基于虛擬技術(shù)的高職實(shí)訓(xùn)室數(shù)據(jù)中心建設(shè)研究

付祥

（浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310053）

基于虛擬技術(shù)的高職實(shí)訓(xùn)室數(shù)據(jù)中心建設(shè)研究

付祥

（浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310053）

本文通過服務(wù)器虛擬化技術(shù)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)室數(shù)據(jù)中心建設(shè)，解決實(shí)訓(xùn)室服務(wù)器資源使用效率低，投資與效益不成比例等問題，最大限度發(fā)揮服務(wù)器資源共享的效率。為同類實(shí)訓(xùn)室建設(shè)提供一種虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)的參考思路。

服務(wù)器虛擬化；數(shù)據(jù)中心；實(shí)踐教學(xué)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛普及和應(yīng)用，計(jì)算機(jī)職業(yè)教育和人才培養(yǎng)成為高職院校一項(xiàng)重要的任務(wù)，基于工作過程，教與做一體的實(shí)訓(xùn)室建設(shè)也成為培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)人才的必要手段。近幾年，全國各高職院校為了實(shí)現(xiàn)“基于工作過程”、“教學(xué)做一體化”和“任務(wù)驅(qū)動(dòng)、產(chǎn)教合一”的以“工學(xué)結(jié)合”為核心的人才培養(yǎng)模式和教學(xué)改革的目標(biāo)，在實(shí)訓(xùn)設(shè)備上投入巨資，潛意識(shí)中認(rèn)為多購買先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器等有形的物資，加大生均設(shè)備金額，就是重視，心里就踏實(shí)，認(rèn)為設(shè)備到位就能實(shí)現(xiàn)“工學(xué)結(jié)合”為核心的人才培養(yǎng)目標(biāo)，這其實(shí)存在嚴(yán)重的認(rèn)識(shí)誤差。

一、現(xiàn)狀與背景分析

通過對(duì)國內(nèi)大量高職計(jì)算機(jī)類實(shí)訓(xùn)室建設(shè)方案和案例的調(diào)研、分析和研究，結(jié)合我院的計(jì)算機(jī)類專業(yè)教學(xué)基地建設(shè)的實(shí)踐，筆者認(rèn)為實(shí)訓(xùn)室的大投入，尤其是各實(shí)訓(xùn)室都配備服務(wù)器，存在使用效率低、性價(jià)比差、無法實(shí)現(xiàn)節(jié)能低碳目標(biāo)等問題，這主要表現(xiàn)在：

首先，資金的投入，一個(gè)實(shí)訓(xùn)單元（可供6名學(xué)生實(shí)訓(xùn)）按12萬元計(jì)算，一個(gè)48人的教學(xué)班同時(shí)開課需100萬元以上的投入。

其次，由于實(shí)訓(xùn)單元投入資金大，部分學(xué)校通過對(duì)實(shí)訓(xùn)單元內(nèi)容及數(shù)量進(jìn)行簡化，造成大量實(shí)訓(xùn)內(nèi)容無法實(shí)現(xiàn)，有些實(shí)訓(xùn)內(nèi)容只能停留在熟悉設(shè)備調(diào)試命令或使用仿真器、模擬器的層面上。

第三，部分實(shí)訓(xùn)室建設(shè)過程中，一些學(xué)校為了延長昂貴的設(shè)備使用壽命，采用固定的設(shè)備、固定的拓?fù)洹⒐潭▽?shí)訓(xùn)內(nèi)容的模式，已經(jīng)違背了“基于工作過程”、“教學(xué)做一體化”和“任務(wù)驅(qū)動(dòng)、產(chǎn)教合一”的以“工學(xué)結(jié)合”為核心的人才培養(yǎng)模式和教學(xué)模式改革的目標(biāo)。

正是由于存在這些問題，在進(jìn)行國家示范高職院校項(xiàng)目的建設(shè)過程中，我們將網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)室數(shù)據(jù)中心建設(shè)方案作為一個(gè)典型案例進(jìn)行先期研究,提出通過服務(wù)器虛擬技術(shù)方案，按照企業(yè)實(shí)際運(yùn)行模式設(shè)計(jì)，完成一個(gè)可集中管理、高性價(jià)比的計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)方案。

