虛擬化技術(shù)在高校多媒體管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉文茜

摘 要 在國家大力推行教育信息化建設(shè)的背景下，現(xiàn)有的多媒體管理模式，制約了教學(xué)工作發(fā)展進(jìn)程，不利于資源與信息化資源的擴(kuò)展整合。將虛擬化技術(shù)提供的資源優(yōu)化整合技術(shù)、便捷化管理的模式，應(yīng)用于多媒體教學(xué)設(shè)備管理中，以轉(zhuǎn)變現(xiàn)有管理模式，有利于加快高校教育信息化建設(shè)。

關(guān)鍵詞 虛擬化 多媒體 服務(wù)器虛擬化 虛擬桌面

中圖分類號：G647 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2018.01.007

Application of Virtualization Technology in University Multimedia

Management System

LIU Wenqian

（Wuhan University Education Technology and Teaching Service Center， Wuhan， Hubei 430072）

Abstract Under the background of vigorously promoting education informationization in our country， the current multimedia management mode has restricted the development of teaching work and is not conducive to the expansion and integration of resources and information resources. The virtualization technology to provide resources to optimize the integration of technology and convenient management model used in multimedia teaching equipment management， in order to change the existing management mode is conducive to accelerating the construction of college education information.

Keywords virtualization； multimedia； server virtualization； virtual desktop

1 多媒體管理現(xiàn)狀

1.1 集中管理困難

我校有460間多媒體教室，分布于地理位置分散的多棟教學(xué)樓內(nèi)，導(dǎo)致多媒體設(shè)備集中管理較為困難。為了滿足不同專業(yè)、學(xué)科老師的上課需求，多媒體教室均配備了計(jì)算機(jī)、投影、無線麥克風(fēng)等各種類型的設(shè)備，面對龐大的設(shè)備數(shù)量，要保障正常教學(xué)工作，只有細(xì)化管理工作。目前，每棟教學(xué)樓至少安排一名管理員，并配備更換的設(shè)備及耗材。致使現(xiàn)有的多媒體管理模式，建立在投入大量的人員保障和物質(zhì)成本的基礎(chǔ)上。隨著技術(shù)的革新，多媒體教室內(nèi)設(shè)備的日益多樣化、高科技化，依照目前管理的模式，往后政策性人員減少，管理人員不足的情況下，被動的管理模式，增加了教學(xué)的安全隱患。

1.2 維護(hù)效率低

課程安排的緊湊，使多媒體教室承擔(dān)著越來越多課堂教學(xué)任務(wù)。當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)崩潰或老師自帶U盤攜帶病毒，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)無法使用，往往會影響到正常的上課進(jìn)度。管理員需要時間來進(jìn)行故障排除，這樣嚴(yán)重打亂了教學(xué)計(jì)劃，造成上課老師的反感，還給教學(xué)帶來了負(fù)面影響。然而大部分的設(shè)備維修、系統(tǒng)重新部署和應(yīng)用更新，只能利用午休或者下班后教室無課的時間，無形中又增加了管理人員的工作量。此外，還有大量的多媒體設(shè)備需要維護(hù)，致使管理人員工作量大，日常的工作中窮于應(yīng)付各種不同的設(shè)備問題。

1.3 管理隊(duì)伍專業(yè)技術(shù)能力較弱

多媒體設(shè)備管理隊(duì)伍是教學(xué)重要的組成部分，工作中涉及計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等專業(yè)知識，但這方面專業(yè)技術(shù)人才少，一旦出現(xiàn)技術(shù)難題，發(fā)現(xiàn)和處理起來都很難快速準(zhǔn)確地判定。面對龐大數(shù)量的教學(xué)設(shè)備，繁重的維護(hù)工作，很難讓管理人員有專業(yè)培訓(xùn)和技術(shù)交流的機(jī)會。工作中，沒有專業(yè)理論知識做基礎(chǔ)，實(shí)施高效正確的應(yīng)對方法，對維護(hù)工作造成了阻礙。

2 相關(guān)技術(shù)

2.1 高可用

在虛擬化系統(tǒng)中，高可用是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能在理想的時間長度內(nèi)持續(xù)運(yùn)行的一種技術(shù)。實(shí)際的應(yīng)用中，單臺主機(jī)的虛擬化不足以提供一個高可用的系統(tǒng)服務(wù)，一旦主機(jī)發(fā)生故障，服務(wù)也將中斷，并且可能長時間無法恢復(fù)使用。建立多臺主機(jī)群集，實(shí)現(xiàn)群集內(nèi)的主機(jī)快速中斷恢復(fù)的能力，以保證系統(tǒng)服務(wù)的高可用效益。

