王世剛 劉玉強(qiáng)

(1.武漢城市職業(yè)學(xué)院計(jì)算機(jī)與電子信息工程學(xué)院 湖北 武漢：430064； 2.博爾塔拉職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息系 新疆 博爾塔拉蒙古自治州博樂(lè)市：833400)

博爾塔拉職業(yè)技術(shù)學(xué)院(博州職院)位于新疆博爾塔拉蒙古自治州博樂(lè)市，2017年3月由原博州中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校升格為高職院校。隨著辦學(xué)層次的提高，對(duì)外宣傳、學(xué)校信息系統(tǒng)整合、管理效率提升等工作逐漸提上日程。網(wǎng)絡(luò)中心作為核心部門(mén)，承擔(dān)著技術(shù)方面的工作，保障著學(xué)校網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行和維護(hù)工作。

博州職院網(wǎng)絡(luò)中心現(xiàn)有中職和高職2個(gè)網(wǎng)站，由于開(kāi)發(fā)時(shí)間和開(kāi)發(fā)單位不一致，2個(gè)網(wǎng)站需要2臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行管理。教務(wù)管理系統(tǒng)采用的平臺(tái)由2臺(tái)服務(wù)器管理，分別放置數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)頁(yè)程序。圖書(shū)借閱系統(tǒng)采用1臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行管理，精品課程網(wǎng)站需要1臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行管理。目前教務(wù)平臺(tái)需要升級(jí)，由原協(xié)同辦公，教學(xué)管理等模塊升級(jí)為具有身份認(rèn)證、信息門(mén)戶(hù)、數(shù)據(jù)交換、協(xié)同辦公、教學(xué)管理、學(xué)生管理等模塊，同時(shí)需6臺(tái)服務(wù)器管理網(wǎng)站數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，而且網(wǎng)絡(luò)流量需要根據(jù)不同訪問(wèn)量進(jìn)行分別管理。由于現(xiàn)階段中、高職還需同時(shí)辦學(xué)，所以中、高職網(wǎng)站還需要同時(shí)運(yùn)行，同時(shí)放置在2臺(tái)服務(wù)器非常耗費(fèi)電力資源，需進(jìn)行整合。另外，精品資源課程管理系統(tǒng)和圖書(shū)借閱管理系統(tǒng)也需要整合進(jìn)入高職網(wǎng)站服務(wù)器中。

目前博州職院網(wǎng)絡(luò)中心服務(wù)器數(shù)量多且較為分散，常常需要出入網(wǎng)絡(luò)中心或采用遠(yuǎn)程桌面的方式進(jìn)行管理，非常不方便。針對(duì)這些管理問(wèn)題，本文提出利用虛擬化服務(wù)器方式，通過(guò)集群管理的基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(Infrastructure as a Service, IaaS)架構(gòu)對(duì)原有系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行改造，并對(duì)改造前后架構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量、CPU及內(nèi)存的使用情況進(jìn)行測(cè)試，整體性能達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)?；赩Mware vSphere平臺(tái)的數(shù)據(jù)中心為云計(jì)算系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)，通過(guò)VMware公司提供的vSphere SDK和vSphere API等開(kāi)發(fā)工具和接口可以把當(dāng)前數(shù)據(jù)中心打造成提供IaaS的云計(jì)算系統(tǒng)[1]。

1 基于IaaS的信息系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)原理

傳統(tǒng)的高校網(wǎng)絡(luò)中心信息系統(tǒng)平臺(tái)采用的是將Web服務(wù)及數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)等應(yīng)用放置在1臺(tái)服務(wù)器中，而高校網(wǎng)絡(luò)中心涵蓋了多個(gè)Web服務(wù)及數(shù)據(jù)庫(kù)，需要放置于不同的服務(wù)器中，基礎(chǔ)設(shè)施使用較多，統(tǒng)一管理及資源調(diào)度困難。基于IaaS的信息系統(tǒng)平臺(tái)，將多個(gè)Web服務(wù)及數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)等放置在基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)中，通過(guò)統(tǒng)一資源調(diào)度和集中平臺(tái)管理，解決了傳統(tǒng)高校網(wǎng)絡(luò)中心信息系統(tǒng)平臺(tái)分散，無(wú)法集中管理的問(wèn)題。虛擬化技術(shù)避免了“一臺(tái)服務(wù)器、一個(gè)操作系統(tǒng)、一種應(yīng)用”的孤島模式[2]。

