基于虚拟技术的高职实训室数据中心建设研究

付祥

（浙江机电职业技术学院，浙江 杭州 310053）

基于虚拟技术的高职实训室数据中心建设研究

付祥

（浙江机电职业技术学院，浙江 杭州 310053）

本文通过服务器虚拟化技术进行实训室数据中心建设，解决实训室服务器资源使用效率低，投资与效益不成比例等问题，最大限度发挥服务器资源共享的效率。为同类实训室建设提供一种虚拟实现技术的参考思路。

服务器虚拟化；数据中心；实践教学

随着互联网技术的广泛普及和应用，计算机职业教育和人才培养成为高职院校一项重要的任务，基于工作过程，教与做一体的实训室建设也成为培养应用型技术人才的必要手段。近几年，全国各高职院校为了实现“基于工作过程”、“教学做一体化”和“任务驱动、产教合一”的以“工学结合”为核心的人才培养模式和教学改革的目标，在实训设备上投入巨资，潜意识中认为多购买先进的计算机、网络设备、服务器等有形的物资，加大生均设备金额，就是重视，心里就踏实，认为设备到位就能实现“工学结合”为核心的人才培养目标，这其实存在严重的认识误差。

一、现状与背景分析

通过对国内大量高职计算机类实训室建设方案和案例的调研、分析和研究，结合我院的计算机类专业教学基地建设的实践，笔者认为实训室的大投入，尤其是各实训室都配备服务器，存在使用效率低、性价比差、无法实现节能低碳目标等问题，这主要表现在：

首先，资金的投入，一个实训单元（可供6名学生实训）按12万元计算，一个48人的教学班同时开课需100万元以上的投入。

其次，由于实训单元投入资金大，部分学校通过对实训单元内容及数量进行简化，造成大量实训内容无法实现，有些实训内容只能停留在熟悉设备调试命令或使用仿真器、模拟器的层面上。

第三，部分实训室建设过程中，一些学校为了延长昂贵的设备使用寿命，采用固定的设备、固定的拓扑、固定实训内容的模式，已经违背了“基于工作过程”、“教学做一体化”和“任务驱动、产教合一”的以“工学结合”为核心的人才培养模式和教学模式改革的目标。

正是由于存在这些问题，在进行国家示范高职院校项目的建设过程中，我们将网络实训室数据中心建设方案作为一个典型案例进行先期研究,提出通过服务器虚拟技术方案，按照企业实际运行模式设计，完成一个可集中管理、高性价比的计算机及相关专业实训室的建设方案。

二、实训室数据中心规划与IT资源整合

1.实训室建设需求

在近两年的计算机大类实训室规划设计中，要完成包括企业信息化专业实训室、企业沙盘实训室、生产制造实训室、计算机网络管理实训室、PDS综合布线实训室、软件项目开发实训室、企业网站管理实训室等9个实训室项目的新建和扩建任务，每个实训室都有1~2个服务器资源需求，但数据中心计划采购5台PC服务器，加上原有的4台服务器，一共拥有9台服务器资源，仅能满足60%左右的实训室服务器需求。

经过对所有实训室建设方案的仔细研究和评估，笔者发现：

（1）大部分专业实训室需要主机资源，主要原因是专业实训需要一些复杂的技术，如目录表服务、邮件服务、数据库和Web服务器等，而不是都需要那些依赖定制化部件的主机。

（2）在承担教学任务时，主机资源只使用了10%到15%的运转比率，在其他工作环境的运转效率甚至会更低，部分主机仅在做压力测试之类的任务时才会有比较高的利用率。

（3）由于信息技术的迅猛发展，新采购的主机拥有多核处理器、8G~16G的内存，超过1000G的大容量存储设备。

在这样的环境中，将物理主机资源进行整合，采用虚拟技术是一种很好的选择。

2.数据中心服务器虚拟技术简介

虚拟机(Virtual Machine)技术，就是用软件模拟现实计算机系统的技术。虚拟机技术的特点就是在一台计算机虚拟出多台计算机，从而解决教学的实际问题。

利用虚拟机技术，可以在现有计算机主操作系统上建立若干个同构或异构的虚拟计算机系统，这些虚拟机系统有独立的CPU、内存、硬盘，甚至还拥有独立的BIOS。由于虚拟机系统仅仅是主系统上的一个文件，只需要完成这个文件的备份工作，就可以随时恢复虚拟机系统，绝对不会影响主系统和其他虚拟机系统。与在计算机上安装多启动操作系统不同，在虚拟机环境下，多个操作系统可以同时运行，并且不需要重新启动就可以完成操作系统之间的互相切换。更重要的是，通过虚拟出来的各种网络设备，虚拟机（Virtual Personal Computer）能完成主机（Host Operating System）之间的网络通讯，多个虚拟机还可以和主机组成标准的TCP/IP网络。不仅如此，多个主机上的多个虚拟机还可以通过主机网络连接成标准的TCP/IP网络。

