曾陽艷

摘要：通過對虛擬云技術在實驗室的應用研究，構建云環(huán)境下虛擬實驗室架構，以提供多樣的、動態(tài)的實驗環(huán)境；通過桌面虛擬化技術和服務器虛擬化技術對資源訪問和管理，從根本上改變了計算機實驗室建設和管理方式，解決了實驗室建設成本高、管理維護效率低等問題，使計算機實驗室資源更好地為實驗教學和科研服務。

關鍵詞：虛擬化；云計算；實驗室建設管理；實驗資源共享

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）18-0047-03

隨著計算機及其應用技術日新月異的發(fā)展，社會對高校畢業(yè)生在計算機應用能力方面的要求也與日俱增。加強學生計算機應用技能的培養(yǎng)，使之具備與其專業(yè)相適應的計算機應用能力是我國高校計算機相關課程教學改革的重要任務和目標，在現(xiàn)階段按照傳統(tǒng)方式建設和管理的計算機實驗室已經無法滿足教學、科研的需要，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）服務器資源利用率低。傳統(tǒng)的模式下，每個實驗室配置1-2臺服務器，

一個服務器一個操作系統(tǒng)，一個應用，并且長期存在一部分實驗室服務器滿載，而另一部分服務器閑置，據(jù)統(tǒng)計實驗室服務器的平均資源利用率只5～15%左右。

2）實驗室建設、維護成本高。隨著計算機技術的發(fā)展，實驗室硬件設備一

般只能滿足3～5年的需求，軟硬件的升級和更新需要大量的成本。在實驗室日常的管理維護中，傳統(tǒng)的方式缺少集中化的IT管理機制，實驗室管理人員無法集中監(jiān)控、遠程訪問和管理實驗室，維護效率低。此外，如遇到突發(fā)情況，服務器或者學生機系統(tǒng)崩潰死機，數(shù)據(jù)丟失，可靠性無法保障。

3）實驗室管理分散，管理成本高。傳統(tǒng)方式下，服務器、計算機設備都分開放置，占地面積大，需要大量的人力來進行維護和管理，運維成本大。同時在實驗室日常管理中，實驗室管理人員常常需要進行大量繁瑣的、重復性的勞動來進行教學、科研、考試、培訓等各方面軟件的安裝和維護。

4）實驗室利用率低、實驗資源共享度低。傳統(tǒng)方式下，硬件設備資源有限，計算機實驗室的功能主要依據(jù)所服務的專業(yè)來劃分，如網絡技術實驗室、軟件工程實驗室、計算機基礎實驗室等，每個專業(yè)實驗室均只安裝其相關專業(yè)的軟件，因此僅能完成有限的一些課程的實驗教學和科學研究，存在實驗室利用率偏低的問題；此外傳統(tǒng)實驗資源往往只能在實驗室里才能使用，實驗資源受時間、場地限制，共享度低。因此實驗室的建設和管理技術需要不斷更新。

1.虛擬云技術介紹

云計算是一種能夠通過網絡以便利、按需的方式獲取計算資源（包括網絡、服務器、存儲、應用和服務等）并提高其可用性的模式，這些資源來自一個共享的、可配置的資源池，并能夠以簡便和無人干預的方式獲取和釋放資源。云計算體系結構的主要由資源層（IaaS）、平臺層（PaaS）與應用層（SaaS）組成。

虛擬化（Virtualization）是為某些對象創(chuàng)造的虛擬版本。它是表示計算機資源的抽象方法，通過虛擬化可以用與訪問抽象前資源一致的方法訪問抽象后的資源，可以為一組類似資源提供一個通用的抽象接口集，從而隱藏屬性和操作之間的差異，并允許通過一種通用的方式來查看和維護資源，包括服務器虛擬化、存儲虛擬化、應用虛擬化、平臺虛擬化、桌面虛擬化。虛擬化技術是將各種計算及存儲資源充分整合和高效利用的關鍵技術。

