劉穎+劉淼晶

摘要：分析現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心的建設方案。依據(jù)一個方案，建立了一個小型數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心提供虛擬機，實現(xiàn)基礎設施即服務IaaS，為虛擬實驗室建設提供支持。對虛擬實驗室的基礎設施即數(shù)據(jù)中心的建設提供了可行思路和具體的實現(xiàn)方案。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；虛擬實驗室；虛擬機

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）26-0003-03

Research of Deploying Data Center of Virtual Library in Campus

LIU Ying，LIU Miao-jing

（School of Information， Beijing Institute of Economic Management， Beijing 100102， China）

Abstract： analyze the existing data center construction method. Based on one construction scheme， setting up a small data center， which provides virtual PC and IaaS in order to support the construction of Virtual Laboratory. It provides a feasible and concrete method for implementing the data center of virtual library.

Key words： data center； virtual library； virtual computer

近年來，在互聯(lián)網(wǎng)及云計算技術(shù)迅速發(fā)展的環(huán)境下，高等學校信息化建設出現(xiàn)了新局面。高校在計算機實驗室建設方面加快了建設和更新速度。本文對高校在云計算環(huán)境下建設虛擬實驗室時，其基礎設施即數(shù)據(jù)中心的建設進行了研究。分析現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心的建設方案，并依據(jù)其中一個方案，建立了一個小型數(shù)據(jù)中心，為虛擬實驗室提供支持。

1 現(xiàn)有研究分析

建立虛擬實驗室是實驗室信息化建設的一個發(fā)展方向。在現(xiàn)有研究中，基于云計算的虛擬實驗室是其中的研究熱點。

基于云計算的虛擬計算機實驗室[1]-[4]提出基于IaaS服務的虛擬實驗室。分析了構(gòu)建思想和系統(tǒng)框架。但對每個層次的具體實現(xiàn)方法和實現(xiàn)細則沒有研究。

基于微軟Hyper-V虛擬化技術(shù)建設虛擬實驗室[5]-[6]提供了一種具體的搭建方案。使用微軟提供的WMI接口進行編程，實現(xiàn)用戶對虛擬機的操作。虛擬計算機實驗室[7]基于Vmware和Citrix的IaaS服務主要設計了資源預約流程。實驗資源管理系統(tǒng)[8]為每個實驗室劃分了虛擬機群。

基于云計算的虛擬實驗教學系統(tǒng)[9]利用云計算平臺，將本地或異地的不同實驗用戶與虛擬實驗室聯(lián)結(jié)起來，共享一個虛擬的實驗空間。基于云計算的虛擬科研環(huán)境[10]利用國家網(wǎng)格中可共享的虛擬機資源，通過網(wǎng)格技術(shù)來訪問和使用資源，實現(xiàn)國家網(wǎng)格資源共享，為不同學科的科研提供在線云服務。其本質(zhì)是PaaS，PaaS需要為不同的應用開發(fā)不同的平臺，應用場景有局限性。比如計算機系和化學系的實驗不盡相同，所需的虛擬實驗室功能就不一樣。

本文將研究虛擬實驗室擬提供IaaS服務，為此如何建設數(shù)據(jù)中心。并且建立了一個小型數(shù)據(jù)中心，為具體部署提供參考。

2 基于虛擬計算機的實驗室系統(tǒng)架構(gòu)

基于云計算的虛擬實驗室把虛擬機開放給用戶，用戶能通過創(chuàng)建虛擬機、刪除虛擬機、修改虛擬機等操作來搭建自己的實驗網(wǎng)絡。虛擬實驗室系統(tǒng)架構(gòu)如圖 1所示。

圖 1 虛擬實驗室系統(tǒng)架構(gòu)

數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)云計算功能?；跀?shù)據(jù)中心，把基礎的計算和存儲資源開放給用戶，提供虛擬機，實現(xiàn)基礎設施即服務IaaS。

虛擬實驗室控制系統(tǒng)向上接收用戶命令，向下控制虛擬機的創(chuàng)建、刪除和修改。管理與維護用戶、課程、虛擬機的關(guān)系。

虛擬實驗室用戶平臺包括前端界面和后端系統(tǒng)兩部分。前端界面根據(jù)課程特點，包含創(chuàng)建虛擬機、刪除虛擬機、修改虛擬機等欄目。后端系統(tǒng)支持用戶根據(jù)需要自主搭建實驗網(wǎng)絡。

本文對數(shù)據(jù)中心的實現(xiàn)進行了研究。建立了一個小型數(shù)據(jù)中心，為虛擬實驗室提供虛擬計算機。

3 數(shù)據(jù)中心部署研究

通過研究虛擬機服務發(fā)現(xiàn)，各類技術(shù)都有一個共同點，即為數(shù)據(jù)中心云計算基礎架構(gòu)采用了虛擬化管理解決方案，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)中心云計算環(huán)境的集中管理和控制，通過單一的管理界面，輕松地統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)中心內(nèi)所有的主機和虛擬機，不僅能提高管理員的管控效率、簡化日常例行工作，更可降低IT 環(huán)境的復雜度和管理成本。下面就H3C的解決方案進行詳細分析。

