夏冉 劉開(kāi)

摘要：虛擬化技術(shù)是近年來(lái)計(jì)算機(jī)發(fā)展的新趨勢(shì)，也是未來(lái)云平臺(tái)技術(shù)的重要組成部分。利用虛擬技術(shù)，可在整個(gè)架構(gòu)范圍內(nèi)共享多臺(tái)計(jì)算機(jī)的物理資源，提高現(xiàn)有資源的利用率、降低數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)成本、提高業(yè)務(wù)連續(xù)性。利用服務(wù)器虛擬化技術(shù)構(gòu)建校園信息化系統(tǒng)具有相應(yīng)的基礎(chǔ)架構(gòu)、設(shè)計(jì)理念及運(yùn)行狀況。

關(guān)鍵詞：虛擬化技術(shù)；校園信息化應(yīng)用系統(tǒng)；利用；構(gòu)建

中圖分類(lèi)號(hào)：G710 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-9094-C-（2014）06-0034-03

“虛擬化”是計(jì)算機(jī)科學(xué)中一個(gè)重要的概念和方法。廣義的虛擬化包括計(jì)算虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化等。實(shí)現(xiàn)虛擬化的方式和技術(shù)很多，網(wǎng)格（grid）計(jì)算/集群（cluster）計(jì)算是一種“合”方式的虛擬化，服務(wù)器虛擬化是一種“分”方式的虛擬化。[1]如今，具有強(qiáng)大處理能力的X86計(jì)算機(jī)硬件僅僅運(yùn)行了單個(gè)操作系統(tǒng)和單個(gè)應(yīng)用程序，這使得大多數(shù)計(jì)算機(jī)的硬件資源遠(yuǎn)未得到充分利用。利用虛擬化技術(shù)，可以在一臺(tái)物理機(jī)上運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)，因而得以在多個(gè)環(huán)境間共享這一臺(tái)計(jì)算機(jī)的資源。不同的虛擬機(jī)可在同一臺(tái)物理機(jī)上運(yùn)行不同的操作系統(tǒng)以及多個(gè)應(yīng)用程序。

虛擬化平臺(tái)的構(gòu)建基礎(chǔ)軟件可“轉(zhuǎn)變”或“虛擬化”基于X86的計(jì)算機(jī)的硬件資源（包括CPU、RAM、硬盤(pán)和網(wǎng)絡(luò)控制器），以創(chuàng)建功能齊全、可像“真實(shí)”計(jì)算機(jī)一樣運(yùn)行其自身操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的虛擬機(jī)。每個(gè)虛擬機(jī)都包含一套完整的系統(tǒng)，因而不會(huì)有潛在沖突。虛擬化的工作原理是，直接在計(jì)算機(jī)硬件或主機(jī)操作系統(tǒng)上面插入一個(gè)精簡(jiǎn)的軟件層。該軟件層包含一個(gè)以動(dòng)態(tài)和透明方式分配硬件資源的虛擬機(jī)監(jiān)視器（或稱“管理程序”）。多個(gè)操作系統(tǒng)可同時(shí)運(yùn)行在單臺(tái)物理機(jī)上，彼此之間共享硬件資源。由于是將整臺(tái)計(jì)算機(jī)（包括CPU、內(nèi)存、操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）封裝起來(lái)，因此虛擬機(jī)可與所有標(biāo)準(zhǔn)的X86 操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序完全兼容。

一、虛擬化的基礎(chǔ)架構(gòu)

利用虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)，可在整個(gè)基礎(chǔ)架構(gòu)范圍內(nèi)共享多臺(tái)計(jì)算機(jī)的物理資源。利用虛擬化技術(shù)可在多臺(tái)虛擬機(jī)之間共享單臺(tái)或者多臺(tái)物理機(jī)的資源，將X86服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)器聚合成一個(gè)統(tǒng)一的IT資源池，以實(shí)現(xiàn)硬件資源利用的最高效率，資源在多個(gè)虛擬機(jī)和應(yīng)用程序之間共享，供應(yīng)用程序根據(jù)需要隨時(shí)使用。這種資源優(yōu)化方式有助于組織實(shí)現(xiàn)更高的靈活性，使資金成本和運(yùn)營(yíng)成本得以降低。

