打造私有云平台上的高校机房管理模式

2013-04-02邹复民

赤峰学院学报·自然科学版 2013年19期

关键词：桌面虚拟化机房

谢芳，邹复民

（福建工程学院，福建福州 350108）

打造私有云平台上的高校机房管理模式

谢芳，邹复民

（福建工程学院，福建福州 350108）

针对高校公共机房管理现状，提出了利用私有云和虚拟架构技术维护高校公共机房，探讨了私有云在高校公共机房中的应用优势与不足.

高校；公共机房；管理；云计算；私有云；虚拟化

随着信息时代的飞速发展,高校公共计算机房已成为教学、科研重要基地.高校公共机房一般承担着大量的计算机教学任务，而公共机房的计算机设备一般3-5年就需要更新，各间机房计算机配置不统一，计算机软件升级换代快，计算机系统的维护工作量大等问题，如何提高现有机房资源的利用率，最大限度的延长计算机的使用寿命是很多机房管理人员都在研究的问题.随着云计算技术的不断成熟与发展为高校公共机房的维护管理模式提供了一条新的思路.

1 云计算概述

1.1 什么是云计算

云计算(Cloud Computing)是一种新兴的商业计算模型，它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和各种软件服务[1].云计算的核心思想，是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户按需服务，并赋予开发者透明获取资源、使用资源的自由[2].

1.2 云计算的特点

（1）云计算中的硬件和软件都是资源，通过虚拟化技术，对存储、计算、内存、网络等资源虚拟化，并通过网络以服务的方式提供给用户.

（2）云计算支持用户使用各种终端在任意位置获取应用服务，用户可以根据实际需求快速弹性地请求和购买云计算资源，动态扩展处理和进行配置[3].

（3）云计算使用了数据多副本容错、计算节点同构可互换等措施来保障服务的高可靠性，使用云计算比使用本地计算机更加可靠[4].

（4）云计算不针对特定的应用，在“云”的支撑下可以构造出于变万化的应用，同一片“云”可以同时支撑不同的应用运行[3].

1.3 云计算的分类

按服务方式分类上可以把云计算分成三类：公有云（PublicCloud）、私有云(PrivateCloud）和混合云(HybirdCloud）[5].

公有云指由若干企业和用户共同使用的云环境，IT业务和功能以服务方式，通过互联网来为广泛的外部用户提供；用户无需具备针对该服务在技术层面的知识，无须雇佣相关的技术专家，无须拥有或管理所需的IT基础设施.在公有云中，用户所需的服务由一个独立的、第三方云提供商提供.

私有云是由某个企业独立构建和使用的云环境，IT业务通过企业内部网，在防火墙内以服务的形式为企业内部用户提供；私有云的所有者不与其他企业或组织共享任何资源，是企业或组织所专有的云计算环境.

混合云是整合了公有云和私有云所提供服务的云环境.用户根据自身因素和业务需求选择合适的整合方式，制订其使用混合云的规则和策略.

比较云计算的三种服务方式，公有云的服务质量具有更大的不确定性，而私有云服务承载核心业务，提供快速反应能力和按需定制能力[6].从笔者所在院校公共机房当前的实际情况来看，采用用云计算的私有云模式对机房进行改造是一种可行的方案.云计算中最关键技术之一是是采用虚拟化技术.通过虚拟化技术可以将离散的硬件资源统一起来以创建共享动态平台，同时实现应用程序的内置可用性、安全性和可扩展性[7].

2 私有云在高校公共机房管理的应用

2.1 软件选择

本实验平台为140点普通OA办公、2D/3D设计、多媒体音视频用户提供虚拟桌面教学环境.这里以50用户/服务器，用户虚拟桌面使用WinXP操作系统为基数进行预估，整套系统拥有良好的线性扩展能力；未来用户数增加时，可按需添加服务器和评估增加存储容量以满足要求.