二、實(shí)訓(xùn)室數(shù)據(jù)中心規(guī)劃與IT資源整合

1.實(shí)訓(xùn)室建設(shè)需求

在近兩年的計(jì)算機(jī)大類實(shí)訓(xùn)室規(guī)劃設(shè)計(jì)中，要完成包括企業(yè)信息化專業(yè)實(shí)訓(xùn)室、企業(yè)沙盤實(shí)訓(xùn)室、生產(chǎn)制造實(shí)訓(xùn)室、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理實(shí)訓(xùn)室、PDS綜合布線實(shí)訓(xùn)室、軟件項(xiàng)目開發(fā)實(shí)訓(xùn)室、企業(yè)網(wǎng)站管理實(shí)訓(xùn)室等9個(gè)實(shí)訓(xùn)室項(xiàng)目的新建和擴(kuò)建任務(wù)，每個(gè)實(shí)訓(xùn)室都有1~2個(gè)服務(wù)器資源需求，但數(shù)據(jù)中心計(jì)劃采購5臺(tái)PC服務(wù)器，加上原有的4臺(tái)服務(wù)器，一共擁有9臺(tái)服務(wù)器資源，僅能滿足60%左右的實(shí)訓(xùn)室服務(wù)器需求。

經(jīng)過對(duì)所有實(shí)訓(xùn)室建設(shè)方案的仔細(xì)研究和評(píng)估，筆者發(fā)現(xiàn)：

（1）大部分專業(yè)實(shí)訓(xùn)室需要主機(jī)資源，主要原因是專業(yè)實(shí)訓(xùn)需要一些復(fù)雜的技術(shù)，如目錄表服務(wù)、郵件服務(wù)、數(shù)據(jù)庫和Web服務(wù)器等，而不是都需要那些依賴定制化部件的主機(jī)。

（2）在承擔(dān)教學(xué)任務(wù)時(shí)，主機(jī)資源只使用了10%到15%的運(yùn)轉(zhuǎn)比率，在其他工作環(huán)境的運(yùn)轉(zhuǎn)效率甚至?xí)停糠种鳈C(jī)僅在做壓力測試之類的任務(wù)時(shí)才會(huì)有比較高的利用率。

（3）由于信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，新采購的主機(jī)擁有多核處理器、8G~16G的內(nèi)存，超過1000G的大容量存儲(chǔ)設(shè)備。

在這樣的環(huán)境中，將物理主機(jī)資源進(jìn)行整合，采用虛擬技術(shù)是一種很好的選擇。

2.數(shù)據(jù)中心服務(wù)器虛擬技術(shù)簡介

虛擬機(jī)(Virtual Machine)技術(shù)，就是用軟件模擬現(xiàn)實(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)。虛擬機(jī)技術(shù)的特點(diǎn)就是在一臺(tái)計(jì)算機(jī)虛擬出多臺(tái)計(jì)算機(jī)，從而解決教學(xué)的實(shí)際問題。

利用虛擬機(jī)技術(shù)，可以在現(xiàn)有計(jì)算機(jī)主操作系統(tǒng)上建立若干個(gè)同構(gòu)或異構(gòu)的虛擬計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，這些虛擬機(jī)系統(tǒng)有獨(dú)立的CPU、內(nèi)存、硬盤，甚至還擁有獨(dú)立的BIOS。由于虛擬機(jī)系統(tǒng)僅僅是主系統(tǒng)上的一個(gè)文件，只需要完成這個(gè)文件的備份工作，就可以隨時(shí)恢復(fù)虛擬機(jī)系統(tǒng)，絕對(duì)不會(huì)影響主系統(tǒng)和其他虛擬機(jī)系統(tǒng)。與在計(jì)算機(jī)上安裝多啟動(dòng)操作系統(tǒng)不同，在虛擬機(jī)環(huán)境下，多個(gè)操作系統(tǒng)可以同時(shí)運(yùn)行，并且不需要重新啟動(dòng)就可以完成操作系統(tǒng)之間的互相切換。更重要的是，通過虛擬出來的各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，虛擬機(jī)（Virtual Personal Computer）能完成主機(jī)（Host Operating System）之間的網(wǎng)絡(luò)通訊，多個(gè)虛擬機(jī)還可以和主機(jī)組成標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)。不僅如此，多個(gè)主機(jī)上的多個(gè)虛擬機(jī)還可以通過主機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接成標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)。