高校聚集有大量的數(shù)字資源，云計(jì)算可以將資源無(wú)縫隙地提供給師生使用，師生以享用服務(wù)的形式享用這些資源，這便是云計(jì)算的3個(gè)核心要素——資源集中、能力發(fā)布和服務(wù)模式[3]。此次高校網(wǎng)絡(luò)中心信息系統(tǒng)平臺(tái)改造正是基于IaaS思想，將傳統(tǒng)的服務(wù)器進(jìn)行整合，利用IaaS的基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)，通過(guò)虛擬化及構(gòu)建資源池的方法，將分散的Web服務(wù)及數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)統(tǒng)一進(jìn)行管理。原有教務(wù)系統(tǒng)，學(xué)生管理系統(tǒng)，中、高職網(wǎng)站及后臺(tái)管理平臺(tái)遷移至新的基于IaaS的信息系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)，能夠?qū)Ψ?wù)器性能進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)時(shí)了解和掌握基礎(chǔ)架構(gòu)的性能，為教務(wù)系統(tǒng)，學(xué)生管理系統(tǒng)，中、高職網(wǎng)站及后臺(tái)管理平臺(tái)等提供技術(shù)保障。

2 網(wǎng)絡(luò)中心信息系統(tǒng)平臺(tái)改造實(shí)施方案

博州職院中、高職官方網(wǎng)站訪問(wèn)量較教務(wù)管理系統(tǒng)平臺(tái)少，服務(wù)器配置較低。原教務(wù)管理系統(tǒng)平臺(tái)所在服務(wù)器配置較高，圖書(shū)借閱管理系統(tǒng)和精品資源課程管理系統(tǒng)訪問(wèn)量較大，服務(wù)器配置較高。經(jīng)過(guò)分析，可以將原有教務(wù)管理系統(tǒng)平臺(tái)從配置較高的服務(wù)器中遷移出去，將中職和高職官方網(wǎng)站放置于原教務(wù)管理系統(tǒng)平臺(tái)所在的服務(wù)器中。新購(gòu)置1臺(tái)高性能服務(wù)器，采用服務(wù)器虛擬化方式進(jìn)行教務(wù)管理系統(tǒng)的整合，完善管理能力，提高教務(wù)管理系統(tǒng)的使用效率。根據(jù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中心服務(wù)器多且管理困難的問(wèn)題，設(shè)計(jì)改造流程圖進(jìn)行梳理，如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)中心改造流程圖

云計(jì)算本身具有高性能、高可用性和易用等特點(diǎn)，基于云計(jì)算技術(shù)構(gòu)建的云資源管理平臺(tái)提供統(tǒng)一化多維度的管理功能，能夠保證平臺(tái)管理的可靠性和安全性[4]。

(1)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖設(shè)計(jì)

根據(jù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中心改造流程，構(gòu)建出博州職院網(wǎng)絡(luò)中心改造后的架構(gòu)圖，如圖2所示。

圖2 改造后的信息系統(tǒng)架構(gòu)圖

(2)搭建中、高職網(wǎng)站新平臺(tái)

原中、高職網(wǎng)站所需服務(wù)器2臺(tái)。為進(jìn)行集中管理，采用Vmware Esxi服務(wù)器虛擬化平臺(tái)進(jìn)行整合，將原有中、高職網(wǎng)站遷移到1臺(tái)服務(wù)器中。

(3)搭建教務(wù)管理系統(tǒng)新平臺(tái)

