虛擬化技術在中職學校網絡中心機房管理的應用

蕭達鈔

Abstract：This paper describeed the definiens，characteristics and advantages of virtualization technology，analyzed the problems existing in the management of vocational school network center，compared major virtualization technologies and products，and took Guangdong overseas Chinese Vocational school as an example，put forward the management scheme of network center based on KVM server virtualization technology.

Keywords：virtualization technology； server； KVM； Vmware

1引言

“十三五”期間，國家明確了加快推教育現代化的目標和任務，對推動教育信息化也提出了更高的要求。隨著信息技術的不斷革新和發展，教育信息化已是大部分中職學校深化教育改革的重要支撐，其網絡應用與業務的需求不斷增多，對服務器、存儲系統、網絡設備等IT（Information Technology）基礎設施的需求也隨之增多，配套的場地環境升級改造、設備運行維護等費用也節節攀升，從而導致中職學校的信息化建設相對滯后。虛擬化技術的出現并應用到學校網絡中心機房管理中，為實現節省資金投入、挖掘設備潛力、提高網絡設備的運行維護效率等問題提供了合適的解決方案。

2中職學校網絡中心機房管理的現狀

對于普遍存在教育經費投入不足、技術隊伍水平不高的中職學校而言，傳統的模式對中職學校網絡中心機房管理帶來了以下3個突出的問題：①IT資源利用效率不高。當前中職學校的網絡應用需求增多、技術復雜，對IT資源的利用存在利用不均衡的情況，如一些服務器部署多個應用程序，或者一臺服務器只部署一個應用程序，造成了資源浪費、分配不均、利用效率低，對于資金緊張的中職學校難以承擔起高昂的IT設備支出；②網絡設備的運維成本較高。服務器的品牌、性能及新舊程度不一致，服務器及應用系統的日常運維難度大、效率低。隨著服網絡應用及業務的擴展，相應的場地、設備、人員成本也隨之上漲；③數據備份和恢復難以實現自動化，工作周期長。由于IT資源不能統一管理，當發生設備故障或網絡攻擊時，各應用程序的數據存在丟失或篡改的風險，若部署規模較大，則無法保證數據備份和恢復的有效性，工作周期也隨之拉長。

3虛擬化技術

3.1什么是虛擬化技術

目前，虛擬化技術（Virtualization Technology，VT）是一種將各種計算及存儲資源等進行重組并優化配置的資源管理技術，通過映射或抽象方式將不同的物理資源整合成一個虛擬的“資源池”，突破地域或資源實體結構的限制。應用虛擬化技術主要是為了提高IT源利用效率、簡化對資源以及對資源管理的訪問，管理員可以按需、動態地調配和管理IT資源。虛擬機（Virtual Machine，VM）指通過軟件模擬的具有完整硬件系統功能的、運行在一個完全隔離環境中的完整計算機系統，如同1臺物理PC，擁有自己虛擬出來的“硬件”設備。

3.2虛擬化技術的分類

按應用領域劃分，虛擬化技術可分為服務器虛擬化、應用程序虛擬化、存儲虛擬化、桌面虛擬化、網絡虛擬化等。本文將著重對其中三種應用廣泛的技術進行介紹：

3.2.1服務器虛擬化。指的是將分布在網絡中的一臺或多臺不同的物理服務器經過整合，虛擬成一臺或多臺的邏輯服務器（集群），不受地理位置和物理結構的影響，把這些物理服務器中的cpu、內存、磁盤和I/O等硬件設備整合起來，形成一個可以靈活、動態管理的“資源池”。

3.2.2應用程序虛擬化。就是采用類似虛擬終端的技術，為應用程序創建一個虛擬的運行環境，應用程序的執行文件和數據放置在一個虛擬程序包，管理員可以將這個“虛擬包”以流媒體形式部署到客戶端，還可以動態地進行激活或失效，極大地方便了應用程序的部署、更新和維護。

