虛擬化技術在數字校園建設中的應用

遼寧對外經貿學院信息管理學院 李 玉

虛擬化技術在數字校園建設中的應用

遼寧對外經貿學院信息管理學院 李 玉

隨著信息時代的快速前進,信息社會也在不斷的改進發展。數字化校園建設的推行也越來越成熟。因此,虛擬化技術被廣泛的應用起來。本文主要結合了虛擬化技術的優勢在數字校園建設中的研究與分析。

虛擬化;虛擬化技術;數字校園;數據中心

引言

隨著數字校園建設的快速發展,校園內的數據中心也就需要更多的信息系統。這樣一來,各種不同的軟件平臺、應用和操作系統會大量增多。第一因為傳統的解決辦法是一個應用安裝在一臺或多臺物理機上。第二是因為每個系統對服務器、存儲資源等都具有獨占性。那么在數字校園中必然會導致服務器數量的增多,資源利用率的降低以及運行維護方面和管理方面的成本增加等問題。當虛擬化技術的出現,以它具有的優勢把建設數字校園的以上問題解決。彌補傳統方式下的不足之處,用最低的成本給學校的師生提供更加豐富的信息化網絡教程和科研教育等。不論現在還是未來也會有更多領域開始考慮虛擬化技術的加入來整合統一服務器、網絡、存儲器等來規劃自身的數據中心。

1.虛擬化技術及虛擬化優勢

1.1 虛擬化技術

虛擬化是指計算機中的各元件在虛擬的環境中運行,是在不真實的基礎上實現的。虛擬化技術可以擴大硬件的容量,簡化了軟件的重新配置過程。實際上虛擬化是一個廣義上的術語,是一個為了簡化管理,優化資源的解決方案。是為了節省成本,而發揮空間的最大利用率。CPU的虛擬化技術可以是單個CPU模式或者多個CPU并行的模式。并允許在同一個平臺上同時運行多個操作系統或各種應用程序,而且每個操作系統和應用程序都可以在各個相互獨立的空間中運行并做到互不影響,從而來提高計算機的工作效率。

1.2 虛擬化技術的優勢

虛擬化技術的實現,可以降低數字校園建設中的成本問題,同時又提高了現有資源的利用率。虛擬化軟件正變得更趨于完整而富有活力,它的發展方向也更加的全面。虛擬化是通過多種技術來實現的,并由某一種主要的虛擬層結合起來的。不僅在數字校園中可以使用,還可以在企業中使用?？梢?虛擬化技術的快速發展,已經逐漸深入到信息化時代。

(1)提高資源的利用率:很多臺虛擬服務器通過一臺服務器提供物理資源,高效率的利用資源的空閑空間,得以保證虛擬化技術在校園數據中心中的應用程序具有最高的可用性。

(2)良好的隔離性:每臺物理機都有很多的資源并且相互之間有聯系,但是虛擬機與物理服務器之間之間是完全隔離的,互不影響,并且可以使用計算機上的物理資源。所以,根據在可用性和安全性這兩個方面,應用程序在虛擬環境中運行會比在傳統的物理環境中運行的結果要好得多,所以說隔離也是虛擬化技術的一個優勢。

(3)具有更高的可靠性:虛擬服務器相對于硬件是獨立的狀態,可以通過災難恢復的改進以及解決方案的實現使運行的連續性有所提高。例如當一臺服務器出現故障時,虛擬機就可以在最短時間里來進行災難恢復而且還不影響其他的運行。這樣就會在整個數據中心得以具有更的高可用性。

(4)成本的降低:虛擬化為了減少物理資源的使用,隱藏其部分復雜性,實現自動化的方式來提高工作人員的工作效率。這樣一來,管理員可以輕松管理服務器,減少了之前大量傳統服務器帶來的巨大負擔。而且還通過減少實行方案的成本,使用數量更少的服務器來實現之前更多服務器才能完成的工作,降低了使用的空間以及購買服務器和管理工作等成本。

