校園服務器虛擬化平臺的搭建與應用研究

吳冬晨

摘要：隨著校園網業務不斷增長的需求，通過構建云計算環境下的校園網絡服務器虛擬化平臺，運用虛擬化平臺開展數字化校園應用業務。

關鍵詞：云計算;數字化校園;虛擬化技術;虛擬機;服務器虛擬化

中圖分類號：TP311? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）18-0315-02

Abstract： With the growing demand of campus network services， the virtualized platform is used to develop digital campus application services by building a campus network server virtualization platform in a cloud computing environment.Key words： cloud computing; digital campus; virtualization technology; virtual machine; server virtualization

云計算是以數據為中心的一種數據密集型的超級計算，“云”中的資源在外界看來是可以無限擴展的，可以及時獲取云端的資源，隨時擴展或縮小，根據需要來使用云端的資源。微軟在Windows Server操作系統中提供了Hyper-V虛擬化技術，它是基于微軟操作系統開發的一套虛擬化管理組件，目前的“虛擬化”技術已經廣泛應用于計算機技術領域的各個層面。

隨著校園網絡應用需求的增長，網絡業務和網絡資源的應用越來越廣泛，云計算機環境下虛擬化平臺的搭建使得校園網絡資源的分配更加合理。

1? 校園中的云計算

隨著智慧校園數字化工程的建設，門戶信息發布系統、網絡教學系統、學生工作管理、教務管理系統、校園后勤服務管理系統以及一卡通管理系統等應用平臺不斷完善，從而推動校園相關公共數據的整合與共享。校園云計算的“云”是一種私有云，就是存在于校園局域網上的服務器集群上的資源，它包括硬件資源（CPU、GPU、內存、存儲器、網絡等）和軟件資源（如應用軟件、集成開發環境等），通過虛擬化平臺進行統一管理，它們就像只有一臺計算機在工作，所有的計算處理工作都在云端所提供的服務器群協調完成。

在云計算環境中，虛擬化技術按系統層級劃分，可以分為：服務器虛擬化、存儲虛擬化、網絡虛擬化、應用虛擬化以及客戶端虛擬化。這些虛擬化技術都是為了解決計算機系統中各種性能問題。虛擬化技術應用到云計算中，不僅簡化了資源管理的復雜度，還提高了計算機資源的利用率。智慧校園數字化工程建設里，就是要解決這些性能問題，充分利用虛擬化技術，優化服務器環境、存儲環境、網絡環境等資源，提高工作效率。

2? 校園服務器虛擬化平臺的搭建

2.1? 虛擬化平臺的硬件搭建

基于“軟件定義數據中心”的思想，以虛擬化技術為核心，利用服務器虛擬化、存儲虛擬化、網絡虛擬化、安全虛擬化等組件，將計算、存儲、網絡和安全等資源完全資源池化，把這些虛擬資源融合到一臺標準X86服務器中，形成模塊化的基準架構單元，通過網絡聚合，實現硬件模塊化的橫向擴展。這就要求服務器具有高性能的特點，配置上一般采用英特爾至強系列多路CPU，內存由多條DDR4高容量內存條組成，硬盤陣列由多個SSD固態硬盤和多個10TB以上充氦氣體的機械硬盤組成，網絡支持萬兆光纖口和電口，雙電源冗余供電，只有保障虛擬化平臺基礎硬件的穩定性，才能更好地為應用軟件平臺服務。

2.2? 虛擬化平臺的軟件搭建

目前主流的虛擬化平臺有Hyper-V、XenSystem、VMware ESXi以及 KVM，其中 Hyper-V是微軟的管理虛擬機的功能組件，在啟用Hyper-V功能之后，操作系統會自動安裝可視化的虛擬機Hyper-V管理工具。在同一臺物理機上，能夠使用Hyper-V可以創建多個虛擬機，每一個虛擬機根據分配資源的不同從而執行不同的工作負載，各自運行獨立的系統工作環境。

2.2.1? 安裝Hyper-V功能組件

在物理機的操作系統環境是Windows Server 2019，默認情況下，Hyper-V功能組件是不會被安裝的。首先安裝Hyper-V功能組件，才能在一臺物理機上創建多個虛擬機。打開“服務器管理器”，添加Hyper-V角色，通過“添加角色與功能”按鈕，在“安裝類型”上選擇“基于角色或基于功能的安裝”，在“服務器角色”上勾選“Hyper-V”并安裝。其中在“創建虛擬交換機”界面選擇虛擬機需要連接網絡的物理網卡，系統將對應創建一個虛擬交換機，以后物理機上的網絡鏈接都通過這個虛擬交換機進行傳輸數據。配置完成后開始安裝，等待Hyper-V安裝完成后，需要將服務器物理機重新啟動。