3.2.3存儲虛擬化。就是將一批獨立分布的存儲設備整合成一個整體，把存儲資源的邏輯映射和存儲設備分開，并對這些存儲資源進行集中管理，也可以任意地動態調配存儲資源。這樣可以方便管理和有效利用存儲空間。

4虛擬化技術產品介紹與比較

當前主流的應用較為廣泛的4種虛擬化技術分別是：有VMware公司的VMware vSphere、Citrix公司的XenServer、Microsoft公司的Hyper-V、Red Hat/Novell公司的KVM及相關管理工具。

4.1VMware vSphere以原生架構的ESX/ESXi Server為基礎，可以讓多臺ESX Server并發負擔多個虛擬機，能夠聚合和全面管理大型基礎架構資源池，使其成為一種無縫、靈活、動態的操作環境。它采用的是全虛擬化技術，它的hypervisor直接在硬件上運行，這樣可以大幅提升虛擬機運行的穩定性和性能。但VMware vSphere在價格方面缺少優勢。

4.2Citrix XenServer是一種開放的、功能強大的服務器虛擬化系統。XenServer采用了半虛擬化和硬件輔助虛擬化相結合的技術，可實現實時遷移、共享存儲支持、集中化多節點管理等功能，其“裸機”的特性大幅改善了系統性能和可用性。雖然XenServer是免費虛擬化平臺，但Citrix的產品和產品服務分離定價，在大規模部署時還需要購買其他產品服務，價格亦是不菲的。

4.3Hyper-V是Microsoft提出的一款系統管理程序虛擬化技術，其架構為“物理層-Hyper-V-虛擬機”三層，Hypervisor代碼輕量且運行在最高的特權級別下，這種架構不需要采用復雜的BT技術，所以安全性和可用性較高，使虛擬機系統性能更接近真實。但是Hyper-V只對Windows Server 2008有較好的支持，對其它版本的windows和Linux只做有限度的支持。

4.4KVM（全稱基于內核的虛擬機，Kernel-based Virtual Machine），是一個開源的系統虛擬化模塊，它與XenServer一樣采用了半虛擬化和硬件輔助虛擬化相結合的技術，但KVM使用Linux自身的調度器進行管理，所以相對XenServer而言其核心代碼量較少、穩定性較高。KVM已成為學術界的主流VM之一。

通過以上的技術分析，虛擬化技術對于中職學校網絡中心機房管理而言，具有提高IT基礎設施的利用效益，降低設備投入和運維成本，提高設備和程序的運行性能和安全性，動態配置IT資源等一系列的技術優勢。

5中職學校網絡中心機房管理的虛擬化應用實例

下面以廣東省華僑職業技術學校為例，介紹網絡中心機房管理應用虛擬化技術的解決方案。

5.1虛擬化技術產品的選擇

經過前面的比較分析，綜合四款虛擬化技術產品在性能、價格等因素，由于KVM是業界廣泛應用、穩定性較高的虛擬化平臺，且價格低廉，對于中職學校規模較小的網絡應用和存儲需求是比較合適的方案。因此，確定采用Red Hat的KVM服務器虛擬技術來搭建學校網絡中心機房的虛擬化平臺。

5.2虛擬化方案設計

本著物盡其用、節約成本的原則，在充分預判學校未來的網絡應用和存儲需求的情況下，盡量減少硬件設備的投入，對學校現有服務器和網絡環境進行優化調整，以達到優化資源配置、提高服務質量、滿足對未來的應用需求的目的。因此，本方案設計的虛擬化平臺涉及服務器和存儲系統的虛擬化，以及平臺的管理程序。各服務器和存儲等兩子系統相對獨立但緊密協作，在虛擬化平臺管理中心的作用下，提供可靠、穩定、安全的虛擬化服務。系統架構圖如下：