2.基于虛擬云技術的實驗室建設和管理

2.1搭建虛擬云計算平臺，為學生提供先進的虛擬化實驗平臺

隨著云計算及虛擬化技術的發(fā)展，虛擬化已用于各種生產環(huán)境，為此，實驗室的建設采用搭建虛擬云平臺，為學生提供學習及研發(fā)環(huán)境，能夠學習HA、DRS、VMotion等虛擬化技術，主要包括桌面虛擬化和服務器虛擬化2個部分。實驗室建設所依托的完整云環(huán)境下虛擬實驗室架構圖如圖1所示，該圖包含了實驗平臺的各種功能模塊，表述了各功能模塊之間的關系。

2.2虛擬桌面的部署和實現(xiàn)

傳統(tǒng)的實驗室PC機位置分散，如果需要進行操作系統(tǒng)或者應用軟件的安裝，管理員需要逐個機房安裝，遇到時間比較緊迫的考試，臨時環(huán)境的安裝更加困難，經常需要通宵加班。對于學生而言，上機的地點分散，機房的機器有還原卡，桌面的環(huán)境和數(shù)據(jù)不能跟著走，學習起來不方便，因此，我們可以采取虛擬桌面技術來解決上述問題。

現(xiàn)在主流的虛擬桌面技術有兩種，瘦客戶端和非瘦客戶端。瘦客戶端是指基于PC工業(yè)標準設計的小型行業(yè)專用商業(yè)PC，他的內部沒有硬盤和軟盤驅動器，所有的數(shù)據(jù)都存放在中心服務器上。非瘦客戶端模式是保護卡管理的一種升級模式，服務器用于管理系統(tǒng)鏡像、鏡像更新等操作，實時更新用戶終端系統(tǒng)。在非管理模式下，用戶終端所有的操作都在本地執(zhí)行，與單個的PC機沒有任何區(qū)別。

2.2.1虛擬桌面的實現(xiàn)

桌面虛擬化技術將傳統(tǒng)PC終端的操作系統(tǒng)和應用軟件都安裝在后臺服務器虛擬機中，所有的運算都由服務器來完成，老師或學生可以隨時隨地通過客戶端來訪問虛擬機，如使用云終端、瘦客戶機、傳統(tǒng)PC或者筆記本電腦等。而云服務器通過虛擬化技術，生成大量的虛擬桌面，并利用遠程桌面顯示協(xié)議，通過網絡將桌面發(fā)送給終端設備。管理員可以通過IE瀏覽器訪問服務管理平臺，對服務器集群和所有虛擬桌面進行管理和維護，從而實現(xiàn)桌面環(huán)境集中管理、終端零維護和硬件資源的彈性分配。

2.2.2虛擬桌面的優(yōu)點

使用桌面虛擬化技術后，具有如下優(yōu)點：

1）實驗室管理員只需要根據(jù)實際需要創(chuàng)建一個桌面模塊，再根據(jù)模板批量克隆具有相同配置的虛擬桌面，通過用戶名或者終端名實現(xiàn)桌面的快速分配，極大的提高了實驗室管理效率。

2）管理員還設置“虛擬個人桌面”，在這種環(huán)境下，虛擬機數(shù)據(jù)不還原，虛擬機登陸跟隨賬號走，在任何設備、任何時間、任何地點都可以登陸屬于自己的桌面，以滿足老師和教學、科研、學生畢業(yè)設計、課程設計等上機實踐的需求。

3）管理員還可以設置“虛擬教學桌面”自定義還原策略，用于上課培訓等場景，并支持批量修改虛擬機的IP、計算機名以及系統(tǒng)登陸名，可以滿足計算機等級考試的環(huán)境需求。

4）虛擬桌面提供了多重安全保障。設備終端在使用“虛擬桌面”的同時，

也可以使用本地系統(tǒng)。當網絡中斷時，學生可以使用本地系統(tǒng)繼續(xù)完成相關操作。

5）采用虛擬桌面，老舊PC也能登上云平臺，在虛擬環(huán)境下計算機能力主要來自于服務器，終端設備可以采用極低配置的PC，讓十年前的PC使用Win7系統(tǒng)和新型的應用軟件也十分流暢，極大的延長了實驗室硬件設備更新?lián)Q代的時間，節(jié)約了大量的成本。