2.2.2? 在Hyper-V中創建虛擬機

在安裝Hyper-V功能組件之后，系統會自動安裝Hyper-V管理器，默認將本機添加到服務列表中，也可以通過右側菜單“連接到服務器”將其他Windows服務器（已安裝Hyper-V功能組件）添加到Hyper-V管理器中，通過“Hyper-V管理器”來創建和管理虛擬機：

1）打開“新建”“虛擬機”向導。

2）指定虛擬機的“名稱”和虛擬機數據存儲的位置。

3）選擇虛擬機的版本。Hyper-V的版本共有2代：“第一代”和“第二代”。第一代虛擬機是Hyper-V的前一個版本，第二代虛擬機啟動（boot）更快，模擬加載的硬件資源更少，性能更高，但并不是所有的操作系統都支持第二代虛擬機。 因此，可以選擇“第二代”，如果創建第二代虛擬機后安裝操作系統失敗，再選擇“第一代”。

4）為虛擬機分配開機內存。為新建的虛擬機分配開機內存，勾選動態分配內存，虛擬機會動態使用系統內存，能夠在所指內存范圍內自動分配使用物理內存大小。

5）配置網絡適配器，從“連接”列表中選擇網絡適配器。

6）為虛擬機分配存儲數據的磁盤空間。創建虛擬硬盤，設置文件名稱，后綴名是.vhdx，是實體硬盤中的一個文件，能夠動態擴張，用于存儲虛擬機的操作系統和數據文件。

7）為虛擬機安裝操作系統。選項“以后安裝操作系統”，在虛擬機創建完成之后，等到虛擬機啟動時再安裝操作系統，本文使用該選項。其他兩個選項都是在創建虛擬機時安裝操作系統，從鏡像文件（ISO）或從網絡上安裝。如果有相關Linux或者Windows操作系統的ISO鏡像文件，可以選擇“從可啟動的映像文件安裝操作系統”。

8）最后顯示的是概要，描述虛擬機的配置信息，點擊“完成”按鈕，開始創建虛擬機。

2.2.3? 配置虛擬機并安裝操作系統

由于在創建虛擬機時，選擇的是“以后安裝操作系統”，因此，在虛擬機創建成功之后，需要配置虛擬機并且安裝相關的操作系統。在 “虛擬機”面板中，會羅列出在特定服務器上創建的所有虛擬機，選擇需要安裝操作系統的一個虛擬機：

1）點擊“連接”，打開虛擬機界面。

2）點擊“啟動”按鈕，啟動虛擬機。

3）從鏡像文件（ISO）安裝操作系統。首先，點擊菜單“媒體”，選項“ DVD驅動器”，選擇“插入磁盤”，選擇操作系統的安裝鏡像文件（ISO）;進入安裝界面開展安裝操作系統，直到安裝完成。

這時把Hyper-V虛擬化平臺的軟件環境搭建出來后，再根據需求來創建多個虛擬機，在每一個虛擬機里繼續部署操作系統和應用平臺。

3? 校園虛擬化平臺的應用

校園虛擬化平臺的應用建設包括統一信息門戶、統一身份認證系統、公共數據交換系統，應用服務系統包括協同辦公平臺、教學管理平臺、學生工作管理平臺、科研管理臺平臺、人事管理平臺、資源管理平臺、掌上校園平臺、就業服務平臺、招生入學管理平臺、計費認證系統、門禁系統、一卡通系統、圖書管理系統、精品課程教學系統、各類實訓教學應用系統的統一規劃整合。使用虛擬化技術后，對相類似的應用系統進行一一整合，比如根據不同操作系統的業務和具體的應用服務可以在虛擬化管理平臺中進行系統與業務分類，依據CPU使用率、負載數量、并發數等指標規劃相應的虛擬機，按照實際情況合理分配主機CPU、內存、硬盤存儲和網絡等資源。

每一個虛擬機上運行著一個或多個應用系統，通過數據庫集中式管理與分布式管理并列，把公共數據統一起來，子數據庫分開管理，提高資源使用效率。根據智慧校園數字化工程建設要求的高穩定性和高可用性，還要構建校園服務器虛擬化平臺的集群，通過分布式存儲讓服務器在遷移后能簡化服務器的維護和管理操作，可以利用虛擬化技術按照系統規劃方案對應用系統進行實時備份和遷移，提高系統負載均衡，增強系統錯誤容忍度和優化虛擬化平臺的網絡性能。

4? 結束語

在云計算環境下，應用服務器虛擬化技術將校園眾多的服務器和應用服務集成到少數的物理硬件上，靈活調度計算機系統的各種資源，實現硬件資源的動態分配，可以加快校園各種應用服務和系統業務的部署，降低了校園硬件的投入成本，同時保證不同系統業務間的邏輯分離，提高了數據與信息安全水平，提高了應用服務對服務器CPU資源、內存、磁盤、網絡等資源的利用率，簡化了資源管理模式，也使得系統故障恢復和數據備份更加快捷，整體提升了智慧校園數字化工程的運行質量，為全校師生提供更優質的服務。

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【通聯編輯：梁書】