信息化環境下高校虛擬化云平臺的構建

高靜

摘 要：隨著信息化建設的快速發展，互聯網技術逐漸廣泛應用于社會生活的各個領域，高校信息化建設更是發展迅速，云計算已經受到信息化行業的高度重視。針對高校數字化信息資源分配不均，以及硬件設備重復投入建設帶來資源浪費的現狀，本文分析了高校虛擬化云平臺的具體需求，設計了整體框架，并總結了方案優勢，對于高校信息化建設和發展有一定的借鑒意義。

關鍵詞：信息化 虛擬化 云平臺

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）01（b）-0051-03

隨著高校信息化建設的深入，特別是在新信息技術迅猛發展的當前，IT技術進入一個新的發展通道，也對IT帶來更大的自助式需求，怎樣實現易擴展、良好的管理，應用成熟的技術領先的模式，現有的數據中心面臨更大的挑戰。因此，需要建立基本的虛擬化平臺，IT資源、數據、應用作為服務通過網絡提供的用戶，自動實現每個院系，計算快速，應用的存儲資源，提高業務敏捷性，使專業水平和業務管理的數據中心得到了極大的改善[1，2]。

1 使用需求

日益增長的集中業務越來越要求IT部門提供更加完善的應對方案，因此，數據中心需要更快地提供所需的功能。但是如果我們購買新的服務器，它將增加采購成本和操作成本，帶來更多的資源附加成本。此外，服務器沒有被充分利用。通常，服務器的生產負荷僅為5%，導致浪費大量的硬件、空間和電力。與此同時，由于應用程序兼容性的問題，IT人員只能隔離應用程序運行在不同的服務器在不同的地方，這也將導致服務器數量的增長。購買新的服務器是一個長期的過程，它需要幾天甚至幾個月來考慮和操作大量的人力，這使得IT部門更加難以應付業務的快速增長和變化的需求。例如：供給和需求的新業務系統平臺的拆除通常需要大量的有價值的資源和時間。

對于IT管理員來說，基礎設施的快速增長是推動虛擬化技術發展的主要動力，硬件部署模式進一步加劇了基礎設施的復雜性。隨著應用程序越來越復雜，管理、更新和維護變得越來越困難，用戶希望與各種桌面設備、筆記本電腦、家用PC和移動設備協同工作，服務器價格急劇下降，服務器動蕩依然存在。隨著圖形和多媒體技術的發展，數據越來越豐富，文件的平均尺寸不斷增加，需要不間斷地聯機存儲。在整個數據中心，技術不斷增加，分布也越來越廣泛。此外，行業和法律法規不斷要求企業加強IT管理控制。在這種環境下，虛擬化技術體現了集成的優勢，應用于不同級別的IT，從邏輯層抽象物理層意味著邏輯組件的管理更加一致。

從安全監管的角度出發，促進了X86服務器虛擬化技術的可靠性、可用性，從基礎設施層面獲得了原有單機系統無法想象的功能，大大提高了業務連續性水平，降低了故障率，減少了系統中斷時間。

服務器硬件層面，虛擬化技術使每個設備能夠托管多個操作系統，最大限度地利用和減少服務器的數量。

存儲硬件層面，虛擬化技術可以網絡化、集成磁盤設備，并允許多臺服務器共享磁盤設備，最終增加利用率。

上層應用層面，應用虛擬化技術將計算從用戶設備中分離出來，并在數據中心和相關數據的應用集成，最終通過集中技術來提高管理和系統的安全性。

綜上所述，為了經濟效益和管理安全，基礎設施虛擬化集成亟需實施[3]。

2 云平臺設計

2.1 云平臺設計原則

（1）“零瓶頸”思路。針對高校的瓶頸、設備和應用現狀，如何采用先進、可靠、低投入的云計算解決方案，優化整體資源，提高整個云平臺的執行效率。

（2）存儲架構規劃。要針對該院存儲系統可能出現的故障、瓶頸，乃至后續的容災等問題，提供存儲架構解決方案。

（3）安全優化方案。根據云平臺建設和發展情況，提供數據安全和信息安全解決方案，以及降低安全策略對資源消耗的解決方案。

（4）數據（系統）遷移方案。新的云平臺搭建起來之后，要將上述應用系統全部遷移至新的平臺上。因此，需要提供完善、可靠的數據遷移方案，以及應急預案。

（5）實施方案。要針對云平臺搭建，提供項目具體實施策略。解決方案架構設計要具備規模化能力，充分考慮到南京理工大學未來發展的需求，直到實現本地和云計算數據中心的雙重保護，最大程度的保護投資。

