服務器虛擬化在數字化校園建設中的應用

徐　輝

(安徽電子信息職業技術學院 網絡中心，安徽 蚌埠　233000)

服務器虛擬化在數字化校園建設中的應用

徐輝

(安徽電子信息職業技術學院 網絡中心，安徽 蚌埠233000)

摘要：高校數字化校園建設需要搭建大量的應用支撐平臺和業務系統，數據中心要準備很多服務器，將面臨設備利用率低、運營成本高，管理維護復雜，平臺可靠性不高等問題。首先分析了服務器虛擬化技術特點，而后根據某高校數字化校園項目規劃及建設方案搭建了服務器虛擬化運行平臺，闡述了服務器虛擬化在推動數字化校園建設中的巨大優勢。

關鍵詞：云計算；虛擬化；數字化校園；VMware

中圖分類號：TP393.1

文獻標識碼：A

文章編號：1009-2714(2015)04- 0029- 06

doi:10.3969/j.issn.1009-2714.2015.04.007

收稿日期：2015—09—21

基金項目：安徽電子信息職業技術學院教科研項目(ADZX1412)

作者簡介：徐輝(1981-)，男，安徽蚌埠人，安徽電子信息職業技術學院講師，工程碩士，研究方向為網絡與信息安全。

隨著信息產業技術的不斷發展，2015年初，國家為培育信息產業新業態，降低社會創業成本，培育新興產業、新的經濟增長點,發文促進云計算機創新發展。云計算是分布式計算、并行計算、網絡存儲、設備冗余、負載均衡、虛擬化等多種技術融合發展演進的技術，實現了計算、存儲、網絡等資源的整合與按需分配。各高校在教育信息化建設、數字化校園建設中，數據中心逐步采用基于云計算的模式，以提高各種軟硬件資源的利用率，提升各種應用部署效率，有效降低機房能耗，節約機柜空間，節約信息化建設成本，為數字化校園建設提供一個可靠、管理方便、擴展性強的平臺[1]。

1虛擬化技術

1.1　服務器虛擬化技術

虛擬化技術是云計算的關鍵技術。它將高性能服務器虛擬出多臺虛擬機，每臺虛擬機對用戶來說，都可以提供完整靈活的虛擬硬件資源，比如CPU、內存、磁盤、網卡、存儲等。用戶可以在一臺物理服務器上獨立安裝和運行多個操作系統和應用程序，提高了單臺物理服務器的利用率。同時虛擬化技術支持資源定制，可以根據不同的應用需求差異化分配CPU個數，內存容量，存儲空間等計算資源，實現資源按需分配。

1.2　存儲區域虛擬化技術

存儲區域網絡(SAN)虛擬化技術將分散的存儲資源映射成一個邏輯上的存儲卷，主機直接使用映射的存儲卷，不用關心實際物理存儲空間是來自本地硬盤還是存儲區域網絡的某些硬盤。存儲虛擬化技術可以靈活地分配存儲空間，具體物理存儲空間的分配可根據應用的使用情況動態調整，即各應用分配的只是邏輯上的空間，不完全占用物理存儲空間，提升了存儲空間的利用率[2]。

1.3　虛擬化技術平臺的選擇

可供高校在實施數字化校園項目建設中選擇的，業界流行的虛擬化平臺有微軟公司的Hyper-v、VMware公司的VMware vSphere、思杰公司的Xen Server等。其中VMware公司的產品應用最為廣泛，市場占有率最高，其產品技術成熟、體系完整、管理工具齊全，可供查詢的技術資料最多。選用VMware vSphere平臺作為數字化校園項目的虛擬化硬件平臺物理拓撲如圖1所示。它由存儲、光纖交換機、物理服務器、存儲網絡、IP網絡、管理客戶端等組成[3]。將多臺物理服務器分別與IP網絡和SAN存儲網絡連接，使用VMware vSphere平臺，以磁盤陣列存儲為基礎建立虛擬化服務器集群，在此集群上創建虛擬機用于部署數字化校園平臺各種應用。

圖1　VMware vSphere虛擬化硬件平臺物理拓撲

2數字化校園平臺規劃及云計算需求

高校數字化校園建設的目標是在基于云計算模式的“IT基礎設施層”基礎上，完成“應用支撐層”的搭建。通過部署高校各項“業務應用”系統，錄入基礎信息數據，實現基礎信息在各應用系統之間共享與交換。對信息數據進行整合、數據挖掘和綜合處理，更好的為學校教育教學提供信息支持。在政策法規與信息標準體系和信息安全與運行維護體系保障下，實現PC應用端、WEB端、移動應用端的數字化校園信息“綜合服務展現”，使數字資源充分得到利用，拓展了教育教學的空間與時間，提高了教育管理水平與運行效率，實現了教育過程的全面信息化。如圖2所示為某高校的數字化校園項目云計算體系架構模型。

圖2　云計算基礎體系架構模型

2.1　應用支撐平臺

2.1.1共享數據中心平臺共享數據中心平臺是對數字化校園中各種結構化與非結構化數據進行統一管理的平臺，實現統一的數據資源交換與應用共享，為數字化校園平臺提供深層次數據挖掘與數據分析形成決策支持，是實現教育過程全面信息化的重要基礎。

