構(gòu)建“虛擬化技術(shù)與云計(jì)算”教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

【摘要】越來(lái)越多的院校開(kāi)始開(kāi)設(shè)虛擬化技術(shù)與云計(jì)算方面的課程，但受硬件條件和成本的制約，實(shí)訓(xùn)條件很難滿足，本文結(jié)合實(shí)際授課經(jīng)驗(yàn)，給出一個(gè)基于“虛擬再虛擬”的實(shí)訓(xùn)環(huán)境解決方案。

【關(guān)鍵詞】虛擬化;云計(jì)算;實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

信息技術(shù)的發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步極大地改變了人們的工作和生活方式。“云”的概念逐漸被人們所熟悉，逐步電子化的文件也不需要購(gòu)置移動(dòng)硬盤(pán)或刻錄光盤(pán)保存了，取而代之的是“云盤(pán)”。外出手機(jī)拍攝的照片，可以實(shí)時(shí)同步的“云盤(pán)”。公司或單位完沒(méi)完成的工作，不用U盤(pán)帶到家里繼續(xù)做，取而代之的是“同步盤(pán)”。中小企業(yè)可以不用構(gòu)建自己的信息機(jī)房，取而代之的是租用“云計(jì)算機(jī)”或者基于“云”的某種應(yīng)用。

什么是“云”？提供資源的網(wǎng)絡(luò)被稱(chēng)為“云”。“云”中的資源對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，是無(wú)限擴(kuò)展的，能隨時(shí)獲取，按需使用，隨時(shí)擴(kuò)展，按使用付費(fèi)。“云”是一些可以自我維護(hù)和管理的虛擬計(jì)算資源，通常為一些大型服務(wù)器集群，包括計(jì)算服務(wù)器、存儲(chǔ)服務(wù)器、寬帶資源等等。云計(jì)算（cloud computing）是商業(yè)化的超大規(guī)模分布式計(jì)算技術(shù)，云計(jì)算將所有的計(jì)算資源集中起來(lái)，由軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)管理，無(wú)需人為參與。云計(jì)算的主要形式是IAAS（Infrastructure as a Service）、PAAS（Platform as a Service）、SAAS（Software as a Service），隨著技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，一切都可以做為服務(wù)，也就是XaaS。

云計(jì)算的基礎(chǔ)是虛擬化技術(shù)，可以說(shuō)沒(méi)有虛擬化技術(shù)，就沒(méi)有云計(jì)算。云計(jì)算是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接大量計(jì)算結(jié)點(diǎn)，用分布式軟件使之虛擬成有機(jī)整體，提供可動(dòng)態(tài)伸縮的高性能計(jì)算服務(wù)。虛擬化是指計(jì)算元件在虛擬基礎(chǔ)上而不是真實(shí)的基礎(chǔ)運(yùn)行，是一個(gè)為了簡(jiǎn)化管理，優(yōu)化資源的解決方案，虛擬化技術(shù)能夠通過(guò)資源共享與合并資源來(lái)提高效率并降低成本。

隨著云應(yīng)用的增多，諸多的企業(yè)也開(kāi)始搭建自己的云平臺(tái)。所以，對(duì)云運(yùn)維人才的需求也不斷增加。諸多高校也已經(jīng)把云計(jì)算和虛擬化技術(shù)作為專(zhuān)業(yè)課程開(kāi)設(shè)，或者一些學(xué)校已經(jīng)開(kāi)始籌建相關(guān)專(zhuān)業(yè)。但云計(jì)算的運(yùn)行環(huán)境比較復(fù)雜，硬件環(huán)境要求極高，相關(guān)設(shè)備也比較昂貴，建設(shè)專(zhuān)業(yè)的實(shí)訓(xùn)室是一筆龐大的費(fèi)用。另外，作為實(shí)訓(xùn)室來(lái)講，還要保證下一批同學(xué)過(guò)來(lái)上課時(shí)，設(shè)備還要能還原到指定的狀態(tài)。

