利用虛擬化技術構建校園信息化應用系統的實踐與思考

夏冉 劉開

摘要：虛擬化技術是近年來計算機發展的新趨勢，也是未來云平臺技術的重要組成部分。利用虛擬技術，可在整個架構范圍內共享多臺計算機的物理資源，提高現有資源的利用率、降低數據中心的運營成本、提高業務連續性。利用服務器虛擬化技術構建校園信息化系統具有相應的基礎架構、設計理念及運行狀況。

關鍵詞：虛擬化技術；校園信息化應用系統；利用；構建

中圖分類號：G710 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9094-C-（2014）06-0034-03

“虛擬化”是計算機科學中一個重要的概念和方法。廣義的虛擬化包括計算虛擬化、網絡虛擬化、存儲虛擬化等。實現虛擬化的方式和技術很多，網格（grid）計算/集群（cluster）計算是一種“合”方式的虛擬化，服務器虛擬化是一種“分”方式的虛擬化。[1]如今，具有強大處理能力的X86計算機硬件僅僅運行了單個操作系統和單個應用程序，這使得大多數計算機的硬件資源遠未得到充分利用。利用虛擬化技術，可以在一臺物理機上運行多個虛擬機，因而得以在多個環境間共享這一臺計算機的資源。不同的虛擬機可在同一臺物理機上運行不同的操作系統以及多個應用程序。

虛擬化平臺的構建基礎軟件可“轉變”或“虛擬化”基于X86的計算機的硬件資源（包括CPU、RAM、硬盤和網絡控制器），以創建功能齊全、可像“真實”計算機一樣運行其自身操作系統和應用程序的虛擬機。每個虛擬機都包含一套完整的系統，因而不會有潛在沖突。虛擬化的工作原理是，直接在計算機硬件或主機操作系統上面插入一個精簡的軟件層。該軟件層包含一個以動態和透明方式分配硬件資源的虛擬機監視器（或稱“管理程序”）。多個操作系統可同時運行在單臺物理機上，彼此之間共享硬件資源。由于是將整臺計算機（包括CPU、內存、操作系統和網絡設備）封裝起來，因此虛擬機可與所有標準的X86 操作系統、應用程序和設備驅動程序完全兼容。

一、虛擬化的基礎架構

利用虛擬基礎架構，可在整個基礎架構范圍內共享多臺計算機的物理資源。利用虛擬化技術可在多臺虛擬機之間共享單臺或者多臺物理機的資源，將X86服務器與網絡和存儲器聚合成一個統一的IT資源池，以實現硬件資源利用的最高效率，資源在多個虛擬機和應用程序之間共享，供應用程序根據需要隨時使用。這種資源優化方式有助于組織實現更高的靈活性，使資金成本和運營成本得以降低。

二、虛擬化架構設計理念

通過實現IT基礎架構的虛擬化，可以降低IT成本，同時提高現有資產的效率、利用率和靈活性。因此，可圍繞以下理念來完成筆者所在學校的虛擬化建設：（1）提高現有資源的利用程度。通過服務器整合將共用的基礎架構資源聚合在虛擬化共享池中，打破原有的“一臺服務器一個應用程序”模式。（2）降低數據中心成本。由于服務器及相關IT硬件更少，因此減少了占地空間，也減少了電力和制冷需求。采用更出色的管理工具可提高服務器/管理員比率，因此人員需求也得以減少。（3）提高業務連續性。虛擬化技術提高了硬件和應用程序的可用性，可安全地備份和遷移整個虛擬環境而不會出現服務中斷。消除計劃內停機，并可從計劃外故障中立即恢復。（4）實現了運營靈活性。由于采用動態資源管理，加快了服務器部署并改進了桌面和應用程序部署。（5）提高桌面的可管理性和安全性。可在所有標準臺式機、筆記本電腦或工作站上部署、管理和監視安全桌面環境，無論是否能連接到網絡，用戶都可在本地或以遠程方式對這種環境進行訪問。

三、配置方案

隨著教育信息化的普及，我們采用了越來越多的服務器等設備為信息化建設提供前端應用和后臺保障，但是由于電子產品存在使用年限的問題，在產品使用3～5年后，相關產品容易出現老化、損耗等不可避免的問題，為了防止因為這些問題而對教育教學業務系統產生影響，可對使用3年后的服務器進行更新。

由于信息系統越來越多，每個應用系統均需要占用一個獨立的服務器資源，但是在應用本身對于服務器性能的要求卻沒有充分利用，并且日后隨著教育信息化應用的拓展，信息系統會越來越完善，越來越多，不斷增加服務器使得應用安全和應用管理存在很大的風險。

我們通過虛擬化服務器對現有應用進行部分整合，利用現有的存儲系統，可保證存放于虛擬化服務器中的數據文件得到更大程度的應用，也保證了數據文件的安全性和完整性。

考慮到應用系統的數據流量以及業務的訪問量，我們選用曙光950服務器作為虛擬機服務器的應用服務器。該服務器最多可擴展至16顆CPU（每顆6核），完全可滿足日后數據流量不高的應用整合。只需4臺服務器即可完成多應用系統及數據的整合。

