虛擬化技術于高校教學資源共享化的應用與研究

張竹 任艷 韓鵬程 徐子洋

摘要：本文通過利用虛擬化平臺Vmware vSphere實現高校數據中心設備與應用的整合，在現今全球的云計算數據中心逐步興建的背景下，提供高校數據中心虛擬化技術整合的一系列相關步驟，推出利用搭建虛擬化平臺解決校園物理客戶機設備不足、教學資源短缺及使用成本過高等問題，運用虛擬化技術改善IT基礎架構以提高性能及效率。

關鍵詞：虛擬化技術;Vmvare vSphere;Vmvare ESX Server

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）18-0297-03

服務器虛擬化的功能是可以將服務器的物理資源抽象成邏輯資源，讓一臺服務器變成多臺虛擬服務器，并且相互隔離，不受物理條件上的限制，同時方便動態管理cpu、內存、磁盤、I/O等硬件 “資源池”，從而提高資源的利用率，降低IT設備成本。與傳統的物理服務器對比，通過虛擬化整合后，資源利用率提高了50%～65%。在降低成本的同時，也減少了復雜性，降低了對機房設備的要求，也便于管理。

1 虛擬化平臺技術及搭建目標

1.1虛擬化技術

虛擬化技術（Virtualization Technology，VT）可以實現將各種計算及存儲資源充分整合和高效利用的效果。虛擬化技術主要是對IT基礎設施進行改善，同時也方便對資源的訪問。數據中心虛擬化平臺包括：計算虛擬化、網絡虛擬化、存儲虛擬化及安全虛擬化，其中計算虛擬化主要是對于虛擬化平臺中各個虛擬機分配合適的計算資源，進行優化、達到最優的cpu分配。通過使用虛擬化技術，可以將單一的服務器虛擬成多臺服務器，且不妨礙應用，相互獨立，如圖1所示。

1.2虛擬化平臺搭建目標

本項目主要是為高校的教學管理及教學資源的最大化使用提供服務，通過搭建虛擬化平臺降低系統的故障、提升物理服務器應用可靠性，并實現虛擬機及資源的實時遷移與備份操作，使得服務器及數據中心易于使用與管理維護。本項目所涉及虛擬化平臺搭建工作分兩大階段。

1）項目前期所完成的目標包括：

（1） 完成搭建虛擬化平臺的基礎配置，設計網絡結構，完善網絡拓撲。

（2） 安裝虛擬化層操作系統（ESXI） ，使用Vcenter實現對服務器的集中管理。

（3） 創建可共享的存儲，確定虛擬機VMotion功能正常，查看虛擬化平臺是否運行正常。

2）項目后期所完成的目標包括：

（1）? 物理服務器遷移至虛擬機（p2v）。

（2）? 云桌面的部署搭建及測試。

（3）? 研究Linux方向虛擬技術。

2 實施方案

2.1虛擬化平臺搭建過程

數據中心虛擬化平臺由承載虛擬機的物理機、磁盤陣列、網絡設備等構成。在物理主機上部署Vmware ESX Server，用來實現共享其CPU、內存、網絡等資源，并承載虛擬機的正常運行。磁盤陣列為物理機提供共享存儲空間。通過在管理服務器部署vCenter Server，管理員可登錄對虛擬化平臺的虛擬機、存儲空間及虛擬網絡進行統一管理。虛擬機通過主機接入網絡，提供服務。具體搭建步驟如下：

步驟1：搭建ESXI6.5服務器

在物理設備上安裝ESX server，使用ESX系統光盤進行引導安裝，主要包括下載ESXI6.5鏡像和client客戶端，將ISO寫入到U盤或是刻錄光盤然后啟動安裝。

步驟2：安裝vCenter Server

安裝vCenter server，vSphere的很多高級功能只有在vCenter下才可以配置實現，并且它的很多管理模塊只能集成安裝在vCenter環境里，無法獨立安裝，并且vCenter server需安裝在64位的Windows操作系統上。與傳統安裝方法不同，本項目選擇在虛擬機中安裝vCenter，優勢是不必為vCenter系統準備單獨的專用服務器，此時vCenter服務器相當于虛擬機里的一個vAPP，而且可以通過vSphere HA為vCenter Server系統提供較高的可用性。創建虛擬機的快照，并使用快照進行備份存檔等操作，直接使用Vmotion將vCenter服務器在ESX主機之間進行遷移等優勢。 對于vCenter Server要使用靜態IP地址和有效的域名系統（DNS）而非動態主機配置協議（DHCP），若要選擇DHCP，則需驗證DNS中是否記錄了vCenter Server 的正確值。

步驟3：配置vCenter Server Appliance

安裝完成后，登陸vCenter server，對虛擬化平臺進行配置。在此之前，安裝了物理設備，此目的在于虛擬化平臺搭建的準備工作，良好的硬件支持為后續平臺穩定運行提供保障。根據本校實際應用情況，在配置vCenter Server Appliance時，采用基于中興zxcloud KS3200存儲和基于Open-E 存儲的安裝部署方案，該方案有效地解決了虛擬化的存儲，并將存儲的文件共享給所有虛擬機使用。