2.3服務器虛擬化的實現(xiàn)

服務器虛擬化的實現(xiàn)需要有完整的虛擬化設備和管理軟件，包含虛擬化的所有重要因素，如虛擬生命周期、遷移、備份和恢復、監(jiān)控、高可用性和工作負載管理等。服務器虛擬化可以充分提升服務器的利用率，降低成本。

服務器虛擬化主要包括2個組件：1）虛擬化計算節(jié)點：以內核虛擬機技術為基礎，部署在實體服務器上，使得一臺服務器上可以運行多個虛擬機，虛擬機之間相互獨立，互不影響，可以根據(jù)需要安裝不同的操作系統(tǒng)和應用軟件。2）虛擬化控制節(jié)點：管理員可以查看和管理虛擬環(huán)境內所有組件，通過瀏覽控制節(jié)點，由單一的GUI接口實現(xiàn)對資源池、服務器、虛擬機、數(shù)據(jù)存儲、鏡像、網絡、安全等功能組件進行管理，同時包可以對資源的全局實時性能檢測和統(tǒng)計、在線遷移、應用負載均衡、時間跟蹤查詢等。

2.3.1服務器虛擬化的特點

服務器虛擬化之后，可以帶來如下特性：

1）集中管理數(shù)據(jù)：使用虛擬服務器后，管理員可以采用集中的管理方式，

通過辦公PC、移動終端、手機等訪問管理平臺，在信息中心遠程就可以完成所有服務器、虛擬機的生命周期管理，資源動態(tài)調配均衡，業(yè)務部署和日常維護工作，不受地理位置的限制。

2）服務器可靠性高：當物理服務器發(fā)生故障，如硬件損壞、異常報錯、無

法啟動等狀況，虛擬機可以在資源池內其他正常的服務器上重新啟動，保證用戶訪問的連續(xù)性。

3）自動負載均衡，響應時間提高：服務器虛擬化之后，在業(yè)務訪問的高峰

時段，利用服務器作為負載均衡設備，創(chuàng)建多個虛擬機共同承載，并根據(jù)虛擬機的優(yōu)先級，讓其訪問獲得計算資源，實現(xiàn)高負荷業(yè)務的負載均衡。

4）兼容性好，部署簡單快速：服務器虛擬化平臺能夠虛擬出不同操作系統(tǒng)平臺以供實驗或科研使用，如：WINDOWS、LINUX、UNIX等，并可以通過系統(tǒng)模板功能，在幾分鐘搭建幾十臺服務器的實驗環(huán)境，為老師節(jié)約教學準備時間。同時，也可以通過系統(tǒng)模板功能，快速部署考試服務器等應用服務器所需要的應用環(huán)境。

5）易備份，易恢復：虛擬化服務器提供了備份接口，可通過存儲自帶的備

份軟件，對虛擬機進行備份，當虛擬機的操作系統(tǒng)或應用軟件出現(xiàn)問題時，能快速恢復整個系統(tǒng)及相應應用。

2.3.2服務器虛擬化前后對比

對比發(fā)現(xiàn)通過虛擬化技術可以將多個物理服務器整合成一個物理服務器，降低了硬件采購的成本，同時通過資源的統(tǒng)一管理和調配也使服務器的平均利用率提高了60%左右，此外，實驗室的管理維護更加便捷，部署的時間也從原來的小時級提高到了分鐘級，節(jié)約了大量的人力資源，因此采用虛擬化技術和虛擬架構可以降低實驗室建設成本，更好的滿足教學與科研需要。

3.結束語

基于虛擬云技術在實驗室建設管理中的應用，簡化了實驗室的管理工作，

既提高了資源利用率，降低了耗能，又充分發(fā)揮出了低配置物理服務器的合力，從根本上改變了計算機實驗室建設和管理方式，使計算機實驗室資源更好地為實驗教學和科研服務。