2.2 云平臺設計思路

首先采用虛擬化技術對服務器、存儲系統、網絡資源、安全設備進行集成，安全可靠地托管Web集群，實現虛擬機的熱傳遞、災難規劃和設計數據。采用統一的管理界面，集中管理本項目的計算池、網絡池、存儲池、安全性和優化池。采用存儲虛擬化技術，SAN存儲網絡體系結構，為虛擬化系統的部署提供統一的存儲空間，將新的服務器和存儲設備的采購整合為數據存儲網絡的集成形式。

3 整體框架

3.1 云平臺詳細拓撲

如圖1所示，云平臺主要分為計算資源池、存儲資源池、網絡資源池、容災備份資源池，采用統一的云管理平臺進行管理，并通過云安全平臺進行安全管控，通過云資源監控平臺對運資源進行實時監控、報警。

3.2 云平臺建設拓撲

如圖2所示，云平臺可采用3臺高端服務器作為云平臺的計算資源（4顆10核心Intel Xeon處理器；512GB內存；2×300G硬盤；兩塊8Gb HBA卡；4端口千兆網卡；2端口萬兆網卡；DVD，冗余電源及風扇），采用3臺的配置可以在服務器出現故障時有足夠的資源進行接管，同時保留一定處理能力應對突發業務高峰。

采用商業服務器虛擬化軟件（Vmware）和開源服務器虛擬化軟件（KVM）結合的方式部署云平臺的計算資源，在保證系統穩定性及兼容性的同時，保證系統的開放性，不被廠商綁定。

由于現有的數據存儲多為EMC品牌，推薦采用EMC Vplex作為存儲虛擬化平臺，保證系統良好的兼容性，同時EMC Vplex存儲虛擬化平臺還可以平滑的擴展為雙活數據中心，為今后的數據中心容災打下基礎。

部署統一的云管理平臺，對資源進行統一的調配和部署，實現簡單的流程自動化處理。

部署統一的云安全平臺（防毒、防火墻），保證整個云平臺不被入侵。

4 優勢分析

4.1 服務器虛擬化優勢

4.1.1 降低總體成本，提高投資回報

通過服務器集成，控制和減少物理服務器數量，極大地提高了每個物理服務器和CPU的資源利用率，最終降低了硬件成本。減少操作和維護費用，包括數據中心空間、機柜、網、耗電量、空調和人力成本。

4.1.2 提高運作效率

加快部署新服務器和應用程序，大大減少服務器重建和應用程序加載時間。預先計劃資源增長，使應用程序需要快速響應，而不需要像以前那樣長時間的采購過程，然后嘗試。硬件維護需要幾天/周的變更管理準備和1～3h維護窗口，現在可以快速維護和升級。

4.1.3 確保安全

采用先進的虛擬化技術特點，使業務系統從單一物理硬件的約束下，能夠達到更高層次的業務連續性要求，提高系統的安全性和可靠性。采用虛擬化技術，減少了物理硬件的故障影響，降低了硬件的安全性。通過虛擬化的集成，可以減少設備數量，更有效地控制安全預防措施的范圍

4.1.4 提高服務質量

幫助建立業務和IT資源之間的關系，并將其與業務優先級相一致。所有服務器都被管理為統一資源池，根據實際情況動態分配資源，以快速響應業務部門提出的實際需求。

4.1.5 過時的硬件及系統的投資保護

虛擬化平臺具有更廣泛的操作系統（OS）兼容性，不再擔心無法使用舊系統，可以通過自動更新，最終解決維護和升級等一系列問題。

4.1.6 可實現網絡集中存儲

對于成本或其他原因沒有接入到存儲網絡的各類硬件服務器，整合后的物理服務器數量減少，可以考慮進入集中網絡，從而充分利用網絡存儲特長，擴展數據備份的集中管理，為服務器未來的災難和應用奠定基礎。并且結合虛擬機和網絡存儲的獨特功能，可以進一步使得應用更加可用化、更加移動化、更加靈活化。

4.1.7 基礎性環境

云計算的基礎是虛擬化。通過虛擬化，可以為未來的云計算轉型提供一個穩定、可靠、易于擴展的基礎平臺。虛擬化是一個基本的并且非常“友好”的平臺，可容納第三方產品，并結合VMware和KVM。而虛擬化的核心是構建，可擁有完整的云計算數據中心。

4.2 Vplex方案優勢

（1）真正雙活數據中心。支持Oracle RAC及Vmware的雙活架構，RPO&RTO;→0.通過Vplex可實現兩邊數據中心的實