虛擬化技術在數字校園建設中的應用

王 康

（阜新高等專科學校，遼寧 阜新 123000）

虛擬化技術的出現，不僅減少了服務器的使用數量，更有效地提升了資源的利用率，無論是管理效率，還是服務質量，均實現了較大的提升。通過應用虛擬化技術建立新一代數字校園，實現一般信息服務、科學計算和數字化教學應用的數字化應用已成為高等院校當前的重要任務［1］。

1 虛擬化技術及基本類型

1.1 虛擬化技術

虛擬化技術是在一臺物理機上運行多個虛擬環境，且本臺服務器的資源可以在各個虛擬環境中進行共享，資源利用率可以得到有效地提升。各虛擬平臺間的應用程序擁有獨立的運行空間，相互不影響。虛擬技術實現了在同一物理環境中運行多個虛擬平臺，極大地提升了硬件平臺的擴展性、可用性和工作效率。虛擬機與主機，與其他虛擬機之間是完全隔離的狀態，即便其中一個虛擬機出現問題，其他虛擬主機及主機不會泄露數據。同時，標準化的虛擬硬件保證了虛擬機的兼容性。虛擬化技術使得軟件配置更為簡化，且虛擬機環境均以單個文件保存，不僅增強了安全性，也便于進行備份和移動。

1.2 虛擬化技術的基本類型

1.2.1 硬件仿真。硬件仿真是一種復雜的虛擬化實現技術。它的實現原來是依靠硬件仿真技術來完成，該技術通過在宿主系統上創建一個硬件VM（虛擬機），從而實現虛擬化。硬件仿真技術的優點是在實現虛擬化分布時不影響原有操作系統，其缺點是虛擬化速度較慢。

1.2.2 完全虛擬化

完全虛擬化以虛擬服務器和底層硬件為基礎，依靠一種虛擬機監視器（英文為hypervisor）軟件，使得CPU及硬件控制器可以訪問外圍設備。借助hypervisor的作用，每個虛擬服務器都可以獨立運行。

1.2.3 準虛擬化

這是針對hypervisor導致的CPU開銷較大，而設計出的新方案。它的前提是修改宿主操作系統，使hypervisor與系統協同工作，以此提供高性能虛擬化環境，也提高了虛擬化服務器響應能力。

1.2.4 操作系統層虛擬化

在宿主系統上建立一個或者多個虛擬服務器，并且使各虛擬服務器之間相互獨立，共享硬件資源，由此也加快了速度和性能。該技術也存在一些缺點，由于使用的是同一個宿主系統，運行不夠靈活。

2 虛擬化技術在數字校園建設中的應用

2.1 虛擬化技術方案規劃

對數字化校園網中所采用的虛擬化技術，具體的實現方案采用臺下思路進行設計。

2.1.1 對物理服務器進行詳細分類。根據網絡服務器中所采用操作系統、系統軟件和各種應用服務的不同，對網絡上的物理服務器進行詳細分類，同時根據服務器在使用過程中的動態參數，如網絡負載、并發數量等，對具體的網絡虛擬服務器進行規劃。通過對內存、硬盤、CPU以及各種網絡資源的科學合理分配，實現對功能相同或者相似應用的有效整合，從而構建起功能強大的虛擬服務器集群。需要說明的是，在規劃方案的設計過程中，要重點關注由于虛擬機的數量增加而導致的虛擬機蔓延現象的出現［2］。

2.1.2 可能存在的安全性問題。由于在使用過程中，不可避免地會涉及數據快速遷移和災難恢復等問題。所以，就應該起各種應用的虛擬冗余環境，從而有效提高整個系統的穩定性和可靠性；同時，還可以通過虛擬化的IP地址，進一步提高整個系統的安全性。

2.2 具體實施

2.2.1 虛擬服務器架設

第一，服務器軟件安裝。在具體的虛擬化過程中，第一步就是網絡服務器上安裝相應的軟件，即VMware Infrastructure，具體的安裝過程可以參考VMware官方網站上所提供的參考資料。在網絡上所有需要進行統一管理的服務器上，都需要安裝該軟件。完成虛擬機的安裝和配置后，還需要在Windows環境的工作站上安裝虛擬集群應用和管理軟件，即Virtual Center2.5，實現對系統資源的有效管理與分配。

第二，數據遷移。完成了虛擬服務器的構建后，就可以對現有的系統進行遷移工作。在此過程中，還應該重點掌握和了解各個不同應用系統的實際運行負載情況，負載主要包括操作系統、應用系統、網絡應用數據以及對網絡服務器中的CPU、內存等的利用率。

第三，分類處理，確認負載分配情況。了解了所有的負載情況后，就可以對其進行分類處理，具體確定需要從物理層面遷移到虛擬設備的各種負載，進而確定負載的分配情況。

2.2.2 虛擬化數據遷移

首先，綜合考慮遷移過程中的各類問題。

將各種應用向虛擬設備或者服務器上遷移的過程中，需要對很多問題進行綜合考慮。即遷移過程是否可以雙向進行，也就是說，除了從物理設備向虛擬機上遷移，從虛擬機上是否也可以向物理設備遷移。考慮到各種應用的動態變化性，很多應用會隨著業務的不斷發展而擴展。這樣，在虛擬機上的資源就需要進行動態的調整；而有的應用則對系統資源的需求會不斷縮減，此時，就需要從物理設備上向虛擬設備上遷移資源。

其次，對各種應用的備份和恢復進行規劃。系統中所安裝的各種應用，都需要對其進行災備和恢復。正是由于安裝的各種應用，虛擬機中存儲了越來越多數據，不需要從硬盤上實現數據的備份過程。這種數據備份的過程就要求不僅能夠實現從物理到虛擬的備份過程，同時，還能夠實現從虛擬到物理的備份過程。所以說，這種備份過程與應用環境是相互獨立的，也就是說，存在于物理或者虛擬環境中的各種應用，都能夠為用戶數據的備份和恢復過程提供幫助。

第三，需要通過系統提供的遷移工具，實現從實體機向虛擬機的遷移過程。遷移過程之后，還應該讓其在虛擬機系統中運行一段時間，在此過程中就能夠對虛擬機中的CPU、內存等設備的負載情況進行嚴格測試，而在需要的情況下，還需要對系統中的CPU、內存和硬盤空間等參數進行調整，確保系統具有較高的可靠性和可用性，只有經過這些過程，才能正式投入使用。

在遷移過程中，從網絡殺毒服務器等負載比較小的服務器開始。接著，就可以對遷移量不是很大的Web服務器進行遷移，直到所有的數據都遷移完畢。此外，還應該對虛擬機的壓力進行實時掌握。在試運行的過程中，需要對被遷移的實體機進行暫時保留。這樣，在發生無法逆轉問題的情況下，就可以及時切換回去?？紤]到虛擬過程會使得虛擬機的動態可遷移性更高，在遇到硬件故障的情況下，只需要很短的時間就能夠對其進行維護，不用擔心某臺服務器的問題影響到整個應用平臺。

3 結語

在數字校園建設中，虛擬化技術相比傳統的技術具有明顯優勢，不僅實現了服務器的高可用性，充分提升了存儲設備和服務器的利用率，更實現了不同類型操作系統的整合，不僅縮短了系統故障恢復的時間，更方便了對服務器進行管理、維護和升級。

［1］薛瑩瑩.虛擬現實技術在數字博物館中的應用［J］.河南科技，2014，13（13）：14.

［2］侯研.虛擬化技術在校園網中的應用研究［J］.河南科技，2014（23）：1.