在現有環境下，可運用虛擬機來完成部分應用系統的整合。我們在4臺曙光服務器中安裝虛擬機，通過在虛擬機中部署不同的系統，分別將校園網DNS、學校門戶網站、公文流轉、學科網站、教育科研系統、安全管理系統、學籍管理系統、教學資源庫、電子圖書系統等9套虛擬服務器十幾個應用分配在4臺物理服務器上，通過虛擬機自帶的高可用軟件和動態數據分配創建好服務器的高可用集群。將校園網DNS、學校門戶網站、公文流轉等應用在其中一臺服務器上跑主應用，將學科網站、教育科研系統、FTP、安全管理系統、學籍管理系統等應用在另外一臺服務器上跑主應用，第三臺服務器同樣運行部分虛擬服務器應用，4臺服務器互為備份，這樣既確保服務器資源的高可利用性，也確保應用系統的業務并發帶寬。虛擬服務器系統配置方案如圖1所示。

在解決完服務器等系統問題后，出于安全及業務連續性考慮，我們部署了兩臺光纖存儲交換機以解決交換機存在的單點故障（當一臺光纖交換機因故障宕機，將會造成連接到存儲設備上的數據全部無法訪問）。每臺主機上配置兩塊光纖卡也是為避免服務器因為光纖卡或交換機損壞造成單條鏈路無法訪問。

筆者所在學校原有學科網站、教育科研系統、FTP、安全管理系統、學籍管理系統等服務器均已超出保修期，且性能已無法滿足現有業務流量的需求，需要購買新的服務器進行更換，出于安全和可用性考慮，雙機系統是一定要做的，所以至少需要更新10臺（甚至更多）服務器。當然，隨著應用需求的增多，服務器數量也隨之增加，能耗也越來越多，管理起來就越不方便，增加了管理人員的工作負擔。由于管理復雜，誤操作等人為失誤一定不可避免，因此安全性能也有所降低。使用虛擬機后，優勢明顯：只需要4臺高性能服務器做應用集中，服務器的數量減少了，耗電量降低了；虛擬機使用統一的系統管理界面，管理起來方便了，安全性也大大提高了。

四、系統運行情況

運用統一的管理界面進行監控和管理后，現有校園網DNS、學校門戶網站、公文流轉、學科網站、教育科研系統、FTP、安全管理系統、學籍管理系統等分別運行在4臺曙光服務器構建成的虛擬機應用平臺上，通過P2V（即物理機轉虛擬機）軟件轉換各個系統，再通過虛擬機的DRS和HA功能，實現了各個應用系統在4臺服務器間的資源均衡和故障切換。

五、應用分析

筆者所在學校啟用虛擬化系統運行以來，體會如下：（1）簡化了服務器配置。學校通過4臺服務器整合了城域網DNS、江陰教育網、公文流轉、學科網站、教育科研系統、FTP（學校網站、安全管理系統）、學籍管理系統等系統的10多臺服務器，使得服務器資源得到充分利用。（2）方便了系統管理。學校通過統一的管理界面，可方便地進行多個系統的日常維護和管理，在遠程即可完成任意系統的關機、啟動和重新啟動程序。（3）保證了應用的連續性。4臺服務器分別負載多個應用，由于建立了高可用配置，當某臺服務器出現硬件故障時，可在極短的時間內自動切換到可用服務器上，保證了用戶業務的連續性。（4）降低了日常開支。由于服務器數量的減少，維護成本的降低，設備的耗電量也降低了很多，空余的服務器還可用于其他低級應用，一系列的連鎖效應使總投入得到了很好的控制。

六、結語

虛擬機是一個成熟的服務器虛擬技術平臺，這對于需要盡可能簡化服務器硬件的用戶單位非常重要。它幾乎可立刻在新服務器上安裝，并可以在現有的正在使用的服務器上進行維護，而無需停機。

虛擬機另一種用法是用于災難恢復。虛擬機是與硬件分離的，運行在它上面的應用程序及操作系統可以立即遷移，讓安裝、維護以及遠程管理虛擬機的過程非常簡單。

虛擬化是當今IT行業的焦點，其技術優勢已得到業界的普遍認可，其應用已涉及各個領域，包括信息安全、軍事應用等[2]，虛擬化技術的普及和推廣已成為信息化技術發展的必然趨勢。[3]虛擬化影響著傳統的信息架構模式，它在信息架構的集中管理、集中存儲及信息全面集中的方案中有著顯著的優勢。虛擬化的使用，為筆者所在學校教育信息化應用系統的構建和管理工作提供了較大的幫助，同時也為學校節約了資源，為環保型節約社會作出了應有的貢獻。

參考文獻：

[1]夏建兵.淺談“虛擬化"技術[J].電腦知識與技術，2009（6）.

[2]袁菲.虛擬化技術在信息安全領域的應用[J].計算機安全，2008（10）.

[3]王新穎.四巨頭聯手共同推進虛擬化應用進程[J].網絡安全技術與應用，2008（4）.

（責任編輯：張志剛）