服務(wù)器虛擬技術(shù)安裝在物理服務(wù)器的裸機(jī)上，將物理服務(wù)器上的處理器、內(nèi)存、存儲(chǔ)器和網(wǎng)絡(luò)資源抽象到多個(gè)虛擬機(jī)中。

采用服務(wù)器虛擬架構(gòu)技術(shù)相比于傳統(tǒng)單臺(tái)服務(wù)器部署單一應(yīng)用方式的好處是可以充分滿足不同應(yīng)用對(duì)系統(tǒng)資源的不同要求，如有的應(yīng)用只需要一個(gè)3.0 GHz CPU，512MB的內(nèi)存就可以很好地運(yùn)行，而有的高訪問率、高吞吐量的應(yīng)用則需要2個(gè)甚至是4個(gè)CPU，8GB的內(nèi)存才能保證穩(wěn)定的運(yùn)行。在傳統(tǒng)方式下，往往不可能針對(duì)每一種應(yīng)用來采購服務(wù)器，而是用一種或幾種標(biāo)準(zhǔn)配置的服務(wù)器來統(tǒng)一采購，這樣勢(shì)必會(huì)造成某些應(yīng)用資源富裕，而另一些應(yīng)用面臨資源緊張的情況，且應(yīng)用之間不能互相調(diào)配資源。

采用服務(wù)器虛擬架構(gòu)技術(shù)后，由于每個(gè)虛擬機(jī)所需使用的系統(tǒng)資源都是由虛擬架構(gòu)軟件統(tǒng)一調(diào)配，這種調(diào)配可以在虛擬機(jī)運(yùn)行過程中在線發(fā)揮作用，使得任何一個(gè)應(yīng)用都可以有充分保證的資源來穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)，該應(yīng)用在此時(shí)用不到的資源又可以被其他更需要資源的應(yīng)用臨時(shí)借用過去，最大限度地提高了整體系統(tǒng)的資源利用率。

目前成熟的數(shù)據(jù)中心虛擬化方案有VMware公司的VMware Infrastructure 3,它主要由ESX Server和Virtual Center以及VMware Infrastructure Client三個(gè)部分組成。

VMware ESX Server直接構(gòu)建于硬件層之上，它將處理器、內(nèi)存、存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)和一些I/O設(shè)備資源抽象到多個(gè)虛擬機(jī)中。這些虛擬機(jī)之間相對(duì)獨(dú)立,各自擁有虛擬的CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)器、網(wǎng)卡等資源,每個(gè)虛擬機(jī)再在這些抽象的資源上運(yùn)行自己不同的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。支持Windows、Linux、Netware、Solairs等 32 位與 64 位的操作系統(tǒng)。VMware ESX Server是目前校園網(wǎng)數(shù)據(jù)中心這類中型虛擬化應(yīng)用的最佳軟件平臺(tái)。

三、虛擬化建設(shè)步驟與實(shí)訓(xùn)室環(huán)境擴(kuò)展

1.數(shù)據(jù)中心虛擬化建設(shè)步驟

遷移到虛擬的IT環(huán)境相當(dāng)簡單，只需要幾個(gè)簡單的步驟就可以完成，成功實(shí)施虛擬化項(xiàng)目的關(guān)鍵是保持簡單化。

首先，獲取合適的硬件。服務(wù)器需要大量的資源，包含：多核的處理器、海量內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)適配器和存儲(chǔ)。

其次，獲取一個(gè)免費(fèi)的虛擬化引擎。筆者采用的是VM公司提供的免費(fèi)引擎，雖然基于軟件的虛擬化產(chǎn)品，會(huì)降低性能，不過它可以進(jìn)一步降低實(shí)驗(yàn)室的投資成本。

在選定了使用的虛擬化引擎之后，筆者就可以使用免費(fèi)的P2V（Physical to Virtual）工具，將原有的物理服務(wù)器進(jìn)行轉(zhuǎn)移，當(dāng)然如果是新建的實(shí)訓(xùn)室要求主機(jī)資源，那樣建設(shè)方法將更簡單。

