浅析虚拟化技术在高校信息化建设中的应用

姚 嵩

(天津轻工职业技术学院,天津市 300380)

伴随信息技术的飞速发展以及高校信息化建设的不断深入,越来越多的高校认识到随着各类信息应用的不断展开,如果信息化建设仅按照传统的模式和技术手段进行,将会持续引发较多的问题。有限空间内物理设备数量的不断增长、巨大的布线压力、设备运行及运行环境的高耗能、频繁部署应用程序引发的兼容性与维护等问题都将长期困扰高校信息化建设的进程。在高校信息化建设投入不断增加、IT设备性能与容量不断增强的同时,总体系统利用率却越发低下,相关统计显示当前高校服务器平均利用率仅为15%,存储利用率仅在30%-40%。因此,充分认识数据集中、IT基础设施集中、运行服务集中的必要性,建立数字校园的核心——数据中心的理念也得到大部分高校的认同。

利用虚拟化技术可以对IT基础设施以及全校数据资源进行整合、简化资源管理、提高数据的能效和资源利用率、降低总体运营费用,为新的信息应用提供更好的支撑。因此,虚拟化技术以已成为当前各高校信息化建设中最为令人关注的技术领域之一。

一、虚拟化技术概述

虚拟化是一个广义的术语,原本是指资源的抽象化,也就是单一物理资源的多个逻辑表示,或者多个物理资源的单一逻辑表示。在计算机方面通常是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行。虚拟化技术可以扩大硬件的容量,简化软件的重新配置过程,允许在一个平台上,同时运行多个操作系统,并且也可以实现应用程序在相互独立的空间内运行而互不影响,从而显著提高计算机的工作效率。目前,已广泛应用的计算机虚拟化技术主要包括:服务器虚拟化、应用程序虚拟化、桌面虚拟化等。

服务器虚拟化,使用软件创建模拟物理计算机的虚拟机。通过创建独立的操作系统环境,逻辑上与主机服务器相隔离,实现允许几个操作系统在一台物理机上同时运行,而无需再为未充分利用的服务器支付成本。每个服务器都分配了指定的工作负载,服务器虚拟化将这些工作负载整合到数量更少但利用更充分的机器上。通过部署服务器虚拟化,可以实现在一台运行虚拟机的主机上整合多个未充分利用的物理服务器,利用服务器整合和灵活性降低工作负载、空间以及电耗,帮助用户节省资金。应用程序虚拟化,可以解决安装在同一个操作系统上的两个应用程序之间不兼容的问题;可以精简应用程序部署流程,让该流程更快捷、更简单;可以创建所有共享资源特定于应用程序的副本,并将它们隔离到独立的虚拟环境中;具有允许与本地系统资源交互,但不允许应用程序覆盖其他应用程序的资源等特点。桌面虚拟化,将计算机的桌面进行虚拟化,从而达到桌面使用的安全性和灵活性。通过使用基于服务器——瘦客户端的模型,将所有桌面虚拟机在数据中心进行托管并统一管理;同时用户能够获得完整PC的使用体验,使我们可以通过任何设备,在任何地点,任何时间访问在网络上的属于我们个人的桌面系统。

在高校信息化建设中使用最为普遍的虚拟化产品主要有:Microsoft Hyper-V、VM ware vSphere和Citrix XenDesktop。

二、Microsoft服务器虚拟化产品 Hyper-V

微软的虚拟化产品主要有:Hyper-V、Virtual Desktop Infrastructure、Microsoft Application Virtualization、System Center Virtual Machine Manager等。其中应用最为广泛的,就是服务器虚拟化Hyper-v和虚拟化管理System Center Virtual Machine Manager。(Windows虚拟化架构,如图1所示。Hyper-V结构,如图2所示。)

图1 Windows虚拟化架构

图2 Hyper-V结构

Hyper-V是一种需要特定硬件的基于虚拟机监控程序的虚拟化技术。通过它可以实现创建和管理虚拟化服务器计算环境。其采用微内核的架构,兼顾了安全性和性能的要求,底层的 Hypervisor运行在最高的特权级别下,微软将其称为ring-1,而虚拟机的OS内核和驱动运行在ring0,应用程序运行在ring 3下,这种架构不需要采用复杂的二进制特权指令翻译技术,因此可以进一步提高安全性。从Windows Server 2008开始,基于Hyper-V的服务器虚拟化,已经成为Windows Server操作系统的组成部分。Windows Server 2008 R2推出了全新版本的 Hyper-V,其增强了实时迁移功能,以及对动态虚拟机存储、处理器和网络的支持。

SCVM M(System Center Virtual Machine Manager)2008是针对数据中心虚拟化的一套综合性管理解决方案,它不仅提高了物理服务器的利用率,而且还可以对虚拟机基础结构进行集中管理,并且能够让管理员、委派的管理员和授权终端用户以更快的速度来准备新的虚拟机。在最新版本的SCVM M 2008 R2中,还新加入了对实时迁移、集群迁移、快速存储迁移的支持。