二、虛擬化架構(gòu)設(shè)計(jì)理念

通過(guò)實(shí)現(xiàn)IT基礎(chǔ)架構(gòu)的虛擬化，可以降低IT成本，同時(shí)提高現(xiàn)有資產(chǎn)的效率、利用率和靈活性。因此，可圍繞以下理念來(lái)完成筆者所在學(xué)校的虛擬化建設(shè)：（1）提高現(xiàn)有資源的利用程度。通過(guò)服務(wù)器整合將共用的基礎(chǔ)架構(gòu)資源聚合在虛擬化共享池中，打破原有的“一臺(tái)服務(wù)器一個(gè)應(yīng)用程序”模式。（2）降低數(shù)據(jù)中心成本。由于服務(wù)器及相關(guān)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(wù)器/管理員比率，因此人員需求也得以減少。（3）提高業(yè)務(wù)連續(xù)性。虛擬化技術(shù)提高了硬件和應(yīng)用程序的可用性，可安全地備份和遷移整個(gè)虛擬環(huán)境而不會(huì)出現(xiàn)服務(wù)中斷。消除計(jì)劃內(nèi)停機(jī)，并可從計(jì)劃外故障中立即恢復(fù)。（4）實(shí)現(xiàn)了運(yùn)營(yíng)靈活性。由于采用動(dòng)態(tài)資源管理，加快了服務(wù)器部署并改進(jìn)了桌面和應(yīng)用程序部署。（5）提高桌面的可管理性和安全性?？稍谒袠?biāo)準(zhǔn)臺(tái)式機(jī)、筆記本電腦或工作站上部署、管理和監(jiān)視安全桌面環(huán)境，無(wú)論是否能連接到網(wǎng)絡(luò)，用戶都可在本地或以遠(yuǎn)程方式對(duì)這種環(huán)境進(jìn)行訪問(wèn)。

三、配置方案

隨著教育信息化的普及，我們采用了越來(lái)越多的服務(wù)器等設(shè)備為信息化建設(shè)提供前端應(yīng)用和后臺(tái)保障，但是由于電子產(chǎn)品存在使用年限的問(wèn)題，在產(chǎn)品使用3～5年后，相關(guān)產(chǎn)品容易出現(xiàn)老化、損耗等不可避免的問(wèn)題，為了防止因?yàn)檫@些問(wèn)題而對(duì)教育教學(xué)業(yè)務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，可對(duì)使用3年后的服務(wù)器進(jìn)行更新。

由于信息系統(tǒng)越來(lái)越多，每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)均需要占用一個(gè)獨(dú)立的服務(wù)器資源，但是在應(yīng)用本身對(duì)于服務(wù)器性能的要求卻沒(méi)有充分利用，并且日后隨著教育信息化應(yīng)用的拓展，信息系統(tǒng)會(huì)越來(lái)越完善，越來(lái)越多，不斷增加服務(wù)器使得應(yīng)用安全和應(yīng)用管理存在很大的風(fēng)險(xiǎn)。

我們通過(guò)虛擬化服務(wù)器對(duì)現(xiàn)有應(yīng)用進(jìn)行部分整合，利用現(xiàn)有的存儲(chǔ)系統(tǒng)，可保證存放于虛擬化服務(wù)器中的數(shù)據(jù)文件得到更大程度的應(yīng)用，也保證了數(shù)據(jù)文件的安全性和完整性。

考慮到應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流量以及業(yè)務(wù)的訪問(wèn)量，我們選用曙光950服務(wù)器作為虛擬機(jī)服務(wù)器的應(yīng)用服務(wù)器。該服務(wù)器最多可擴(kuò)展至16顆CPU（每顆6核），完全可滿足日后數(shù)據(jù)流量不高的應(yīng)用整合。只需4臺(tái)服務(wù)器即可完成多應(yīng)用系統(tǒng)及數(shù)據(jù)的整合。