教務(wù)管理系統(tǒng)平臺(tái)升級(jí)需要大量服務(wù)器資源，因此新購(gòu)入1臺(tái)性能較高的服務(wù)器進(jìn)行服務(wù)器虛擬化配置，采用Vmware Esxi版本進(jìn)行整合。原教務(wù)平臺(tái)數(shù)據(jù)遷移后，同樣采用Vmware Esxi版本進(jìn)行整合。根據(jù)教務(wù)管理系統(tǒng)平臺(tái)要求，需要虛擬化5臺(tái)服務(wù)器，供教務(wù)管理系統(tǒng)平臺(tái)使用，分別為QG1-QG5。將新購(gòu)置的服務(wù)器分別進(jìn)行服務(wù)器的虛擬化工作，并采用Vcenter Server架構(gòu)進(jìn)行服務(wù)器集群化管理。采用OVP(虛擬機(jī)管理平臺(tái))，構(gòu)建硬件資源，可動(dòng)態(tài)調(diào)整服務(wù)器集群環(huán)境，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)控和管理。

(4)教務(wù)平臺(tái)整合后網(wǎng)絡(luò)分配情況，教務(wù)平臺(tái)整合后網(wǎng)絡(luò)流量基本平穩(wěn)，偶爾有峰值出現(xiàn)。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，峰值情況的出現(xiàn)是因?yàn)樵诖似陂g教職工及學(xué)生大量登錄錄入成績(jī)、查看成績(jī)以及選課等。這多發(fā)生在學(xué)期初和學(xué)期末。為避免期初和期末教職工及學(xué)生大量登錄錄入成績(jī)、查看成績(jī)以及選課情況造成網(wǎng)絡(luò)擁塞，決定對(duì)QG1-QG4這4臺(tái)服務(wù)器中的網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行分流。如圖3所示，可以看到將QG1-QG2通過(guò)虛擬交換機(jī)的方式放在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口下，將QG3-QG4通過(guò)再虛擬一臺(tái)交換機(jī)的方式放在另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口下，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)流量分流處理。

(5)網(wǎng)絡(luò)中心改造出現(xiàn)的問(wèn)題及對(duì)策

服務(wù)器虛擬化過(guò)程中，出現(xiàn)的問(wèn)題比較多，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行排查解決，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。

一是虛擬化安裝過(guò)程中出現(xiàn)服務(wù)器RAID卡識(shí)別不了的問(wèn)題。這種情況需要查詢(xún)兼容性列表，查詢(xún)VMware ESXi對(duì)應(yīng)的版本所支持的RAID卡。此次改造中就出現(xiàn)了對(duì)聯(lián)想RD430服務(wù)器軟RAID不支持的情況。安裝VMware Esxi版本過(guò)程中，服務(wù)器首先需要進(jìn)行RAID陣列的配置。配置后，可以正常安裝VMware ESXi，但安裝到檢測(cè)磁盤(pán)位置時(shí)，找不到磁盤(pán)。此問(wèn)題根本原因是由于RAID驅(qū)動(dòng)無(wú)法在ESXi中找到。解決辦法是購(gòu)買(mǎi)硬RAID卡，安裝到服務(wù)器中即可。

二是虛擬化過(guò)程中有硬RAID卡，配置后仍然不能在VMware ESXi安裝過(guò)程中找到磁盤(pán)。此情況是由于不同廠家對(duì)于VMware ESXi中的驅(qū)動(dòng)封裝不一致導(dǎo)致，這種情況就要去服務(wù)器廠商的官方網(wǎng)站，下載對(duì)應(yīng)的VMware ESXi版本。此次改造遇到這樣的問(wèn)題，DELL R730服務(wù)器在安裝VMware ESXi時(shí)，使用的是硬RAID卡，并進(jìn)行配置，但安裝過(guò)程中仍舊無(wú)法找到磁盤(pán)。到戴爾官方網(wǎng)站下載了對(duì)應(yīng)的DELL R730 VMWARE ESXi 5.5定制版本update3，問(wèn)題解決。

3 實(shí)施效果對(duì)比

計(jì)算機(jī)的運(yùn)行能耗最具備云計(jì)算平臺(tái)能耗特性的即為虛擬機(jī)運(yùn)行能耗。云計(jì)算平臺(tái)的虛擬化技術(shù)使其具備服務(wù)器整合、在線遷移、可隔離、高可用性、低管理開(kāi)銷(xiāo)特性[6]。

