借力虛擬技術構建校園私有云

文/劉皓 許明璋

借力虛擬技術構建校園私有云

文/劉皓 許明璋

采用虛擬化技術打造校園私有云，可以徹底解決各類存儲設備的整合及容災備份、數據安全穩定性保障等問題，同時將物理硬件資源集中在一起形成一個共享虛擬資源池，實現服務器虛擬化和“云桌面”。

信息化應用呼喚校園網升級

中國刑事警察學院（簡稱：刑警學院）一直高度重視校園信息化建設，1999年初步建成校園網，并且歷經幾次升級改造，最終建成基于高性能網絡基礎架構和多業務整合的綜合性“數字校園”平臺。該平臺擁有各種網絡設備數百臺，服務器近百臺，網絡覆蓋所有樓宇，無線網絡覆蓋所有教學區及辦公區；校園網主干為高性能萬兆雙核心架構，融合了IPv4和IPv6雙棧技術，采用MPLS VPN技術實現校園網、視頻監控網、一卡通及門禁業務網的多網絡融合。校園網出口總帶寬400M，提供聯通、電信、教育網三種接入；接入計算機數千臺；在線運行的各種信息應用系統數十個，涵蓋日常辦公、教學科研、學生管理、日常生活的方方面面，可以說該校園網及其承載的信息應用系統已經成為刑警學院發展建設必不可少的支撐和保障。

隨著技術進步和信息應用的廣泛和深入，用戶對信息平臺的性能和信息服務的品質提出更高的要求，原有IT系統的部分性能、結構已經不能適應新的信息應用系統的需求，具體表現在：

1. 服務器方面：大量各類信息應用系統以傳統的方式運行在單個物理服務器上，導致對物理服務器的需求數量巨大，同時伴隨著高昂的購置和運維成本，服務器的資源利用率卻十分低下；同時伴隨著系統維護升級造成的應用系統中斷，可管理性、兼容性和數據安全性差，新服務器和應用的部署時間長等問題。

2. 數據安全性方面：隨著數據量的不斷增加，數據類型的日益復雜，及業務存儲過于分散，數據的安全性和可靠性需要得到保證。特別是關鍵任務數據庫需二十四小時不停運轉，需要可靠的容災備份機制，來解決由于不可抗拒因素而導致的系統宕機、硬盤損壞或者遭遇病毒侵害等問題。

3. 存儲系統方面：學院基于SAN架構的存儲網絡系統沒有形成統一管理架構，形成了多個“SAN孤島” 。各類信息應用系統軟件平臺數據分別存儲在各個“SAN孤島”中，導致存儲資源池不能實現數據共享與自動遷移，數據資源存儲的空間無法實現動態分配，造成存儲空間的巨大浪費。

圖1 桌面云平臺

擁抱校園私有云

經過廣泛的評估論證之后，刑警學院采用VMware虛擬化技術部署了完整的校園私有云解決方案。以刀片式服務器、EMC VNX系列統一存儲、VMware vSphere服務器虛擬化軟件以及銳捷網絡RG-S6200/RG-S12000系列數據中心交換機相結合，構建了校園私有云數據中心，將一卡通、數字化校園、數字化圖書館等三大平臺全面遷移至私有云平臺中，建立70多臺虛擬機運行全院所有應用系統，并且穩定運行。

通過以上信息化建設，刑警學院簡化了IT基礎設施，使之具有強大的適應性與可擴展性。而數據中心通過虛擬化技術將物理基礎資源集中在一起形成一個共享虛擬資源池，可以更加靈活、高效和低成本地使用IT資源，從而擁有持續滿足校園信息化應用需求的能力。

桌面云平臺（見圖1）的成功部署，標志著刑警學院率先在高校中引入瘦客戶機辦公的模式。刑警學院初期部署了100臺VMware View 虛擬桌面系統，為教職工提供Windows操作系統、Office辦公軟件和10GB的存儲空間，用戶可在校內外的任何地點使用互聯網且支持云桌面客戶端的設備，就像使用本地計算機一樣來操作、顯示云桌面所提供的服務，同時共享存在云桌面的資源和數據。除了筆記本電腦、PC機外，用平板電腦甚至智能手機也可以辦公。而且，同樣是筆記本電腦和PC機，管理維護工作也大大簡化。如果按照傳統的做法，需要本校網絡信息中心IT人員對這些計算機管理和維護，進行重裝系統、查殺病毒之類的瑣碎工作。在桌面虛擬化環境中，Windows操作系統、Office等日常辦公軟件都集中運行在數據中心服務器上，教職工通過瘦客戶機登錄到數據中心虛擬機上進行工作。安裝計算機變得十分簡便，只需要建立一個賬戶即可，整個過程大約3~5分鐘。同時，計算機數據都存儲在高性能、高可靠的網絡存儲中，即使計算機崩潰，也不用擔心數據丟失。虛擬桌面的成功部署極大地簡化了傳統的桌面系統的部署和維護工作，實現整體的數據安全訪問服務。