在現(xiàn)有環(huán)境下，可運(yùn)用虛擬機(jī)來(lái)完成部分應(yīng)用系統(tǒng)的整合。我們?cè)?臺(tái)曙光服務(wù)器中安裝虛擬機(jī)，通過(guò)在虛擬機(jī)中部署不同的系統(tǒng)，分別將校園網(wǎng)DNS、學(xué)校門(mén)戶網(wǎng)站、公文流轉(zhuǎn)、學(xué)科網(wǎng)站、教育科研系統(tǒng)、安全管理系統(tǒng)、學(xué)籍管理系統(tǒng)、教學(xué)資源庫(kù)、電子圖書(shū)系統(tǒng)等9套虛擬服務(wù)器十幾個(gè)應(yīng)用分配在4臺(tái)物理服務(wù)器上，通過(guò)虛擬機(jī)自帶的高可用軟件和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分配創(chuàng)建好服務(wù)器的高可用集群。將校園網(wǎng)DNS、學(xué)校門(mén)戶網(wǎng)站、公文流轉(zhuǎn)等應(yīng)用在其中一臺(tái)服務(wù)器上跑主應(yīng)用，將學(xué)科網(wǎng)站、教育科研系統(tǒng)、FTP、安全管理系統(tǒng)、學(xué)籍管理系統(tǒng)等應(yīng)用在另外一臺(tái)服務(wù)器上跑主應(yīng)用，第三臺(tái)服務(wù)器同樣運(yùn)行部分虛擬服務(wù)器應(yīng)用，4臺(tái)服務(wù)器互為備份，這樣既確保服務(wù)器資源的高可利用性，也確保應(yīng)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)并發(fā)帶寬。虛擬服務(wù)器系統(tǒng)配置方案如圖1所示。

在解決完服務(wù)器等系統(tǒng)問(wèn)題后，出于安全及業(yè)務(wù)連續(xù)性考慮，我們部署了兩臺(tái)光纖存儲(chǔ)交換機(jī)以解決交換機(jī)存在的單點(diǎn)故障（當(dāng)一臺(tái)光纖交換機(jī)因故障宕機(jī)，將會(huì)造成連接到存儲(chǔ)設(shè)備上的數(shù)據(jù)全部無(wú)法訪問(wèn)）。每臺(tái)主機(jī)上配置兩塊光纖卡也是為避免服務(wù)器因?yàn)楣饫w卡或交換機(jī)損壞造成單條鏈路無(wú)法訪問(wèn)。

筆者所在學(xué)校原有學(xué)科網(wǎng)站、教育科研系統(tǒng)、FTP、安全管理系統(tǒng)、學(xué)籍管理系統(tǒng)等服務(wù)器均已超出保修期，且性能已無(wú)法滿足現(xiàn)有業(yè)務(wù)流量的需求，需要購(gòu)買(mǎi)新的服務(wù)器進(jìn)行更換，出于安全和可用性考慮，雙機(jī)系統(tǒng)是一定要做的，所以至少需要更新10臺(tái)（甚至更多）服務(wù)器。當(dāng)然，隨著應(yīng)用需求的增多，服務(wù)器數(shù)量也隨之增加，能耗也越來(lái)越多，管理起來(lái)就越不方便，增加了管理人員的工作負(fù)擔(dān)。由于管理復(fù)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(jī)后，優(yōu)勢(shì)明顯：只需要4臺(tái)高性能服務(wù)器做應(yīng)用集中，服務(wù)器的數(shù)量減少了，耗電量降低了；虛擬機(jī)使用統(tǒng)一的系統(tǒng)管理界面，管理起來(lái)方便了，安全性也大大提高了。