網(wǎng)絡(luò)中心改造前有7臺(tái)服務(wù)器同時(shí)在運(yùn)行，采用KVM平臺(tái)進(jìn)行管理，不具備遠(yuǎn)程集中管理能力，無(wú)法根據(jù)服務(wù)器資源使用情況進(jìn)行有效調(diào)度。根據(jù)教務(wù)管理系統(tǒng)平臺(tái)需求，還需新增4臺(tái)服務(wù)器，如采用改造前方案，則服務(wù)器需要達(dá)到11臺(tái)，并需增加1臺(tái)KVM進(jìn)行統(tǒng)一管理。改造后，使用4臺(tái)服務(wù)器便可將原有架構(gòu)的11臺(tái)服務(wù)器所需功能全部完成，降低能源消耗，可進(jìn)行集中管理。采用虛擬化服務(wù)器方式，使用Vcenter server進(jìn)行服務(wù)器集群管理，虛擬機(jī)可根據(jù)不同資源使用情況進(jìn)行有效調(diào)度和遷移，同時(shí)可以通過(guò)遠(yuǎn)程進(jìn)行實(shí)時(shí)管理虛擬服務(wù)器。

開(kāi)啟分布式資源調(diào)度程序根據(jù)對(duì)資源池資源負(fù)載的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，合理觸發(fā)均勻分配規(guī)則，最終實(shí)現(xiàn)資源池中的物理服務(wù)器之間重新分布虛擬機(jī)的目的，解決了原來(lái)網(wǎng)絡(luò)中心服務(wù)器不具備遠(yuǎn)程集中管理能力。

采用虛擬化之前，只能逐一查看單個(gè)服務(wù)器CPU、內(nèi)存及網(wǎng)絡(luò)流量情況。當(dāng)CPU、內(nèi)存和網(wǎng)絡(luò)流量資源使用率達(dá)到90%，只能等待資源完全釋放，否則業(yè)務(wù)訪問(wèn)將變得非常緩慢，甚至無(wú)法訪問(wèn)的情況。比如當(dāng)學(xué)生同時(shí)瀏覽教務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行選課，虛擬化前的單臺(tái)服務(wù)器會(huì)由于瞬時(shí)訪問(wèn)人員增多，導(dǎo)致CPU、內(nèi)存及網(wǎng)絡(luò)流量達(dá)到峰值，將服務(wù)器資源消耗完，導(dǎo)致無(wú)法訪問(wèn)的情況，采用虛擬化方式，將業(yè)務(wù)服務(wù)器虛擬化，并使用分布式資源調(diào)度DRS，當(dāng)瞬時(shí)訪問(wèn)人數(shù)增多時(shí)，把資源耗盡的這臺(tái)虛擬機(jī)遷移到空閑資源中，這時(shí)，大量學(xué)生選課仍然可以繼續(xù)正常訪問(wèn)服務(wù)器資源，不會(huì)感覺(jué)到無(wú)法訪問(wèn)或者很慢的情況發(fā)生。

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中心進(jìn)行虛擬化改造還可以對(duì)管理效率及能耗進(jìn)行改善，如表2所示。

表2 網(wǎng)絡(luò)中心改造前后管理效率及能耗說(shuō)明

4 結(jié)語(yǔ)

(1)新疆博州職院網(wǎng)絡(luò)中心改造項(xiàng)目，對(duì)原有傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中心進(jìn)行改造，通過(guò)系統(tǒng)集成，使用虛擬化及資源池技術(shù)，極大提升了網(wǎng)絡(luò)中心的管理能力，提高了信息系統(tǒng)管理能力，減少了采購(gòu)成本，降低了能耗。

(2)在平臺(tái)整合的需求分析、系統(tǒng)規(guī)劃、實(shí)施過(guò)程中，碰到了一些問(wèn)題，需要和網(wǎng)絡(luò)中心管理人員進(jìn)行有效溝通。

(3)改造后的信息系統(tǒng)平臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定，能通過(guò)監(jiān)測(cè)手段對(duì)基礎(chǔ)架構(gòu)的設(shè)施進(jìn)行有效監(jiān)控，防止單點(diǎn)故障的產(chǎn)生。同時(shí)，為下一步的更多信息化平臺(tái)擴(kuò)充提供了技術(shù)保障。