虛擬化技術在高校信息化中的作用

伍世楊

佛山科學技術學院信息與教育技術中心

虛擬化技術在高校信息化中的作用

伍世楊

佛山科學技術學院信息與教育技術中心

虛擬化（Virtualization）技術是以提高IT基礎設施利用率為目的，將IT基礎設施根據不同需求進行重新規劃與分配的技術。虛擬化技術在提高IT基礎設施利用率，降低成本方面有著顯著的效果，在高校信息化中得到了迅速的普及。本文將介紹虛擬化技術，特別是服務器虛擬化技術，以及它在高校信息化中所發揮的巨大作用。

背景

虛擬化（Virtualization）技術是以提高IT基礎設施利用率為目的，將IT基礎設施根據不同需求進行重新規劃與分配的技術。虛擬化技術包含的范圍很廣泛，包括服務器虛擬化、網絡虛擬化、存儲虛擬化等等。本文由于篇幅限制，只介紹服務器虛擬化，而這也是當前在高校信息化建設中運用最廣泛的虛擬化技術。服務器虛擬化是指將物理服務器資源抽象成邏輯資源，每臺服務器上能夠運行多臺（在資源允許的情況，甚至上百臺）虛擬服務器，讓CPU、內存、磁盤和網絡等硬件變成靈活變更，按需分配的虛擬資源。運用虛擬化技術，我們可以實現在同一個物理服務器上同時運行多個虛擬機，每個虛擬機上都能獨立運行一個操作系統。虛擬機之間彼此獨立，互不干擾。虛擬化技術能夠建立一個高效的平臺，以支持高校的業務需求，為高校各個學院提供服務，同時降低成本和電力消耗。由于虛擬化技術在降低成本方面的卓越表現，很多高校在信息化建設時把它作為一種不可或缺的核心技術加以運用。

虛擬化技術的優點

虛擬化技術由于高校的服務器大幅增長而變得越來越重要的。因為服務器規模的膨脹增加了高校的建設成本，而集群的擴大又為數據的安全性帶來了新的挑戰。虛擬化技術能夠有效應對這個問題。虛擬化技術有以下優點：

（1）可擴展性強：虛擬機不完全依賴于底層的硬件設施，可以理解為是操作系統從它的底層硬件的束縛中“解放”出來。一個虛擬機只需要從物理服務器分配出來一些資源就可以運行，還可以進行正常的啟動、停止、重啟和遷移等操作。所以虛擬機的安裝和部署都要比物理機簡單很多，而從應用的角度來看，用戶在使用虛擬機所提供的服務時，是體會不到虛擬機和物理機的區別的。

（2）可靠性強：集群規模的擴大會導致故障率的提升。如果虛擬機出現故障，不會對物理機有影響。而如果物理機出現故障，那么可以對虛擬機進行動態遷移到其他能夠正常運行的物理機上，所以基本上沒有影響。

（3）隔離性好：不同的虛擬機之間是完全隔離的，所以它們不會相互干擾。

隨著多核系統、集群以及分布式計算的廣泛使用和部署，虛擬化技術顯示出很強的商業應用優勢，既能降低IT成本，增強資源的可伸縮性，還可以增強系統安全性和可靠性，虛擬化的概念也被人們所熟知和接受。

虛擬化平臺—VMware vSphere

現在廣泛使用的虛擬化軟件有VMware、OpenStack、Xen Server和KVM等等。本節將詳細介紹VMware的解決方案。vSphere是VMware公司推出來的一套服務器虛擬化解決方案，目前最新版本是6.0。vSphere主要包括三大組件：ESXi、VMware vCenter Server和VMwareClient。

ESXi是虛擬機平臺管理程序，它內置了一個VMware Kernel（虛擬化管理內核）。與其競爭對手相類似，ESXi可以直接安裝和運行在裸機器上，將物理服務器上的CPU、內存和存儲資源虛擬化之后，提供給虛擬機使用。ESXi及其管理的物理服務器就稱為虛擬主機。ESXi是整個解決方案的基礎與核心，正是它體現了虛擬化技術的優越之處。因為ESXi打破了“每個物理服務器只能運行一個操作系統”的束縛，使得每臺物理服務器能夠運行多個不同的操作系統，而且它們彼此之間互不干擾、獨立運行。而這正是服務器虛擬化的本質。通過同時運行多個操作系統，ESXi提高了整個物理服務器的資源利用率，有效地避免了采用傳統技術而導致的服務器使用率普遍不高所造成的浪費。