高可用的實(shí)現(xiàn)原理：為每臺主機(jī)安裝代理軟件，主機(jī)之間通過代理通信，并選擇一臺主機(jī)作為首選主機(jī)（master），一般會選擇掛載數(shù)據(jù)存儲的數(shù)目最多的主機(jī)，其他主機(jī)為從屬主機(jī)（slave）。首選主機(jī)與管理服務(wù)器通信，并向其他從屬主機(jī)及其上運(yùn)行的虛擬機(jī)發(fā)送檢測信號，監(jiān)控其運(yùn)行狀態(tài)。一旦有從屬主機(jī)發(fā)送的檢測信號終止，首選主機(jī)判斷其發(fā)生故障，并自動做出相應(yīng)的處理。如果首選主機(jī)出現(xiàn)故障、電源關(guān)閉或從群集中移除，則按照數(shù)據(jù)存儲掛載的情況自動進(jìn)行重新選則。主機(jī)通過安裝在虛擬機(jī)上的監(jiān)控軟件交換檢測信號，持續(xù)監(jiān)控虛擬機(jī)，當(dāng)接收不到虛擬機(jī)發(fā)送檢測信號，判斷其故障并對其進(jìn)行重置。

2.2 分布式存儲

分布式存儲技術(shù)是全新的軟件定義的存儲層，在實(shí)現(xiàn)更安全、快速、吞吐量更大的大容量數(shù)據(jù)傳輸前提下，只需成本低廉的存儲。讓服務(wù)器的計(jì)算資源可以直連本地存儲設(shè)施，利用閃存SSD提供高性能讀/寫緩存，搭配固態(tài)硬盤HDD提供存儲容量。

體系結(jié)構(gòu)：基于存儲管理的策略，內(nèi)置冗余機(jī)制，通過為數(shù)據(jù)存儲生成多個副本，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲無單點(diǎn)故障。當(dāng)虛擬機(jī)負(fù)載變化時，動態(tài)地進(jìn)行資源調(diào)配及配置調(diào)整，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲負(fù)載平衡，且無論虛擬機(jī)位于集群中的任一臺服務(wù)器主機(jī)，虛擬機(jī)自身的存儲策略都不會改變。虛擬機(jī)存儲對象（虛擬機(jī)主目錄、VMDK、增量、交換）可分布在集群中多個磁盤和主機(jī)上。當(dāng)服務(wù)器主機(jī)、磁盤驅(qū)動器或網(wǎng)絡(luò)接口出現(xiàn)可允許的故障時，虛擬機(jī)會根據(jù)配置的存儲策略以及保留在集群中的多個節(jié)點(diǎn)上的虛擬機(jī)副本或條帶提供HDD性能使用共享的數(shù)據(jù)存儲，不需將故障節(jié)點(diǎn)上的所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移至其他的節(jié)點(diǎn)上。獨(dú)立節(jié)點(diǎn)僅包括虛擬機(jī)的部分?jǐn)?shù)據(jù)配置，所以分布式存儲結(jié)構(gòu)增加了數(shù)據(jù)存儲的可靠性。

2.3 vStorage API數(shù)據(jù)備份

通過vStorage API新型的備份方式對虛擬機(jī)進(jìn)行備份，不僅可以完整備份VM鏡像和快照，還可以對VM內(nèi)文件級別的數(shù)據(jù)備份。

vStorage API備份的原理：備份服務(wù)器發(fā)起備份策略，通知服務(wù)器創(chuàng)建快照。服務(wù)器接受到指令創(chuàng)建快照，快照位置跟鏡像在同一個文件系統(tǒng)內(nèi)?？煺胀瓿珊?，備份去mount鏡像所在的VMFS文件系統(tǒng)。備份服務(wù)器讀取文件系統(tǒng)將數(shù)據(jù)備份到物理磁帶庫或磁盤。備份完成后服務(wù)器自動刪除快照。

VDP的技術(shù)優(yōu)勢：基于vStorage APIs備份方式，無需在服務(wù)器上安裝代理，直接在虛擬架構(gòu)上部署備份虛擬機(jī)。采用重復(fù)數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)備份到磁盤，集成在管理服務(wù)器上，可直接通過客戶端操作。

3 虛擬桌面的應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)方案

改造位于三棟教學(xué)樓的114間多媒體教室，因課程安排緊湊，計(jì)劃并發(fā)多臺客戶端同時連接服務(wù)器的情況較多，要保證系統(tǒng)服務(wù)穩(wěn)定可持續(xù)地運(yùn)行，系統(tǒng)采用三臺物理服務(wù)器，并以虛擬機(jī)方式在服務(wù)器上部署多個管理服務(wù)器和安全服務(wù)器等實(shí)現(xiàn)整體架構(gòu)。