服务器虚拟化软件可采用VMWre公司的vSphere产品，vSphere是VMware推出的基于云的新一代数据中心虚拟化套件，提供了虚拟化基础架构、高可用性、集中管理、监控等一整套解决方案[10].本实验平台桌面虚拟化方案构建在VMwarevSphere5之上.VMwarevSphere允许多个用户桌面以虚拟机的形式独立运行，同时共享CPU、内存、网络连接和存储器等底层物理硬件资源[11].这种架构将用户彼此隔离开来，使每位用户都拥有自己的操作系统，同时可以实现精确的资源分配.经过虚拟化的服务器与通常我们使用的物理服务器是一样的，可以安装任何应用软件[12].通过服务器虚拟化可以将一台服务器当做多台服务器来使用.VMwarevSphere包括下列组件和功能：（1）VMware ESXi其功能是在一台主机上虚拟出若干台虚拟机并实现主机资源管理,按需将资源分配给上层的虚拟机.虚拟化基础平台服务器提供用户桌面应用所需的计算资源，通过虚拟化系统虚拟出若干台虚拟机并提供给不同的用户.（2）VMware vCenter Server：它是管理Hosts和VMs的核心，安装后可选安装如下组件：(a)VMware Data Recovery：实现对虚拟机的自动定期备份.(b)VMware vCenter Update Manager组件：实现对Hosts和VMs的升级和补丁管理.(c)vCenter Converter：该组件实现将物理机、虚拟机转换成可在E S X上运行的虚拟机.虚拟化基础平台管理服务器（vCenter Server）用于安装虚拟化基础平台的可视化管理工具，实现对虚拟化基础平台服务器及虚拟机等的管理.（3）vSphereHighAvailability(H A)可为虚拟机提供高可用性的功能.如果服务器出现故障，受到影响的虚拟机会在其他拥有多余容量的可用服务器上重新启动.（4）vSpherevMotionv Motion支持虚拟机在主机之间的实时迁移.作为动态、自动化并自我优化的数据中心的一个关键启动组件，vMotion支持在物理服务器之间实时迁移运行中的虚拟机，同时又可以避免宕机、确保连续的服务供应以及处理过程的完整性.vMotion还可以使资源池内的虚拟机持续进行自动优化，最大程度地提高硬件的利用率、灵活性和可用性.

2.2 硬件选择

2.2.1 虚拟化平台与外界的通讯网络

采用本虚拟化方案后，用户与托管的虚拟桌面及虚拟服务器间采用PC-over-IP协议或RDP协议连接，为了达到较流畅的体验效果，每个客户端平均需要带宽如下：

PCoIP：100-150kbps，RDP：150-200kbps.

桌面设备接入

（a）办公/机房交换机与汇聚交换机之间采用1000Mbps网络连接.

（b）客户端与机房交换机之间采用100Mbps网络连接.

汇聚交换机与虚拟化基础服务器间网络连接

汇聚交换机与虚拟化基础服务器间的网络带宽需求为所有客户端需求的总和，以每个用户200Kbps计算，140个用户需要28M以上的带宽，考虑到未来的扩容、及大文件拷贝速度需求，方案中采用1000M网络连接.

2.2.2 存储设计

桌面云与开发测试云平台需要有存储来提供存储资源，不同类型用户所需求的计算资源有一定的差异，以常见的桌面用户的存储资源需求为基础，针对笔者所在高校实验平台应用场景的规模对存储的容量、性能进行规划设计.

(1)I/O性能规划

据办公、教学设计中用户习惯分析，一般用户对IO性能要求在20个IOPS左右，以140用户计算，共需要2800IOPS,以每块1.5万转盘120个IOPS计算，当磁盘配置为RAID0+1时需要至少2 4块磁盘.

(2)容量规划设计

以每个用户30GB系统空间，20GB数据存储空间计算，140个用户共需7TB空间；其中系统需要4.2TB，数据需要2.8TB.

如果采用Composer技术时，多个用户可共享系统空间，如最终用可以用10类用户系统模板满足需求，实际磁盘需求容量为30*10+20×140=3.1TB.

如20块磁盘均为450G1.5万转磁盘，采用RAID0＋1模式，总容量约4.5TB满足容量需求.

2.3 技术架构

（1）将公共机房原先已搭建好的的局域网作为公共机房私有云的数据中心，并选用一台高性能服务器作为数据中心管理的主机.接着对物理资源进行虚拟化以建立计算虚拟化池和存储虚拟化池[10].计算虚拟化池是采用服务器虚拟化技术.在服务器上安装VMware vCenter Server系统即安装虚拟化主机程序的物理服务器搭建集中管理平台，通过虚拟化基础平台的可视化管理工具，对虚拟化基础平台服务器及虚拟机等的管理来实现对资源管理、配置管理，自助服务管理等.

（2）在主机上安装虚拟化主机程序的物理服务器搭建集中管理平台ESXi5.0；在一台主机上虚拟出若干台虚拟机并实现主机资源管理,按需将资源分配给上层的虚拟机.在ESXi中部署虚拟机有两种方法，第一种是使用VMwarev SphereClient连接到VMwarevCenter中，在VMwarevCenter中建立虚拟机，第二种方法是使用VMwarevSphereClient直接连接到ESXi中，在ESXi中建立虚拟机，但是每次只能连接1台ESXi服务器，不能同时连接.这种情况适用于没有VMwarevCenter或者VMwarevCenter出现故障时后进行连接.以上方法都可以登录到虚拟化平台来管理虚拟机，方便管理员来管理.这里是采用最常用的方法使用VMwarevSphereClient来进行登录.使用VMwarevSphereClient连接到VMwarevCenter中，创建完成数据中心后，通过VMwarevCenter来管理1台或者多台ESXi主机.