H3C CAS云計算管理平臺是H3C公司推出的構(gòu)建云計算基礎架構(gòu)的管理軟件，H3C CAS云計算管理平臺由三個組件構(gòu)成：

CVK：Cloud Virtualization Kernel，虛擬化內(nèi)核平臺

運行在基礎設施層和上層操作系統(tǒng)之間的“元”操作系統(tǒng)，用于協(xié)調(diào)上層操作系統(tǒng)對底層硬件資源的訪問，減輕軟件對硬件設備以及驅(qū)動的依賴性，同時對虛擬化運行環(huán)境中的硬件兼容性、高可靠性、高可用性、可擴展性、性能優(yōu)化等問題進行加固處理。

CVM：Cloud Virtualization Manager，虛擬化管理系統(tǒng)

主要實現(xiàn)對數(shù)據(jù)中心內(nèi)的計算、網(wǎng)絡和存儲等硬件資源的軟件虛擬化，形成虛擬資源池，對上層應用提供自動化服務。其業(yè)務范圍包括：虛擬計算、虛擬網(wǎng)絡、虛擬存儲、高可靠性（HA）、動態(tài)資源調(diào)度（DRS）、虛擬機容災與備份、虛擬機模板管理、集群文件系統(tǒng)、虛擬交換機策略等。

CIC：Cloud Intelligence Center，云業(yè)務管理中心

由一系列云基礎業(yè)務模塊組成，通過將基礎架構(gòu)資源（包括計算、存儲和網(wǎng)絡）及其相關(guān)策略整合成虛擬數(shù)據(jù)中心資源池，并允許用戶按需消費這些資源，從而構(gòu)建安全多租戶混合云。其業(yè)務范圍包括：組織（虛擬數(shù)據(jù)中心）、多租戶數(shù)據(jù)和業(yè)務安全、云業(yè)務工作流、自助式服務門戶、兼容OpenStack的REST API接口等。其架構(gòu)如圖 2所示。

圖2 CAS架構(gòu)

CVM典型應用場景：

利用H3C CAS CVM的服務器虛擬化能力，將非關(guān)鍵性業(yè)務和非大負載業(yè)務分步驟遷移到虛擬化環(huán)境中。

通過統(tǒng)一的虛擬機模板，對企業(yè)內(nèi)的辦公桌面實施集中部署，幫助企業(yè)實現(xiàn)安全和隱私合規(guī)問題。

利用H3C CAS CVM的虛擬交換機和網(wǎng)絡策略模板功能，對虛擬機進行VLAN劃分與Qos流量控制。

系統(tǒng)管理員通過H3C CAS CVM控制臺集中管理和監(jiān)控業(yè)務系統(tǒng)與虛擬桌面的資源使用情況。

CIC典型應用場景：

通過H3C CAS CIC云業(yè)務管理軟件提供的虛擬化資源池功能，將數(shù)據(jù)中心內(nèi)的計算、存儲和網(wǎng)絡等物理資源抽象成按需提供的彈性虛擬資源池，以消費單元（即組織或虛擬數(shù)據(jù)中心）的形式對外提供服務。

通過H3C CAS CIC內(nèi)置的數(shù)據(jù)安全隔離功能，確保虛擬化、多租戶環(huán)境下的用戶隱私信息及數(shù)據(jù)的安全。不同組織的業(yè)務系統(tǒng)和應用系統(tǒng)獨立部署，互不干擾。

最終用戶通過自助服務門戶申請和使用組織管理員分配的虛擬資源，組織管理員對最終用戶的申請進行審批與自動化部署。

4 搭建小型數(shù)據(jù)中心

由于H3C CAS系統(tǒng)提供了可編程的REST接口，便與用戶二次開發(fā)，滿足特定服務需求，所以，本研究使用H3C CAS軟件平臺，搭建了虛擬實驗室的數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心拓撲如圖 3所示。

圖 3 實驗拓撲

在管理服務器和業(yè)務服務器上安裝CAS軟件。管理服務器用于對主機進行集中化統(tǒng)一管理，安裝CAS的CVK、CVM、CIC三個組件。業(yè)務服務器即虛擬機所在的物理主機，用于支撐數(shù)據(jù)中心運行。業(yè)務服務器上只需安裝CAS的CVK組件。管理服務器將對業(yè)務服務器進行虛擬機的劃分、控制和管理。

安裝完成后，在管理服務器上看到的云管理平臺登錄界面如圖 4所示。

圖4 云管理平臺登錄界面

在管理服務器上進入管理平臺，依次創(chuàng)建主機池、集群，在集群里添加業(yè)務服務器。然后在業(yè)務服務器上創(chuàng)建虛擬機。在虛擬機上安裝操作系統(tǒng)。配置完成后，管理平臺界面如圖 5所示。虛擬機有獨立的IP地址，用戶可以遠程登錄虛擬機。

圖5 虛擬機配置管理界面

創(chuàng)建好虛擬機后，在課堂上就能分配給學生使用，供學生實驗使用。比如《網(wǎng)絡攻防技術(shù)》這門課每位學生需要兩臺虛擬機進行實驗。上課前，教師預先分配好虛擬機，課后再釋放虛擬機。實現(xiàn)實驗資源的高效使用。

5 結(jié)束語

本研究為虛擬實驗室的基礎設施即數(shù)據(jù)中心的建設提出了可行方案。選擇H3C CAS云計算平臺搭建數(shù)據(jù)中心。后續(xù)繼續(xù)研究基于CAS系統(tǒng)的二次開發(fā)，實現(xiàn)虛擬實驗室管理系統(tǒng)和虛擬實驗室用戶平臺。

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