統一存儲支持虛擬化

刑警學院云計算數據中心部署了超過70臺虛擬服務器，包括一卡通、網絡管理平臺、全部數字校園系統等學院的關鍵業務系統。這要求云計算數據中心的信息基礎架構平臺能夠提供大數據存儲和高速數據交換能力。

云計算數據中心為學院的各個業務子系統提供高效可靠的數據存儲和訪問平臺（見圖2），為需要高性能數據訪問的數據庫系統，如一卡通、教務系統等，提供高速數據訪問服務，為學院近萬名學員和教職工提供高效、優質服務。同時，該平臺提供FCoE、FC、iSCSI、NAS等多種主機接口，滿足不同應用需求，增強業務靈活性。基于刑警學院已經建成的校園網萬兆網絡交換系統，采用FCoE技術將VMware虛擬化服務器和EMC VNX5300統一存儲系統集成，簡化了傳統的存儲網絡體系架構，方便用戶更好地利用虛擬化技術、提高網絡吞吐量。同時將數據訪問情況進行分層，為了提高應用性能，自動地將訪問頻繁的數據放在存取性能較高的閃存盤，將訪問不頻繁的數據放在容量大、成本低的盤上，極大節省存儲成本。

云計算數據中心集成VMware vCenter Plug-in插件，可以在存儲管理視圖中方便地查看虛擬化的存儲位置和運行狀態，大大簡化管理。服務器虛擬化大幅度整合應用，降低物理服務器占用成本；在不中斷用戶使用和不丟失服務的情況下在服務器間實時遷移虛擬機，從而無需為計劃內的服務器維護安排應用程序停機。

利用EMC遠程數據保護套件，實現主數據中心和容災數據中心之間的數據同步復制，確保刑警學院的云數據中心能夠在發生災難時，快速恢復業務，確保各業務系統的安全性和業務連續性。

虛擬機的熱遷移要求遷移前后的IP和MAC地址不能改變，所以要求虛擬機遷移前后一定要在同一個VLAN中，遷移前后的兩個網絡之間不能跨越三層網絡設備，交換機虛擬化技術可以解決這個問題。兩臺核心交換機通過VSL（Virtual Switch Link）連接后構成一體的VSU，兩個機箱只有一個管理地址，二者的各種表項和策略完全同步一致，就像一臺交換機一樣。無論遷移前后在哪個機箱下都可以無縫地漫游到另外一個機箱上，而網絡不發生中斷。

圖2 統一存儲

圖3 中國刑警學院私有云數據概況

從虛擬桌面到數據備份的成效

刑警學院的校園私有云數據中心（總體概況見圖3），徹底解決了校園網數據存儲設備的整合和容災備份，數據安全性及穩定性保障等問題，實現了集中共享數字資源，大幅降低IT成本，優化IT資源利用率，加快學院信息化的進程，成效如下：

1. 桌面虛擬帶來靈活高效、集中管理：一臺服務器可以運行20~30個桌面環境，能夠有效集中硬件資源, 提高資源利用率；實現桌面硬件的標準化，節省維護量和大量電費，降低了成本；桌面登錄使用安全SSL隧道技術，終端不會因斷電、死機等現象的出現而對工作造成影響；可以在5分鐘內為新教工配置好辦公機，教工只需記錄用戶名密碼信息，即可在整個校園內使用云桌面系統，可以在任意地點使用客戶端訪問自己桌面環境，在任意地點讀取網絡存儲上的個人數據；實現桌面統一備份和教師數據集中存儲提高了數據的安全性。

2. 服務器虛擬化方面實現節能增效、低碳環保：服務器整合比達到1∶12，服務器利用率顯著增加，大大降低硬件成本；保障業務系統連續性，無需擔心硬件故障造成應用系統宕機；部署管理簡單；加速新業務部署及測試平臺的硬件搭建；降低了電能、制冷、機架、信息點、UPS等方面的需求；實現綠色數據中心的低碳環保。

3.云存儲方面實現數據集中、安全備份：實現高融合的存儲網絡，滿足所有應用的存儲需求；實現數據集中存儲，數據更加安全；實現基于統一存儲的Oracle RAC集群部署，提升數據庫處理能力；實現全院教師教學辦公資料的網絡存儲，避免重要資料丟失；實現將圖書館數據中心數據實時備份至災備中心，無須人工干預。

未來，刑警學院將繼續推進私有云數據中心建設，在虛擬化運行維護管理、安全、站點容災、數據備份及校園網云桌面擴容等方面逐步開展優化升級工作。

（作者單位為中國刑事警察學院網絡信息中心）