5.3服務器虛擬化子系統。服務器虛擬化層是虛擬支撐平臺的核心，所有虛擬化支撐平臺中的功能都是依賴于服務器虛擬化來實現的。為了更好地適應學校的實際需求，對現有的應用服務器按技術架構進行分類，分析其對資源的需求和功能特性，主要劃分為兩方面，一是主要用來部署服務教學的應用程序；二是部署管理支持系統，如辦公OA、網站、“一卡通”等。教學應用服務器在實施教學活動期間，服務器負載壓力會快速增大。因此，按資源利用率的最大峰值把教學應用服務器分為兩部分，一是利用率超過30%的應用單獨部署一臺虛擬機，30%以下的則以服務類型相近為原則部署在不同虛擬機中。

5.4存儲虛擬化子系統。該子系統位于虛擬化平臺的最底層，提供數據存儲及處理服務。按照數據集中存儲的原則，虛擬機鏡像文件均存放在SAN（Storage Area Network，存儲區域網絡）存儲陣列中。為保證數據的安全性，建立分布式數據庫，把應用程序與數據庫分開存儲，同時采用虛擬機多機備份機制，以降低風險發生時造成的損失。

5.5虛擬化管理平臺中心。是管理虛擬機的實體，包括用戶管理接口工具C3M和虛擬化平臺管理RHEV-M，虛擬化平運行系統軟件管理Ret Hat Network Satellite Server和服務器監控管理。

6結束語

廣東省華僑職業技術學校通過部署應用虛擬化平臺，將原有的5臺品牌和性能均不同的服務器整合起來，將13個符合虛擬化條件的應用系統部署到不同的虛擬機，改變了過去“一個應用一臺服務器”的傳統模式，管理員按照應用需求動態地配置資源并進行管理，大大提高了IT資源的利用率和減低運維成本。得益于信息技術的不斷革新，桌面虛擬化、云計算虛擬化將會大量部署，日趨成熟的虛擬化技術將更加注重安全、存儲、管理等方面的性能，應用虛擬化技術的成本將大幅降低，這將進一步促進中職學校優化IT資源配置，為學生的自主學習提供更加便利的網絡環境和豐富的學習資源。

參考文獻：

[1]國家教育部.教育部關于印發《教育信息化“十三五”規劃》的通知[EB/OL].http：//www.moe.edu.cn/srcsite/A16/s3342/201606/t20160622_269367.html.

[2]王慶波.虛擬化與云計算[M].電子工業出版社，2009.

[3]劉捷.基于SaaS的IT服務平臺的研究和應用[D].北京郵電大學，2009.

[4]任樸生，黃銻儒.淺談虛擬機在系統維護專業教學中的應用[J].臨滄師范高等專科學校學報，2012（1）：112-115.

[5]鐘智.圖書館虛擬化服務器群集高可用性的研究[J].圖書館學研究，2012（15）：38-41.

[6]楊華偉.多平臺虛擬化環境集成管理技術研究與實現[D].濟南大學，2013.

[7]劉豐.虛擬化技術在中職機房管理中的應用[J].計算機光盤軟件與應用，2012（2）：119-120.

[8]朱娟.云計算在高校計算機實驗室建設中的應用模式初探[J].科教導刊（上旬刊），2012（10）：219-220.

[9]儲久良，李玲.虛擬化技術在高校數據中心的應用[J].實驗室研究與探索，2012，31（12）：67-69+70-71.

[10]李斌，胡屹峰.基于KVM的服務器虛擬化環境實現[J].洛陽理工學院學報（自然科學版），2013，23（2）：66-69.

[11]何禹，胡宇鴻，王一波.虛擬化技術在校園網數據中心的應用[J].電子科技大學學報，2007，16（12）：1461-1464.

[12]虛擬化概念入門：從結構剖析虛擬化本質[EB/OL].http：//tech.hexun.com/2009-05-04/117337662.html.

[13]崔澤永，趙會群.基于KVM的虛擬化研究及應用[J].計算機技術與發展，2011，21（6）：109.