(5)具有兼容性:大部分虛擬服務器都能與x86系統具有相互兼容性能,并且可以實現多種不同的系統的共存狀態,以至最大限度的降低由于兼容性可能造成的問題。

2.虛擬化技術在校園建設中的應用

對于任何一所高校來說,現代化數字校園的建設是體現學校綜合實力的一種顯著特點,也是為學校培養人才的一種方式。在教學中引入了多媒體數字化教學方式,建設現代化基礎設施是近年來各地高校建設改造的共識。利用虛擬化技術構建的數字校園,集中管理服務器和各種教學應用程序,利用虛擬環境完成教學任務和教學科研是非常重要的。

2.1 校園網絡中心存在的問題

隨著信息化校園的建設,高校的數據中心需要不斷的更新軟件和更換系統等,在傳統化數據中心存在的問題有:

(1)從運維管理方面來分析,對于管理人員是非常復雜而繁重的。在傳統方式運行下,每個物理服務器都需要更多人力、物力來進行維護。由于每臺服務器購買的時間不同使維護工作更加困難,一旦出現操作系統損壞,會花費大量的時間進行系統恢復,服務器也會長時間處于停機狀態。

(2)高校信息資源的利用率低,大部分的服務器資源利用率都只占有20%左右,且這些服務器都需要大量的資源來運行,還占用了校園數據中心的大量空間。

(3)數據的備份也是十分困難的,由于各種硬件平臺以及操作系統的不同,不光使系統備份帶來困難,還導致管理員無法進行統一恢復。

(4)校園數據中心為各學院和管理部門提供資源,但是當其中一個網站出現漏洞問題會影響其它學院或管理部門的安全。

2.2 虛擬化在數字校園中實施的方案思路分析

對數字校園的建設中所運用的虛擬化技術,要選擇合適的虛擬化平臺以及標準的虛擬化服務器架構。具體的方案思路如下進行設計:

2.2.1 虛擬化平臺的選擇

目前被廣泛使用的VMware "虛擬PC"軟件被作為首選。因為VMware作為虛擬化的第一品牌,在技術上也已經擁有了足夠完整的體系。其工作站在一臺機器上可以同時建立并運行兩個或者更多x86虛擬機。而且每臺虛擬機都能運行各自的客戶機操作系統。每個操作系統都能進行虛擬的分區、配置并且不影響真實硬盤的數據。與此同時,VMware vCenter Server能使用一個控制平臺來管理1,000多個主機以及最多可以管理10,000個虛擬機,還提高了管理員對虛擬環境的運行和控制的優勢。VMware vCenter Server可以使管理員迅速部署虛擬機和主機通過使用標準化模板。

還有幾種其他的虛擬化平臺,例如:微軟的Hyper-V、紅帽企業虛擬化平臺、思杰交付中心(Citrix Delivery Center)等等?？梢詠硎褂眠@些虛擬化技術,為了達到降低成本、管理方便、具有擴展性的目的。

2.2.2 虛擬服務器架構

通過虛擬化實現服務器資源的整合和管理的統一?？傮w采用了虛擬服務器和物理服務器來實現系統的需求。利用虛擬基礎架構,可在整個基礎架構范圍內共享多臺計算機的物理資源。在虛擬化技術實現的過程中,首先要在網絡服務器上以及需要安裝在網絡上所有需要進行統一管理的服務器上安裝相應的VMware軟件。然后在虛擬機的安裝和配置完成后,為了實現對系統資源的有效管理與分配,需要在各種應用和軟件在windows環境下的工作站上安裝虛擬機。在完成虛擬服務器的構建后,就可以對現在有的系統進行遷移的工作。在這個實現過程中,更需要注意的是各個不同應用系統的實際運行負載情況。

2.2.3 虛擬化數據遷移

(1)要考慮對各種應用向虛擬設備或者服務器上遷移的這個過程是否可以雙向進行。不僅要從物理設備遷移到虛擬機上,也要考慮虛擬機上可不可以向物理設備上的遷移。如此一來,就需要進行動態的調整在虛擬機的資源上,但是有一些應用就需要不斷的減縮對系統的資源需求,因而就必須要對物理設備上的資源遷移到虛擬設備上。