2.1.2統一身份認證平臺建立統一的身份認證系統，實現各種數字化校園應用統一的用戶管理與權限控制。

身份認證系統是根據師生用戶身份來授權訪問數字化校園的資源，是數字化校園安全防護的第一道關卡。通過建立統一的身份認證系統，把原有應用系統分散管理的用戶數據集成，指定集中的認證技術規范，采用基于分布式用戶數據庫共享方式，實現身份信息數據庫同步更新，保障了用戶信息數據的統一與完整。用戶通過單點登錄，一次認證就可以訪問所有授權應用系統資源，做到真正意義的集中認證。提升了用戶訪問的便捷性、可靠性，提高了工作效率。統一身份認證系統同時具有可擴展性和可集成性，避免了高校信息化建設重復開發，保護現有投資。

2.1.3統一信息門戶平臺高校面向社會公眾和校內師生發布的各種信息將集中到統一信息門戶平臺。統一信息門戶平臺的信息可以來源于數字化校園平臺各應用系統的信息推送，也可以來源于信息集中發布。針對不同用戶角色會呈現不同信息版塊，如對校領導會展示學校教師、學生、教學資源等統計信息，對學生會展示本學期課表、選課等信息，平臺還支持信息版塊的個性化定制與外觀樣式調整，以增強用戶體驗。

2.2　業務應用系統

在應用支撐平臺之上實現數字化校園的所有功能，涵蓋教育教學、管理過程的全面信息化部署的應用系統有：學生綜合管理系統、教師管理與服務系統、教務綜合管理系統、辦公自動化管理系統、科研管理系統、移動應用校園平臺、綜合信息查詢系統、網絡教學資源庫平臺、實驗室管理系統、資產設備管理系統等。

2.3　云計算需求

根據數字化校園建設規劃，應用支撐平臺和業務應用系統要部署在18臺服務器上，具體分布情況及性能與環境要求如表1所示。從表中得知數字化校園項目對服務器等硬件的數量和性能上要求較高，若采用傳統方式把各種應用分散部署在單臺物理服務器上，數字化校園項目的建設和維護成本會很高。

3服務器虛擬化平臺的部署

依據前面論述的某高校數字化校園平臺項目規劃及云計算需求，擬通過配置4臺高性能服務器做虛擬化服務器集群，采用VMware vSphere實現服務器虛擬化功能虛擬出此項目所需的服務器主機，充分發揮現有服務器的性能，提高設備利用率。通過vCenter對虛擬化服務器應用進行集中的管理，方便后期的運營維護。同時使用VMware vSphere with Operations Management管理虛擬機的狀態及相關操作，主要包括工作負載分析；健康狀況分析；容量狀況分析等。

3.1　ESXi和vCenter的安裝

ESXi是VMware vSphere的核心組件，它負責將物理服務器上的CPU、內存、網絡、存儲空間等資源虛擬給多個虛擬主機使用。這里選用最新版的ESXI5.5和vCenter5.5進行安裝。ESXi和vCenter的安裝很簡單，主要包括下面幾個具體步驟：

1)安裝ESXi

使用ESXi的安裝光盤，設置機器從光盤引導，系統會自動從光盤中加載虛擬化程序進入虛擬化的安裝界面，安裝程序會自動進行安裝，不需要人為操作。安裝結束機器自動重啟后，根據界面顯示提示，輸入主機名，管理IP地址，修改登錄管理控制臺的密碼。同理，4臺虛擬化服務器采用同樣方法安裝虛擬化系統。

2)導入vCenter5.5模板

vCenter5.5直接導入將使安裝過程更加簡捷，使用安裝向導，在vSphere Client里導入模板OVF文件。輸入vCenter名稱，選擇安裝所在的datastore，填寫IP地址、DNS、掩碼等網絡安裝信息即可。

3)vCenter5.5配置

模板導入安裝完成后，啟動vCenter Server，使用Console登錄vCenter Server進行配置Default Gateway、Hostname、DNS、IP Address Allocation for eth0等信息。

表1　數字化校園服務器需求

3.2　虛擬化存儲規劃

存儲的規劃要考慮數據的安全性、完整性、高可用性及對異構平臺的支持，便于在服務器虛擬化平臺中進行集中管理，易于數據動態遷移。以EMC5500存儲為例，存儲規劃安裝過程如下：

1)創建存儲池

創建存儲池的類型為RAID Group，選擇Srorage Pool ID為最大(249)，至少配置機頭下1塊盤作為熱備盤，并創建RAID5， 以增加設備的可靠性。選擇的四塊盤power save狀態為no以創建系統盤。

