以此來(lái)提高管理效率、減少機(jī)房管理工作量和控制管理成本；另一方面，基于虛擬化技術(shù)建立云計(jì)算實(shí)驗(yàn)室，用戶在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，無(wú)需前往計(jì)算機(jī)機(jī)房，可以預(yù)先向計(jì)算機(jī)機(jī)房管理系統(tǒng)提交申請(qǐng)，待申請(qǐng)通過(guò)后，使用機(jī)房外終端設(shè)備，點(diǎn)擊特定鏈接來(lái)訪問(wèn)虛擬桌面，遠(yuǎn)程開(kāi)展實(shí)驗(yàn)操作。如此，既可以向用戶提供更為便捷的服務(wù)體驗(yàn)，提高計(jì)算機(jī)機(jī)房硬件設(shè)施的實(shí)際使用率，同時(shí)，還可以在計(jì)算機(jī)機(jī)房開(kāi)放時(shí)間段以外的時(shí)間向用戶提供計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)服務(wù)，減少硬件設(shè)施的空置時(shí)間，提高實(shí)際利用率。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，虛擬化技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用推廣，有力推動(dòng)了計(jì)算機(jī)機(jī)房管理體系的現(xiàn)代化變革，同時(shí)也提供了更為廣闊的發(fā)展空間。因此，必須肯定虛擬化技術(shù)在計(jì)算機(jī)機(jī)房管理領(lǐng)域中的應(yīng)用價(jià)值，盡早在門(mén)禁管理、機(jī)房開(kāi)放、網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)管理、硬件設(shè)施維護(hù)等場(chǎng)景中做到對(duì)虛擬化技術(shù)的落地應(yīng)用，建立起完善的虛擬化技術(shù)應(yīng)用體系。