(2)需要對這些應用進行備份和恢復。因為各種應用的安裝,虛擬機里存儲了更多的數據,從而不用在硬盤上完成數據的備份過程?？傊?無論在物理環境或者虛擬環境中的應用都有利于數據的備份和恢復。最后,為了完成物理機到虛擬機的遷移,一般會需要系統給提供的遷移工具才可以。然而還需要遷移后的測試,就是遷移過去的數據在虛擬機中運行一段時間,在這個過程中能夠檢測出虛擬機的CPU以及內存等設備的負載情況。為了確認虛擬系統有跟高的可靠性和可用性,有必要的話要調整系的CPU和內存等參數。需要注意的是遷移的過程中,需要從負載小的服務器開始進行遷移。運行的過程中,要暫時保留被遷移的實體機。如果在遇到硬件發生故障時,也只需要非常短時間來維護,由于虛擬機之間相互獨立,就不用考慮對整個平臺的影響問題。

3.虛擬服務器技術在數字化校園建設的研究

校園的網絡中心支持整個學校的各種業務系統的運行。由于數字校園的信息化建設正在逐步發展,以某校為例:該校支持多個業務系統的運行。例如:一卡通業務系統、綜合信息服務系統、校園網站系統、郵件系統、辦公OA系統、數據庫系統等等。該校在數字校園建設的過程中,也出現了各種各樣的問題。所以,該高校研究最后將身份認證平臺的統一、門戶和OA三個關鍵的系統在虛擬機中運行。這就需要2臺虛擬主機其中一臺來運行數據庫服務器以及統一身份服務器和應用服務器。然而另一臺虛擬主機來運行OA服務器,兩臺虛擬主機互為熱備份。采用ISCSI協議的虛擬機數據使用千兆交換機來使存儲設備連接在一起,并儲存數據。

在實現此方案時,需要注意的是:

(1)由于虛擬化是將服務器的資源分配給多個虛擬機運用,為了滿足數據庫的高讀取需求,所以使用了2臺服務器和雙4核處理器,并且最后決定采用了VMware公司的EXSI版本的虛擬化軟件。

(2)由于虛擬機上運行的應用都是重要的而且數據量也比較大,所以數據的備份問題需要極大的重視。在方案中采用了本地和異地備份、全備份和增量備份兩種方式。增量備份復制上次全備份或者最近發生的增量備份以來修改的數據。這種備份的優點是速度快,缺點是恢復耗時。本地備份包括全備份和增量備份兩種方式,如果一臺服務器出現問題,另外一臺備份服務器可以快速啟動。異地備份其實就是本地重要應用數據的一個復制。當本地數據或者整個系統出現問題時,系統在異地最少有一份可靠的數據的保存。

(3)本案存儲設備的使用是基于SAS的ISCSI SAN存儲陣列,并有九塊SATA 1G的硬盤。還使用了RAI D5為保證數據的安全性使用數據的校驗位,將數據段的校驗位來存在于各個硬盤中。因此,即使硬盤會有損壞發生,我們也可以通過其他的硬盤來重新建立破損的數據內容。

4.總結

在數字校園的建設中,由于采用虛擬化技術為學校的生活提供了越來越多的方便,與傳統的數字校園原有的模式相比可以看到更多的優勢,這種優勢隨著現代化科技的發展也在不斷的擴大。虛擬化技術的優勢不但在數字校園建設中體現了服務器的高效性,而且還提高了原有資源的利用率,使系統功能更為可靠。虛擬化技術對各種類型的應用軟件、操作系統進行了整合為一,使系統的安全性能得到提高,并且縮短了故障的恢復時間。以此可見,虛擬化技術在數字化校園建設中是重要的。

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李玉(1996-),女,滿族,遼寧錦州人,遼寧對外經貿學院信息管理學院學生。