（3）在私有云的架构中，存储体系结构是十分重要的.在设计云计算平台的存储体系结构时，不能只考虑存储容量问题，磁盘数据的读写速度是一个更重要的问题.因为随着电子集成技术不断发展，硬盘价格在不断下降，存储容量扩充问题可以通过多个磁盘组合实现.而提高读写速度就要对多个磁盘进行同时读写将数据分配到多个节点的多个磁盘当中，为此存储技术选择基于块设备的存储区域网络SAN系统.存储阵列为用户虚拟桌面应用提供存储支持，所有虚拟化系统、应用数据、用户数据均存储在存储上.

3 私有云平台功能优点与不足

3.1 公共机房采用私有云平台的优势

3.1.1 降低了公共机房建设以及使用成本

传统机房管理模式下采购计算机时要考虑计算机的CPU、内存、硬盘、显卡等配件的级别，级别越高整机价就越贵.采用云计算技术平台的公共机房管理模式，桌面虚拟化改造后，集中的虚拟桌面更容易管理，实验室管理人员可以管理的虚拟桌面数量可以比传统PC多出十倍以上；桌面虚拟化改造后可以延长桌面设备的使用周期，例如很旧的P C机都可以访问运行在后台服务器上的最新桌面操作系统；如果云终端使用瘦客户机（ThinClient）时，可以真正实现客户端零管理，病毒、误操作都不会对系统产生太大影响，瘦客户机耗电量只有20瓦左右，尤其是在学校大规模终端设备的场景下，省电效果尤为明显.

3.1.2 大大减少了系统维护的工作量

采用云计算技术平台的公共机房管理模式，对软件的维护升级只需要在云中的一台机器进行，不需在本地计算机上更新维护.当学生实验桌面所需的开发测试桌面系统具有较高一致性时（即用户不需要有太多自已的个性设置），还可以利用学生实验桌面一致性的特点来创建标准的虚拟桌面模板，并通过Composer技术来置备虚拟桌面.通过Composer技术可以实现多个用户共享同一个“桌面池复制镜像”，而无需为每个用户分配独立的系统盘，这能大幅降低存储成本.日常管理维护时也只需对父虚拟机进行维护即可，能降低管理维护工作量.

3.1.3 实现大范围的资源共享

通过私有云技术对机房的改造，可以将学校各个院系内的机房资源共同构筑一个虚拟资源池，这样所有院系就可以共享这个资源池中的资源.将实验平台“学生实验桌面资源”和“服务器资源”纳入统一资源池进行管理.实验管理人员根据实验项目的要求不同的而分配不同的资源，资源分配可以动态调配，解决资源分布不均等问题，同时还能大幅度的提高资源利用率.

3.1.4 减少计算机病毒的影响，提高信息安全性

在公共机房维护管理中，病毒的防控一直是实验室维护管理人员十分头疼的问题，特别是U盘的广泛使用以及局域网的互访常常会造成一台计算机中毒很快就会使整个局域网内其他计算机都被感染．使用私有云技术平台的机房管理模式有效解决了这一问题．在云计算环境下，采用的虚拟桌面系统和瘦客户机的组合作为学生实验桌面终端，不再存储任何数据，所有的数据都统一保存在“云端”中的某一位置，不需要通过U盘保存文件，当云中节点出现故障时，云系统会自动访问其他节点进行备份，有效地保证广大师生数据信息的安全．

3.2 私有云在高校公共机房应用存在的问题

目前云计算还是一种科技前沿技术，在使用过程还存在着许多问题，有待于我们详细细致考虑解决：

（1）基于云计算技术的机房管理模式，它的各项服务都是依托于网络而发挥作用的，一旦网络出现连接问题，可能会导致终端访问不到任何机房资源而影响正常的教学.

（2）云计算可能会大幅度增加网络流量，由此引发的服务中断、网络延迟等问题会严重制约云计算的发展.对于学校目前的网络性能来说，还面临着很大的挑战.假若学校网络带宽难以保障，那么“云”所带来的实际效果将会大打折扣，就会成为制约云计算发展的“隐形杀手”.所以如何保障良好的网络环境和网络性能是成为云计算能否在高校机房中得到广泛应用的重要前提.

（3）目前一些比较大型的图形图像软件、数据库软件以及考试平台等还不能在云端运行，还需要进行进一步的探索与大量的测试.