四、系統(tǒng)運(yùn)行情況

運(yùn)用統(tǒng)一的管理界面進(jìn)行監(jiān)控和管理后，現(xiàn)有校園網(wǎng)DNS、學(xué)校門(mén)戶網(wǎng)站、公文流轉(zhuǎn)、學(xué)科網(wǎng)站、教育科研系統(tǒng)、FTP、安全管理系統(tǒng)、學(xué)籍管理系統(tǒng)等分別運(yùn)行在4臺(tái)曙光服務(wù)器構(gòu)建成的虛擬機(jī)應(yīng)用平臺(tái)上，通過(guò)P2V（即物理機(jī)轉(zhuǎn)虛擬機(jī)）軟件轉(zhuǎn)換各個(gè)系統(tǒng)，再通過(guò)虛擬機(jī)的DRS和HA功能，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)在4臺(tái)服務(wù)器間的資源均衡和故障切換。

五、應(yīng)用分析

筆者所在學(xué)校啟用虛擬化系統(tǒng)運(yùn)行以來(lái)，體會(huì)如下：（1）簡(jiǎn)化了服務(wù)器配置。學(xué)校通過(guò)4臺(tái)服務(wù)器整合了城域網(wǎng)DNS、江陰教育網(wǎng)、公文流轉(zhuǎn)、學(xué)科網(wǎng)站、教育科研系統(tǒng)、FTP（學(xué)校網(wǎng)站、安全管理系統(tǒng)）、學(xué)籍管理系統(tǒng)等系統(tǒng)的10多臺(tái)服務(wù)器，使得服務(wù)器資源得到充分利用。（2）方便了系統(tǒng)管理。學(xué)校通過(guò)統(tǒng)一的管理界面，可方便地進(jìn)行多個(gè)系統(tǒng)的日常維護(hù)和管理，在遠(yuǎn)程即可完成任意系統(tǒng)的關(guān)機(jī)、啟動(dòng)和重新啟動(dòng)程序。（3）保證了應(yīng)用的連續(xù)性。4臺(tái)服務(wù)器分別負(fù)載多個(gè)應(yīng)用，由于建立了高可用配置，當(dāng)某臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)硬件故障時(shí)，可在極短的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)切換到可用服務(wù)器上，保證了用戶業(yè)務(wù)的連續(xù)性。（4）降低了日常開(kāi)支。由于服務(wù)器數(shù)量的減少，維護(hù)成本的降低，設(shè)備的耗電量也降低了很多，空余的服務(wù)器還可用于其他低級(jí)應(yīng)用，一系列的連鎖效應(yīng)使總投入得到了很好的控制。

六、結(jié)語(yǔ)

虛擬機(jī)是一個(gè)成熟的服務(wù)器虛擬技術(shù)平臺(tái)，這對(duì)于需要盡可能簡(jiǎn)化服務(wù)器硬件的用戶單位非常重要。它幾乎可立刻在新服務(wù)器上安裝，并可以在現(xiàn)有的正在使用的服務(wù)器上進(jìn)行維護(hù)，而無(wú)需停機(jī)。

虛擬機(jī)另一種用法是用于災(zāi)難恢復(fù)。虛擬機(jī)是與硬件分離的，運(yùn)行在它上面的應(yīng)用程序及操作系統(tǒng)可以立即遷移，讓安裝、維護(hù)以及遠(yuǎn)程管理虛擬機(jī)的過(guò)程非常簡(jiǎn)單。

虛擬化是當(dāng)今IT行業(yè)的焦點(diǎn)，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)已得到業(yè)界的普遍認(rèn)可，其應(yīng)用已涉及各個(gè)領(lǐng)域，包括信息安全、軍事應(yīng)用等[2]，虛擬化技術(shù)的普及和推廣已成為信息化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。[3]虛擬化影響著傳統(tǒng)的信息架構(gòu)模式，它在信息架構(gòu)的集中管理、集中存儲(chǔ)及信息全面集中的方案中有著顯著的優(yōu)勢(shì)。虛擬化的使用，為筆者所在學(xué)校教育信息化應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)建和管理工作提供了較大的幫助，同時(shí)也為學(xué)校節(jié)約了資源，為環(huán)保型節(jié)約社會(huì)作出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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（責(zé)任編輯：張志剛）