目前,微软的Hyper-V是高校中最常见的服务器虚拟化产品,一方面由于 Hyper-V的架构只有“硬件-Hyper-V-虚拟机”三层,本身非常小巧,代码简单,且不包含任何第三方驱动,安全可靠、执行效率高,能充分利用硬件资源,使虚拟机系统性能更接近真实系统性能。另一方面,由于 Hyper-V与操作系统相互捆绑,借助Windows操作系统的影响,加之巨大的价格优势、部署简单等特性使之成为高校低成本部署服务器虚拟化的首选产品。部分高校通过部署微软服务器虚拟化 Hyper-v和虚拟化管理平台SCVM M 2008之后,物理服务器数量可以减少80%,服务器部署时间减少90%,并且对关键应用实现了高可用的同时,大大缩减新应用部署所花费的时间与硬件成本,提高了资源利用率,加速了应用程序部署,增强了服务及应用的高可用性,减少了IT管理和运营成本。

三、VM ware虚拟化平台vSphere

VM ware的虚拟化产品主要有:VM ware vSphere、VM ware vCloud、VM ware Workstation、VM-ware ACE、ESXi、VM ware vCenter等。其中,VM ware vSphere是业界最完整和强大的虚拟化平台。(VM ware基础架构,如图3所示。VM w are vSphere 4应用架构,如图4所示。)

图3 VMware基础架构

图4 VMware vSphere 4应用架构

7VM ware vSphere 4可以将用户的IT基础架构转变成基于VM ware vSphere的私有云,从而让IT能够通过服务级别自动化提高控制力。其包含的大量组件,可以将行业标准硬件转变成大型机式的共享可恢复环境,具有针对所有应用程序的内置服务级别控制。其主要功能按组件划分,可分为:基础架构服务(虚拟化和聚合硬件资源)和应用程序服务(内置应用程序服务级别控制)。

由于计算、网络和存储基础架构的抽象概念构成了云计算的基础,作为全球虚拟化解决方案领导厂商的VM ware联合了Cisco、NetApp合作开发了独特的基础架构解决方案,通过采用综合的计算、网络和存储技术,使用VM ware vSphere 4虚拟化平台、Cisco Nexus交换机、NetApp FAS存储控制器实现了既能够动态、共享资源管理,又能维护安全、隔离的环境。

虽然VM w are在技术方面具有很大的优势,但其高昂的价格阻碍了其在中国高校信息化建设过程中的应用与普及。

四、Citrix桌面虚拟化产品XenDesktop

Citrix的虚拟化产品主要有:XenDesktop、XenApp、XenServer等。作为应用虚拟化领域的绝对领导者,Citrix独有高效的ICA协议和20多年的对外设重定向等技术的积累,使其在桌面虚拟化、桌面远程访问的效率和外设的广泛支持性上,占有绝对的领先位置。尤其最新推出的 HD X技术,能够广泛地支持标准USB设备,双向语音,高清视频播放,使得虚拟桌面的体验真正达到了和PC类似的水平。其桌面虚拟化产品 XenDesktop,由于采用了全新的FlexCast交付技术,成为业内首款通过单一集成解决方案支持所有桌面虚拟化模式的产品。(Citrix应用托管,如图5所示。)

图5 Citrix应用托管

在高校信息化建设中,部署Citrix桌面虚拟化产品可以帮助降低快速增长的计算硬件和IT管理成本。在机房中采用Citrix虚拟化解决方案,通过虚拟化服务器硬件,能够将所需的大量服务器整合到少数几台物理服务器中,优化硬件资源的使用。XenServer高可用性特性可使整个解决方案免受故障影响,且无需修改应用。同时借助 XenDesktop可将用户桌面从个人PC移至数据中心,在不降低用户满意度的同时延长PC机的使用寿命。

桌面虚拟化的应用使PC用户能够通过任何网络或设备访问自己的虚拟桌面,大大延长了传统台式机的使用寿命。这是通过将所有虚拟桌面都集中在数据中心,而非分散在单个PC中实现的。这意味着,只需较少的物理资源即可在中央数据中心完成所有工作。为教师与学生带来了更大的灵活性,可以随时随地访问自己的个性化动态桌面,无论是在PC机房、图书馆、宿舍还是在家中。

五、结束语

跟据全球著名信息技术研究和分析的公司——Gartner的相关信息显示,从当前到2012年,虚拟化应用将在大型园区IT基础设施和日常运营中发挥主导作用。随着高校数据中心的建立,无论是在服务器虚拟化还是桌面应用虚拟化领域,无论采用何种厂商的技术标准,虚拟化都将为高校信息化建设提升整体IT设计的灵活性,从而给IT基础架构的部署、运营、管理带来变革。

[1]http://www.edu.cn/html/info/x/xnh.shtml.

[2]http://www.vtsino.com/.

[3]http://www.microsoft.com/china/CIO/default.mspx.

[4]http://www.vmware.com/.

[5]http://www.citrix.com.