2)LUN劃分

考慮到數字化校園應用的虛擬化平臺兼容性和擴展性在這里創建在RAID Group中創建2個LUN

3)注冊主機

4)創建存儲組并映射

5)添加主機，存儲配置完成，此時可在ESXi系統中查看掛載的盤以驗證配置結果。

3.3　虛擬化平臺配置

至此就可以通過VMware vSphere Client登錄vCenter進行虛擬化平臺初始化配置與維護操作了。

1)添加管理虛機和主機

首先新建數據中心，這個虛擬數據中心是一種容器，含操作虛擬機功能環境所需的全部清單對象。然后分別添加4臺服務器主機，再將主機添加到群集，主機的資源將成為群集資源的一部分，群集管理其中所有主機的資源。群集啟用 vSphere High Availability (HA) 和 vSphere Distributed Resource Scheduler (DRS) 解決方案，確保虛擬化平臺可平衡工作負載、最優化調度可用資源，在不中斷服務的情況下部署新的容量、實現虛機的遷移等操作，可監控和管理基礎架構，提升虛擬化平臺的服務級別[4]。

2)在ESXi平臺新建虛擬機

按照向導操作步驟，輸入虛擬機的名稱、存儲配置文件位置、要安裝的操作系統類型、磁盤大小等信息后即可完成虛擬機的創建。網卡、內存、CPU、硬盤等資源分配可在創建完成后或部署應用后隨時調整，平臺對虛擬化資源分配的靈活性很高。

首先從外部導入或手動建立數字化校園各種應用所需環境的系統模板，再創建數字化校園應用支撐平臺和業務應用系統所用的18臺虛擬機效率就會很高，創建好的虛擬機如圖3所示。日后，在此虛擬機化平臺上擴展新的應用亦是如此。

圖3　數字化校園平臺中的群集、主機、虛擬機

4服務器虛擬化技術在數字化校園平臺中的應用效果

利用服務器虛擬化技術構建數字化校園平臺，可以降低整體運營成本，提高建設與維護的效率、減輕維護的復雜度，提高數字化校園平臺運行的可靠性。既而有效推進數字化校園項目建設。具體應用效果如下：

1)降低整體運營成本

數字化校園平臺建設需要18臺物理服務器，現集中部署使用4臺服務器和存儲搭建的虛擬化服務器集群上，該集群還可承載其它云計算機應用，降低近50%的軟硬件投資建設成本；成倍提升服務器的利用率，減少服務器數量，節省機柜空間；節約計算中心計算設備、冷氣空調總體能耗。可以降低整體運營成本70%以上。[5]

2)提高建設與維護的效率、減輕維護的復雜度

一方面虛擬化技術使得物理資源數量減少，再通過集中管理，實時監控硬件運行狀況，管理人員無須再分別維護數量眾多的物理資源。另一方面通過虛擬化技術中的模板和映像等功能可以快速部署、實時遷移、維護更新操作系統和相關應用。從而提高建設與維護數字化校園的效率、減輕維護的復雜度。

3)提高數字化校園平臺運行的可靠性

虛擬化技術的VMotion、HA等功能使虛擬機不間斷服務器的狀態下自動完成宿主物理服務器的遷移，保障應用服務的連續。服務器集群化管理確保在部分物理服務器出現故障的情況下操作系統和應用的正常運行，保障關鍵應用系統不間斷服務。對比傳統單機運行模式，虛擬化技術的引入明顯提高了平臺運行的可靠性。

5結束語

利用服務器虛擬化技術搭建數字化校園硬件平臺取得的效益還是很明顯的，主要體現在投資建設和運維成本集約性，管理與維護的高效性，平臺運行高可靠性。可見引入服務器虛擬化技術會成為數字化校園平臺建設的主流趨勢。然而服務器虛擬化在解決應用數據備份、虛擬機間安全問題等方面還有待提高，高校信息化管理人員應給予重視。

參考文獻：

[1]陳樂，陳承科，王明曉.云計算技術在校園數字化建設中的應用[J].山東通信技術，2012，32(1)：10～13.

[2]許利軍，閃永強.云計算技術在數字化校園建設中的應用研究[J].新鄉學院學報(自然科學版)，2013，30(5)：346～347.

[3]顏亮，曾令菊.服務器虛擬化在高校數字化校園建設中的應用研究[J].桂林航天工業學院學報，2014，19(2)：100～101.

[4]VMware Inc.Distributed Resource Scheduler & Distributed Power Management[DB/OL]. http://www.vmware.com/cn/products/vsphere/features /drs-dpm，2015.

[5]蘇命峰.云計算環境下高校數據中心的虛擬化研究與實現[D].湖南：湖南大學，2015：53~56.

Application of server virtualization in digital campus construction

XU Hui

(Network Center,Anhui Vocational College of

Electronics & Information Technlogy,Bengbu233000,China)

Abstract:Digital campus construction needs to build a large number of application support platform and business system, and a lot of servers in digital center,so it will face the problem of low equipment utilization, high operating costs, complexity of management and maintenance ,as well as low platform reliability.This paper analyzes the characteristics of the server virtualization technology at first, then build a server virtualization platform according to a university's digital campus project plan and construction program, to describe the great advantages of the server virtualization in promoting the construction of digital campus.

Key words:cloud computing; virtualization; digital campus;VMware;