2.實(shí)訓(xùn)室環(huán)境的擴(kuò)展

在完成數(shù)據(jù)中心的虛擬化建設(shè)之后，我們或許會(huì)開始考慮在數(shù)據(jù)中心部署更多的虛擬機(jī)，在虛擬化環(huán)境中，您無需對(duì)已有環(huán)境做重新部署，只需通過激活之前使用的虛擬機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)，如果數(shù)據(jù)中心有其他的設(shè)備，如局域網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)（NAS）環(huán)境，我們有一個(gè) 12T容量的漢勤NAS，借助于虛擬技術(shù)，可以非常方便地將它加入到數(shù)據(jù)中心。

3.特色與優(yōu)勢(shì)

相比物理機(jī)的部署，虛擬機(jī)的部署時(shí)間顯著降低。這可以保存資源、縮短部署時(shí)間以及項(xiàng)目完工時(shí)間。當(dāng)系統(tǒng)管理員構(gòu)建源虛擬化或者模板以便生成每一個(gè)環(huán)境時(shí)，就可以保證每個(gè)環(huán)境的一致性。

虛擬機(jī)支持快照。快照是虛擬機(jī)在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的狀態(tài)鏡像，無論虛擬機(jī)是否運(yùn)行，快照都可以執(zhí)行。每次用戶執(zhí)行任務(wù)和想要保存測試結(jié)果的時(shí)候，都可以執(zhí)行快照。而且，如果用戶在執(zhí)行接下來的任務(wù)時(shí)遇到問題，他還可以使虛擬機(jī)退回到快照時(shí)的狀態(tài)。這種技術(shù)可以避免重建系統(tǒng)從而節(jié)省大量的時(shí)間。

通過主機(jī)網(wǎng)絡(luò)的虛擬化能力，虛擬機(jī)之間是完全相互隔離的。此外，用戶也不會(huì)知道他們共享著主機(jī)的資源，因?yàn)樗麄兊沫h(huán)境是完全自包含的。

虛擬化技術(shù)允許自助式的虛擬機(jī)置備和管理，這樣就可以讓系統(tǒng)管理員執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其他重要任務(wù)。

管理員可以控制給虛擬機(jī)多少資源。他們可以控制虛擬機(jī)使用的某種資源的最大量，保證虛擬機(jī)不會(huì)消耗掉物理主機(jī)上所有的該類資源。如此，就可以保證共享同一物理主機(jī)的其他虛擬機(jī)的性能指標(biāo)保持在可接受的范圍內(nèi)。

四、成果及遠(yuǎn)景展望

對(duì)大部分高職院校的教學(xué)實(shí)訓(xùn)室服務(wù)器資源共享而言,虛擬化的魅力正在不斷展現(xiàn)。從發(fā)展趨勢(shì)看,數(shù)據(jù)中心建設(shè)正向更加智能、更加節(jié)能的方向發(fā)展。所謂更加智能,就是要應(yīng)用多種自動(dòng)化的管理方案,提升數(shù)據(jù)中心的管理能力,簡化數(shù)據(jù)中心的管理。而所謂更加節(jié)能,就是應(yīng)用一些新的技術(shù),采用諸如虛擬化技術(shù)和產(chǎn)品來整合傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心,以便降低數(shù)據(jù)中心的能耗。

我院實(shí)訓(xùn)室數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)和建設(shè)，極大地提高了實(shí)訓(xùn)室服務(wù)器資源的投資效益，減輕了設(shè)備維護(hù)的經(jīng)費(fèi)和實(shí)驗(yàn)員的工作量，在實(shí)際的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中取得了良好的效果。

[1]虛擬技術(shù)應(yīng)用將成網(wǎng)絡(luò)教育新趨勢(shì)[J].計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò),2008(11).

[2]江迎春.VMware和Xen虛擬網(wǎng)絡(luò)性能比較[J].軟件導(dǎo)刊,2009(5).

[3]陳桂林,邱克,李藝.基于網(wǎng)絡(luò)的高校資源虛擬化管理探討[J].中國高教研究,2008(7).

[4]何禹,胡宇鴻,王一波.虛擬化技術(shù)在校園網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用[J].電子科技大學(xué)學(xué)報(bào),2007(12).

[5]魯松.計(jì)算機(jī)虛擬化技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.1.

（編輯：楊馥紅）

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1673-8454（2011）03-0033-03