服务器虚拟技术安装在物理服务器的裸机上，将物理服务器上的处理器、内存、存储器和网络资源抽象到多个虚拟机中。

采用服务器虚拟架构技术相比于传统单台服务器部署单一应用方式的好处是可以充分满足不同应用对系统资源的不同要求，如有的应用只需要一个3.0 GHz CPU，512MB的内存就可以很好地运行，而有的高访问率、高吞吐量的应用则需要2个甚至是4个CPU，8GB的内存才能保证稳定的运行。在传统方式下，往往不可能针对每一种应用来采购服务器，而是用一种或几种标准配置的服务器来统一采购，这样势必会造成某些应用资源富裕，而另一些应用面临资源紧张的情况，且应用之间不能互相调配资源。

采用服务器虚拟架构技术后，由于每个虚拟机所需使用的系统资源都是由虚拟架构软件统一调配，这种调配可以在虚拟机运行过程中在线发挥作用，使得任何一个应用都可以有充分保证的资源来稳定运行，同时，该应用在此时用不到的资源又可以被其他更需要资源的应用临时借用过去，最大限度地提高了整体系统的资源利用率。

目前成熟的数据中心虚拟化方案有VMware公司的VMware Infrastructure 3,它主要由ESX Server和Virtual Center以及VMware Infrastructure Client三个部分组成。

VMware ESX Server直接构建于硬件层之上，它将处理器、内存、存储器、网络和一些I/O设备资源抽象到多个虚拟机中。这些虚拟机之间相对独立,各自拥有虚拟的CPU、内存、存储器、网卡等资源,每个虚拟机再在这些抽象的资源上运行自己不同的操作系统和应用程序。支持Windows、Linux、Netware、Solairs等 32 位与 64 位的操作系统。VMware ESX Server是目前校园网数据中心这类中型虚拟化应用的最佳软件平台。

三、虚拟化建设步骤与实训室环境扩展

1.数据中心虚拟化建设步骤

迁移到虚拟的IT环境相当简单，只需要几个简单的步骤就可以完成，成功实施虚拟化项目的关键是保持简单化。

首先，获取合适的硬件。服务器需要大量的资源，包含：多核的处理器、海量内存、网络适配器和存储。

其次，获取一个免费的虚拟化引擎。笔者采用的是VM公司提供的免费引擎，虽然基于软件的虚拟化产品，会降低性能，不过它可以进一步降低实验室的投资成本。

在选定了使用的虚拟化引擎之后，笔者就可以使用免费的P2V（Physical to Virtual）工具，将原有的物理服务器进行转移，当然如果是新建的实训室要求主机资源，那样建设方法将更简单。

2.实训室环境的扩展

在完成数据中心的虚拟化建设之后，我们或许会开始考虑在数据中心部署更多的虚拟机，在虚拟化环境中，您无需对已有环境做重新部署，只需通过激活之前使用的虚拟机就可以实现，如果数据中心有其他的设备，如局域网络存储（NAS）环境，我们有一个 12T容量的汉勤NAS，借助于虚拟技术，可以非常方便地将它加入到数据中心。

3.特色与优势

相比物理机的部署，虚拟机的部署时间显著降低。这可以保存资源、缩短部署时间以及项目完工时间。当系统管理员构建源虚拟化或者模板以便生成每一个环境时，就可以保证每个环境的一致性。

虚拟机支持快照。快照是虚拟机在某个时间点的状态镜像，无论虚拟机是否运行，快照都可以执行。每次用户执行任务和想要保存测试结果的时候，都可以执行快照。而且，如果用户在执行接下来的任务时遇到问题，他还可以使虚拟机退回到快照时的状态。这种技术可以避免重建系统从而节省大量的时间。

通过主机网络的虚拟化能力，虚拟机之间是完全相互隔离的。此外，用户也不会知道他们共享着主机的资源，因为他们的环境是完全自包含的。

虚拟化技术允许自助式的虚拟机置备和管理，这样就可以让系统管理员执行网络内的其他重要任务。

管理员可以控制给虚拟机多少资源。他们可以控制虚拟机使用的某种资源的最大量，保证虚拟机不会消耗掉物理主机上所有的该类资源。如此，就可以保证共享同一物理主机的其他虚拟机的性能指标保持在可接受的范围内。

四、成果及远景展望

对大部分高职院校的教学实训室服务器资源共享而言,虚拟化的魅力正在不断展现。从发展趋势看,数据中心建设正向更加智能、更加节能的方向发展。所谓更加智能,就是要应用多种自动化的管理方案,提升数据中心的管理能力,简化数据中心的管理。而所谓更加节能,就是应用一些新的技术,采用诸如虚拟化技术和产品来整合传统的数据中心,以便降低数据中心的能耗。

我院实训室数据中心的设计和建设，极大地提高了实训室服务器资源的投资效益，减轻了设备维护的经费和实验员的工作量，在实际的教学和实验应用中取得了良好的效果。

[1]虚拟技术应用将成网络教育新趋势[J].计算机与网络,2008(11).

[2]江迎春.VMware和Xen虚拟网络性能比较[J].软件导刊,2009(5).

[3]陈桂林,邱克,李艺.基于网络的高校资源虚拟化管理探讨[J].中国高教研究,2008(7).

[4]何禹,胡宇鸿,王一波.虚拟化技术在校园网数据中心的应用[J].电子科技大学学报,2007(12).

[5]鲁松.计算机虚拟化技术及应用[M].北京:机械工业出版社,2008.1.

（编辑：杨馥红）

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1673-8454（2011）03-0033-03