張鸰

摘要：本課題起源于“基于網絡云平臺的虛擬實驗教學研究”項目，但在課題的研究過程中發(fā)現(xiàn)，關于實驗資源調配、利用效率等方面出現(xiàn)了一些亟待解決的問題，基于以上該文在研究虛擬化的相關技術的基礎上，通過分析傳統(tǒng)實驗室的不足，結合虛擬化技術的優(yōu)勢提出了虛擬化實訓資源池模型，希望能為高校虛擬實訓室的建設提供一些參考。

關鍵詞：云計算；虛擬化；實驗實訓；資源池

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）26-0221-02

1 虛擬化技術簡析

虛擬化技術就是把相對有限的既定資源，通過需求測算和科學規(guī)劃，合理分配資源使之利用率最大的技術手段。主要的形式就是提供必要的運行環(huán)境支撐軟件執(zhí)行，而這種必要的運行環(huán)境就是實現(xiàn)底層資源共享，即底層資源對使用者來說是透明的。可以從高到低劃分虛擬化層次：應用虛擬化、操作系統(tǒng)虛擬化、網絡虛擬化等。虛擬機（Virtual Machine，VM）可以理解為由虛擬器模擬出來的一臺虛擬的計算機，也可以理解為邏輯中的計算機。使用宿主機的資源但又完全獨立于宿主機，并和其它虛擬機隔離開。相當于在同一臺硬件上同時運行運行多個操作系統(tǒng)，它們完全獨立互不影響，并且從使用者的視角來看是獨占資源的。虛擬化技術的優(yōu)勢有以下幾點：1）虛擬化技術使得多臺虛擬機共享同一物理資源，有效減少物理機數(shù)量，在減少管理難度的同時，極大地提升了資源利用率；2）虛擬化技術支持動態(tài)遷移，虛擬機可以在不影響用戶使用的情況下遷移到其它物理節(jié)點；3）虛擬化技術可以方便的實現(xiàn)快速部署，服務商可以快速提供定制虛擬機給用戶使用。

2 傳統(tǒng)實訓室存在問題

目前，在高校實際教學中由于實訓建設成本高、設備老化快、實訓資源不足等原因使得實訓教學難以開展，從而直接影響了教學效果。主要表現(xiàn)在以下幾個方面的問題：1）管理上的難題：各種設備型號復雜、數(shù)量繁多、操縱系統(tǒng)不統(tǒng)一、運行環(huán)境部署費時費力，還存在實驗資源利用率不均衡的問題；2）教學資源的存儲難題：每學期實驗室機房的服務器積累了大量的教學資源管理起來非常繁瑣；3）網絡和設備安全，因為還原卡的存在，安全、互聯(lián)類的實驗無法進行；4）設備、技術的更新：實驗室軟硬件升級頻率較快，一方面需要大量資金投入，另一方面會對正常教學活動造成影響；5）無法實現(xiàn)對學生上機行為的實時監(jiān)管；6）能耗高，不符合綠色低碳的社會理念。虛擬化技術可以方便的解決以上問題，提高管理效率，縮短各種應用的部署時間，增加可用性，還可以動態(tài)遷移提高容災和業(yè)務的連續(xù)性。

3 虛擬化實訓資源池理論模型研究

根據(jù)前文，現(xiàn)在我們就構建基于網絡云平臺的虛擬化實訓資源池。我們可以把基于網絡云平臺的虛擬化實訓體系從技術上劃分為4層結構：面向服務體系（Service-Oriented Architecture，SOA）的構建層、管理中間件層、資源池層、物理資源層。SOA構建層直接面向應用，封裝云計算能力成為標準Web Services；管理中間件層服務于SOA構建層，提供必要的云計算資源支持與管理；資源池層利用虛擬化技術集成底層硬件系統(tǒng)，形成一個虛擬化的資源池，包含各種硬件資源、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和應用程序集合；物理資源層涉及到所有的硬件資源，包括服務器硬件系統(tǒng)、網絡硬件系統(tǒng)等。

依托于虛擬化技術，實訓室中的各種資源實現(xiàn)虛擬化以后，傳統(tǒng)的物理主機成為計算資源池中的虛擬機，用戶利用客戶終端遠程登錄完成對虛擬機的操作，得到計算機資源池的服務支持。涉及到的相關操作、計算均在高性能服務器上進行，借助虛擬化技術真正實現(xiàn)了對實訓室維護管理工作的集中化控制，由原來的管理物理機變?yōu)楣芾硖摂M機。通過對云環(huán)境下實訓室的虛擬化計算資源配置、調度、管理等方面的分析，形成如圖1的虛擬化實訓資源池模型。

用戶應用層：此層用戶利用客戶終端遠程登錄到虛擬機進行操作，直接面向具體應用展開實驗任務，可以采用無盤工作站、瘦客戶機等作為客戶端。

虛擬機資源管理層：由虛擬機及相關管理系統(tǒng)構成。這一層，基于虛擬硬件資源層之上，滿足需求的大量虛擬機將被創(chuàng)建，在管理系統(tǒng)控制下并發(fā)處理數(shù)據(jù)。同時，本層承擔著對系統(tǒng)虛擬化的管理工作，負責依據(jù)需求選擇合適的虛擬機模板生成、銷毀虛擬機；建立用戶終端與虛擬機之間的映射關系，實現(xiàn)用戶對虛擬機的訪問任務；解決服務器間的負載均衡，以滿足學生虛擬實訓的需求。比如，根據(jù)課表安排中課程、課時、地點、班級、學生數(shù)等相關要素，課前準備時主動創(chuàng)建滿足需求的虛機，下課后自動刪除虛擬機。這樣，實現(xiàn)了針對不同的課程需求，自動生成相應配置的虛擬機，滿足不同課程的實訓教學需求。

虛擬硬件資源層：由硬件資源層和虛擬化層構成，其中運算器、存儲設備、網絡設備等資源構成了硬件資源層；虛擬化層為上一層虛擬機資源管理層提供運行的環(huán)境和資源，它利用虛擬化分層抽象技術完成對硬件資源層的虛擬抽象，使操作系統(tǒng)與硬件資源分離開來，由虛擬監(jiān)控器（Virtual Machine Monitor，VMM） 調度操作系統(tǒng)在物理硬件資源上執(zhí)行，并提供齊全的虛擬硬件接口。解決了在服務器云端大量的虛擬機以及多種操作系統(tǒng)能夠獨立并發(fā)運行的問題。

用戶訪問應用層用戶直接面對的一層，用戶借助客戶端，完成遠程登陸虛擬機并進行實驗操作任務，客戶端的類型包括：瘦客戶端，PC 物理機等。

4 結束語

本文在研究虛擬化技術的基礎上，通過對傳統(tǒng)高校實訓室的存在的問題分析，結合實訓室中的資源需求構建了虛擬化實訓資源池模型，探討了虛擬實訓平臺建設的新的思路。

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[通聯(lián)編輯：唐一東]