系統(tǒng)平臺底層采用穩(wěn)定、高效、易擴(kuò)展的超融合基礎(chǔ)架構(gòu)，具有服務(wù)器虛擬化和分布式存儲功能。服務(wù)器虛擬化功能支持服務(wù)器集群部署，單臺服務(wù)器可同時支持40路不同虛擬桌面的操作系統(tǒng)鏡像，通過服務(wù)器的內(nèi)置調(diào)度算法實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。分布式存儲技術(shù)采用存儲資源池的方式，存放操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)，并使用大容量閃存SSD來進(jìn)行讀寫加速，提高大規(guī)模場景下的桌面使用體驗(yàn)。系統(tǒng)同時提供全局的高可用功能，當(dāng)集群中的服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)、虛擬機(jī)及其軟件發(fā)生故障時，受影響的虛擬機(jī)可以在集群之內(nèi)的其它服務(wù)器上自動重啟恢復(fù)，數(shù)據(jù)也會自動完成重建。系統(tǒng)對桌面后臺的虛擬機(jī)以及虛擬機(jī)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行周期性備份，采用VDP技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速高效的備份，可設(shè)置備份策略和備份數(shù)據(jù)保存周期，并有源端重復(fù)數(shù)據(jù)刪除能力，節(jié)省存儲空間。

虛擬桌面便于操作，有和傳統(tǒng)桌面一樣的感受。虛擬機(jī)可安裝不同的教學(xué)操作系統(tǒng)和應(yīng)用，以滿足課堂教學(xué)使用，同時保證上課老師使用虛擬桌面時能正常使用U盤工具。

為方便統(tǒng)一管理，平臺提供單個圖形界面管理服務(wù)器和存儲資源，資源配置、修改、策略制定?？蛻舳司哂蠦/S架構(gòu)的統(tǒng)一管理界面，利用向?qū)降募汉捅镜夭渴鸱椒ǎ峁﹦討B(tài)添加和刪除集群節(jié)點(diǎn)的功能，實(shí)時顯示服務(wù)器的負(fù)載情況和在線用戶列表，支持對所有的賬號管理，以及對所有虛擬桌面一鍵關(guān)機(jī)的功能。管理人員通過管理客戶端可集中管理、實(shí)時監(jiān)控，并通過設(shè)置調(diào)配平臺自動化運(yùn)行策略，建立一個資源共享可動態(tài)分配，優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)以及不中斷服務(wù)的虛擬化平臺。

3.2 網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)

考慮到視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)占用帶寬較多，將圖像傳輸與數(shù)據(jù)傳輸接入不同的交換機(jī)，分兩路傳輸，網(wǎng)絡(luò)采用全千兆交換機(jī)，支持萬兆光口，接入交換機(jī)采用百兆到桌面。最后將每棟樓數(shù)據(jù)流匯聚到信息中心交換機(jī)，如圖1。

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

4 虛擬化系統(tǒng)應(yīng)用總結(jié)

4.1 提升了整個系統(tǒng)的運(yùn)維效率， 減輕了管理工作量

管理員登錄客戶端或?yàn)g覽器，即可對管理系統(tǒng)內(nèi)所有主機(jī)和其上運(yùn)行的虛擬機(jī)進(jìn)行單點(diǎn)集中管理。簡易的可視化操作界面，使管理員通過監(jiān)控報告和運(yùn)行日志，能隨時了解服務(wù)器主機(jī)及虛擬機(jī)的運(yùn)行狀況，預(yù)先排除可能發(fā)生的故障。多種便捷的虛擬機(jī)創(chuàng)建配置方法，大大減少對新增客戶端的部署時間，同時在更新已有虛擬機(jī)系統(tǒng)和應(yīng)用軟件時，利用快照批量部署下發(fā)，大大減少了部署時間，從而減輕管理人員的維護(hù)工作量，也易于后期系統(tǒng)擴(kuò)建。

4.2 優(yōu)化了服務(wù)器資源分配，大大提升了利用率

虛擬桌面使用共享磁盤文件的克隆方式，批量部署虛擬機(jī)，不僅減少了系統(tǒng)和軟件更新的部署時間，并且節(jié)省存儲空間。通過建立資源池，系統(tǒng)自動以隨機(jī)的方式，分配未使用的虛擬桌面給上課老師使用，避免固定的客戶端主機(jī)長期占用資源，而又沒有有效利用，大大節(jié)省了硬件資源。同時分布式存儲的虛擬化存儲管理功能，直接將數(shù)據(jù)存儲安裝在服務(wù)器內(nèi)，不需要重新購入專門用于大量數(shù)據(jù)存儲的存儲設(shè)備，例如文件服務(wù)器之類。實(shí)現(xiàn)較高的數(shù)據(jù)存儲性能，還可以兼容不同品牌的硬盤，充分利用現(xiàn)有的閑置存儲設(shè)備。更優(yōu)化的資源配置，可逐步將現(xiàn)有的非虛擬化服務(wù)器上數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)移備份，逐步實(shí)現(xiàn)多媒體管理和數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器虛擬化。提高了服務(wù)器設(shè)備的平均利用率，減少多媒體教學(xué)設(shè)備的維護(hù)成本，對加速教學(xué)信息化平臺建設(shè)提供了更有力的支撐。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐寧寧.云平臺中軟件定義存儲資源[J].通訊世界，2015（11）：117-118.

[2] 汪文彬.高校數(shù)據(jù)中心服務(wù)器虛擬化研究及應(yīng)用[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2013.

[3] 吳瑜.服務(wù)器集群綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2013（10）：212-215.