當(dāng)前，虛擬化產(chǎn)品遍地開(kāi)花，各個(gè)大的公司都開(kāi)始研發(fā)自己的虛擬化產(chǎn)品。企業(yè)級(jí)虛擬機(jī)廠商的市場(chǎng)占有率，名列前茅的是VMWare，然后是微軟的Hyper-V，還有Citrix的XenServer，RedHat公司的KVM等。由于其他虛擬機(jī)管理程序與VMWare相比不夠成熟，未在廣泛的跨部門(mén)生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心得到驗(yàn)證，并缺乏交付客戶要求的可靠性、可擴(kuò)展性和性能所需的核心功能。所以教學(xué)平臺(tái)采用的就是VMWare公司的vSphere產(chǎn)品。VMWare的虛擬化平臺(tái)，由磁盤(pán)陳列、ESXi主機(jī)、vCenter、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、Windows域控制器、vSphere Clinet組織，為了能實(shí)現(xiàn)ESXi服務(wù)集群中、負(fù)載均衡、動(dòng)態(tài)遷移等功能，ESXi主機(jī)至少要2臺(tái)，也就是說(shuō)，構(gòu)建一個(gè)這樣的平臺(tái)，工程中至少要6臺(tái)服務(wù)器。

VMWare的ESXi是基于單內(nèi)核的虛擬化技術(shù)，也就是硬件的驅(qū)動(dòng)程序全在ESXi中，所以ESXi所支持的硬件是有限的。常用的服務(wù)器品牌當(dāng)然不在話下，如果是機(jī)房的PC機(jī)，則未必支持。況且，也無(wú)法安裝相應(yīng)的電子教室軟件，不方便廣播教學(xué)。一個(gè)實(shí)訓(xùn)機(jī)房，一般來(lái)說(shuō)有50臺(tái)左右的電腦，電腦要求CPU必須支持虛擬化，內(nèi)存至少4G。每組6臺(tái)電腦，可以分成8組，有條件的話，教師自己也可能擁有一組。每臺(tái)電腦安裝廣播教學(xué)軟件和硬盤(pán)保護(hù)卡，用VMWare或VirtualBox之類(lèi)的軟件，用來(lái)虛擬化安裝vSphere的相關(guān)組件。為了保障各個(gè)vSphere組件間的通訊，VMWare所虛擬的系統(tǒng)的網(wǎng)卡需要采用橋接方式。整個(gè)虛擬化實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)思想就是在虛擬化的基礎(chǔ)上“再虛擬”。實(shí)訓(xùn)室每組的拓?fù)鋱D如下：

其中的ESXi-1和ESXi-2是兩臺(tái)虛擬的ESXi主機(jī)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)ESXi的集群。磁盤(pán)陳列采用OpenFiler或FreeNAS做 iSCSI Target服務(wù)，當(dāng)然也可以用Linux主機(jī)或者Windows系統(tǒng)安裝WinTarget做iSCSI Target服務(wù)。安裝vCenter的操作系統(tǒng)要求必須是Windows 2003 Server 64位或者更高版本。數(shù)據(jù)庫(kù)根據(jù)ESXi的版本選擇合適的數(shù)據(jù)庫(kù)版本，一般來(lái)說(shuō)是Microsoft SQL Server 2008。當(dāng)然，如果物理機(jī)性能和內(nèi)存合適，可以直接安裝vCenter內(nèi)置的Express版本數(shù)據(jù)庫(kù)。域控制器采用Windows 2003 Server或更高版本，兼做DNS和DHCP服務(wù)。

本方案中，教師可以控制實(shí)訓(xùn)室所有電腦進(jìn)行講解，學(xué)生每組可以完成一個(gè)完整的平臺(tái)，學(xué)生在分組中共同完成學(xué)習(xí)任務(wù)，同時(shí)也提高了協(xié)作、協(xié)調(diào)能力。本方案的一個(gè)缺點(diǎn)就是占用物理機(jī)比較多，如果每臺(tái)物理機(jī)的內(nèi)存能達(dá)8G，則用三臺(tái)物理機(jī)就可以完成整個(gè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，這時(shí)，宿主機(jī)就要采用64位的操作系統(tǒng)，比如Windows 7 64位。當(dāng)前，對(duì)64位支持的教學(xué)廣播軟件還比較少，64位的硬盤(pán)保護(hù)軟件也不完善，這是一個(gè)需要考慮的問(wèn)題。隨著硬件性能的不斷提高和內(nèi)存的降價(jià)，PC機(jī)配置32G內(nèi)存也不是夢(mèng)想，到時(shí)，單臺(tái)PC就可以實(shí)現(xiàn)該方案了。該方案不僅適用VMWare的虛擬化技術(shù)方案，對(duì)于搭建OpenStack云平臺(tái)也同樣適用。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡嘉璽《企業(yè)及虛擬機(jī)應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)》電子工業(yè)出版社