在搭建過程中，需要注意的是必須先新建數據中心，才能添加ESXi主機服務器或者創建VM。數據中心提供虛擬環境中所有對象的結構化組織：主機、群集、虛擬機和目錄以及資源池。數據中心必須反應根據地理位置或者功能/部門組織的網絡架構。數據中心的概念只有在連接到vCenter Server時才存在。創建數據中心之后，可以添加ESXi服務器。這里需要注意的是，可以從數據中心內的一個群集向另一個群集實施vMtion，但是無法遷移到另一個數據中心。

在新建的數據中心上建立群集，將主機添加到群集并修改其設置，接著進行網絡的配置，在數據中心主機上配置網絡（vNetwork），以及虛擬交換機和分布式虛擬交換機的配置，其中最主要的就是虛擬機連接虛擬機、虛擬機連接物理網絡。

2.2 虛擬化平臺實施效果

目前在高校中，任何一個項目的實施通常需要搭建一個多客戶端節點的虛擬測試環境，需要安裝多臺虛擬機，一臺一臺的手工安裝部署，就頗為麻煩。因此，本項目通過克隆主機的手段，按需部署、在線遷移，解決了設備稀缺、資源緊張而無法繼續項目實施的問題，具體效果如圖3所示。

該腳本的運行可實現一次性克隆50臺主機，以防沖突，每臺主機的IP地址和名稱不可有重復，通過Vsphere的自定義規范管理器可以進行主機策略定制供部署克隆虛擬機時使用，避免了一個個手工更改，節約時間、方便快捷。

3 實踐應用經驗

3.1快照節點，恢復便捷

從嚴格意義上講，快照不是備份，因為源數據從物理上沒有被復制到另一個位置，如果數據毀壞，僅僅使用快照不可能實現恢復。

快照是虛擬化的主要優點之一，在VM處于健康狀態或者重大修改之前獲取，采用快照能夠建立一個簡單回溯解決方案，以防在應用程序遷移、新服務包安裝等操作時出現故障。同一虛擬機可以執行多個快照，以保存多個可以用于恢復的還原點。

鑒于本校教學設備資源有限，部分班級采取雙班制教學，不同同學使用同一臺虛擬機進行實驗，每位同學通過創建自己的快照，在下一次實驗室恢復快照節點繼續進行實驗，快照的應用效果得以體現。

需要注意的是，在生產環境中，快照必須在規定時間內使用，以便觀察不正常工作的部分。不建議長期保存vSphere快照，因為修改的數據越多，快照就越大，此時不做限制，可能會占據所有數據存儲空間使所有VM處于危險之中，崩潰或者損壞。

3.2統籌資源，優化分配

服務器虛擬化使得物理機的計算資源得到充分利用，但在使用過程中，需要注意到為Vmware HA、DRS、Vmotion等高級功能的應用配置充足的資源，以實現提高應用的連續性、可靠性的目的，虛擬化時，起初的資源分配只是一種初始狀態，在初始階段是非常有效的，但是不同的業務應用的數據增長速度并不相同，進行資源的動態分配調整是非常有必要的，這為虛擬機的正常運行提供保障。

遷移過程中需要解決系統穩定性和資源擴展相關問題，可以采用在不關機狀態下進行遷移的熱遷移，也可以采取在關閉服務器狀態下，通過光盤啟動冷遷移的方式，并在成功遷移后進行必要的相關資源配置。

3.3共享資源，提供HA

Vmware HA是確保一個公司中一個或多個關鍵應用的本地服務持續性的一組機制，在虛擬化環境中，由于vSphere的高級特性，提供99%以上級別的服務持續性比物理環境容易得多，為所有的虛擬機服務器運行的系統提供了方便實用、經濟高效的高可用性。

ESXi主機服務器損壞時，vSphere HA所保護的VM自動重啟，作為HA群集一部分的所有服務器必須能夠訪問同一個共享存儲空間。

群集，從根本上說，它是一組相互連接、組成單個邏輯實體的資源。vSphere中的群集是一組具有共享資源，通過vSphere HA、分布式資源調度器（DRS）或者FT提供高可用性和工作負載分配的ESXi服務器。

創建vSphere HA 群集時，FDM代理部署在群集的每一臺ESX i服務器上，一臺服務器被選為群集的主服務器，其余都是從屬服務器。

4 結語

高校在應用數據中心時越來越多地考慮到結合虛擬化技術，把應用軟件系統從物理主機上遷移到虛擬機管理平臺上，虛擬服務器與存儲系統的緊密結合，解決了教學資源短缺的問題，充分發揮了服務器的性能，提高了服務器的利用率，很大程度上解決了傳統教學管理上的資源浪費、成本過高的棘手問題。服務器虛擬化的應用，減少了物理設備數量，進而減少了數據中心機房的供配電及溫度環境控制等配套設施的建設與投入。與此同時，也保障了構成虛擬化平臺的主機、存儲和網絡等這些物理設備的可靠性、冗余性的運行環境。在實驗期間，遇到了vsan等高級功能測試無硬件支持等問題，通過將vSphere后端的共享存儲外置磁盤陣列后成功解決了此類問題，為用戶的選型提供了非常高的靈活性。

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【通聯編輯：光文玲】