VMware vCenter Server是虛擬化平臺管理中心控制系統，用來管理ESXi虛擬主機和運行在其上的虛擬機，并提供虛擬機遷移（vMotion）、高可用性（HA）和資源優化（DRS）等功能。vMotion是在虛擬機管理中起著關鍵作用的技術，可以把一個運行中的虛擬機從一臺虛擬主機上平滑地遷移到另一臺虛擬主機上。這里的平滑是指虛擬機在遷移的過程中不停機，它所提供的服務不受任何影響。在虛擬主機需要進行維護或者重啟，而運行在其上面的虛擬機又不能停機的情況下，vMotion就能發揮它的作用了。HA是High Available（高可用性）的縮寫，HA是vMotion技術的自動版，當一個虛擬主機宕機后，vCenter Server會把其上運行的全部虛擬機遷移到其他空閑的虛擬主機上重啟運行，由此保障虛擬機不會因為某一臺虛擬主機的宕機而無法使用。DRS是Distributed Resource Scheduler（分布式資源調度）的縮寫，是VMware的一種資源調度程序，它能在不同的資源池之間監控各種資源的利用率，并根據業務需要和用戶預先設定的規則，在多個虛擬機之間動態分配可用資源。

VMware Client是客戶端，用戶可以通過VMware Client登錄到VMware vCenter Server對整個虛擬主機集群（包括虛擬機、網絡、存儲等資源）進行全面的管理。

虛擬化技術在高校信息化中的應用實例

由于虛擬化技術具有提高IT基礎設施利用率，降低成本方面的顯著效果，在國內外的高校都得到了快速的普及。

（1）馬歇爾大學：馬歇爾大學在美國西弗吉尼亞，是該地區內歷史最悠久的公立高等教育機構。該大學的工程師利用vSphere延長了一個超負荷的數據中心的使用壽命，同時還降低了IT開銷，加快了服務器的調配速度。

（2）上海杉達學院利用vSphere，提高了數據中心內的CPU、內存、網絡和磁盤等計算資源的使用率，從而得出結論，在實施虛擬化之后，各項原先空閑的資源均得以充分利用，在相同的能耗下，發揮出了更高的效能。

（3）佛山科學技術學院從2013年開始通過虛擬化技術淘汰了將近一半的舊服務器。這些舊服務器由于使用時間都超過7年，有的甚至超過10年，技術落后，故障頻發且能耗較高。而在這些舊服務器上運行的業務又是學校的核心應用系統，例如郵件服務器，辦公系統等等。所以出于保證業務系統穩定性與提高IT基礎設施的效率，降低能耗的考慮，信息中心決定淘汰舊服務器的同時，將運行在舊服務器的業務系統遷移到vSphere虛擬化平臺上。到目前為止，在vSphere上運行的虛擬機已經超過了200臺，為學校的教學、辦公提供了有力的支持。如果使用傳統的技術，那就需要購買200臺物理服務器。而使用虛擬化技術，信息中心只需要購買10臺刀片服務器，并部署vSphere虛擬化平臺，不僅節省了大量機房的空間，也降低了能耗。與此同時，工程師可以通過vSphere提供的客戶端軟件登錄到VMware vCenter Server，即可遠程對全部虛擬機進行管理，極大地降低了管理的難度與復雜度。

結語與展望

本文詳細介紹了虛擬化技術，包括虛擬化技術的概念、原理和優點。本文還詳細介紹了當前使用最廣泛的虛擬化平臺VMware vSphere，介紹了它的三大組件及各自的功能，并以此為例子將服務器虛擬化的本質揭示出來。接著文中介紹了使用vSphere作為服務器虛擬化的三個高校，它們都無一例外地達到了提高IT基礎設施使用效率的目的。

當前虛擬化技術發展迅速，服務器虛擬化只是第一步，當然也是很關鍵的一步?，F在網絡虛擬化技術和存儲虛擬化技術都在快速發展。

傳統的網絡虛擬化技術是指對一個物理網絡虛擬化成多個邏輯網絡。常見的例子是VLAN。隨著軟件定義網絡技術的發展，網絡虛擬化的內涵也在改變。當前業界對于網絡虛擬化的理解是建立在服務器虛擬化的基礎之上。在服務器虛擬化中，虛擬機能夠在不同的虛擬主機之間遷移，但由于虛擬機受限于具體網絡的環境。而網絡虛擬化的目標正是要實現在多種虛擬機管理平臺間保持虛擬機遷移的靈活度，可以將任何虛擬機遷移至任何地方，讓虛擬機不受特定集群、網絡環境甚至是地域的限制。

存儲虛擬化是對存儲硬件進行抽象化，屏蔽掉存儲系統的復雜性與多樣性，使得很多不同廠商的、異構的存儲設備能夠虛擬化成一個存儲資源池，由一個統一的平臺來管理這個資源池。服務器能夠通過這個統一的平臺調用存儲資源，對數據進行具體的讀寫操作對于服務器是透明的。

現在業界已經提出要發展數據中心虛擬化。而服務器虛擬化、網絡虛擬化與存儲虛擬化都是數據中心虛擬化必不可少的前提?？梢韵胂?，當網絡虛擬化與存儲虛擬化技術都發展成熟的時候，數據中心虛擬化也就不遠了。

伍世楊（1987－）男，漢族，廣東肇慶人，佛山科學技術學院，助教，碩士，研究方向為虛擬化與云計算。

廣東省普通高校青年創新人才項目 編號：2015KQNCX179