服务器虚拟化技术在高校校园网中的应用

徐琦

（陕西师范大学 网络信息中心，陕西 西安710062）

一、引言

随着高校数字化校园的快速发展，越来越多的系统得以实施应用，服务器的数量也随之快速增长。在服务器数量迅速增长的情况下，传统的一个或多个应用固定使用一台服务器的方式给服务器的管理带来了很大的难度，服务器资源利用率不均衡，数据备份和系统迁移困难，系统软件维护等都已经成为网络管理人员亟需解决的问题。服务器虚拟化技术以及在其基础上“云计算”的成熟为这一系列问题的解决提供了可能。笔者以陕西师范大学为例，将服务器虚拟化技术应用到校园网服务器管理中去，利用虚拟化技术的优势，实现了校园网服务器虚拟化集群式管理，有效地整合和分配服务器硬件资源，简化了服务器管理模式，提高了服务器的利用率和安全性。

二、虚拟化技术的概述

1.服务器虚拟化技术

服务器虚拟化没有一个统一的定义，但其核心思想都是基于资源请求的优先级及当时服务器资源的负载情况，将资源在多个应用系统之间合理分配和回收，从而提高资源的利用率，简化管理流程，提高工作效率。服务器虚拟化技术是在同一台服务器上运行多个独立的虚拟操作系统，多个操作系统之间共享服务器物理资源（CPU、内存、硬盘、缓存等），物理资源根据各个虚拟操作系统的实时负载情况动态分配和回收。此种方式不但可以通过控制在服务器上的虚拟操作系统的数量有效利用服务器的物理资源，而且可以通过对服务器物理资源的升级，提高服务器的使用强度和降低硬件采购和维护的费用。

虚拟机软件是实现服务器虚拟化的主要手段。利用虚拟机软件，可以在一台服务器上运行多台虚拟服务器，这些虚拟服务器之间独立运行，互不干涉，对使用者而言，其使用过程中和使用独立服务器没有任何区别。目前主流的服务器虚拟化软件有VMware的ESX Server、思杰的XenServer、微软的Hyper-V、Parallels的Virtuozzo等。 笔者所在的陕西师范大学根据服务器管理需求，选择VMware的vSphere系列软件实现服务器的虚拟化管理，以下服务器虚拟化技术的介绍和实现都将围绕这一软件展开。

2.VMware虚拟化技术

VMware虚拟化技术的工作原理是直接在计算机硬件或主机操作系统上面插入一个精简的软件层，这个软件层包含一个虚拟机监视器（或称“管理程序”），用于动态和以透明方式分配硬件资源，实现同时运行在该计算机上的多个操作系统共享硬件资源。由于多个虚拟操作系统使用同样的硬件资源（CPU、内存、网络接口等），其对x86操作系统、应用程序和设备驱动的兼容性要求完全一致，从而使得同时运行的多个虚拟操作系统之间的资源分配、回收和管理成为可能。

2009年4月21日VMware公司发布其下一代虚拟系统管理软件vSphere，该软件是业界第一款云操作系统，是VMware Infrastructure 3的下一代产品。该产品不仅继承了上一代虚拟平台VMware Infrastructure 3的各种优势，而且还加以扩展和完善，为内部云计算和外部云计算奠定基础。现有的vSphere已经不是单一的虚拟化软件，其系列产品包含两大核心软件：作为虚拟化管理器的VMware ESX和用于整合与管理的VMware vCenter。

三、服务器虚拟化技术在陕西师范大学校园网中的应用

1.校园网中应用服务器现状

笔者所在高校最早应用的服务器是由学校各二级单位自行采购和管理，此种模式下，各个单位单独采购需要大量的资金，但从实际应用情况来看，大部分单位的服务器利用率仅在5%～15%左右。同时由于网管人员水平、机房等的限制，服务器没有得到有效的管理，宕机、计算机病毒、网络攻击等现象不能得到有效的控制。自2005年开始，二级单位的服务器陆续交给网络信息中心托管，服务器得到了有效的管理。

随着近年来应用系统的不断增多，在原有各二级单位网站的基础上，更多的应用系统上线投入使用，如近百门的精品课程、数字化校园、OA等。如果按照原有的管理思路，就需要购置更多的服务器，在现有服务器的效能未得到充分利用的前提下，盲目增加服务器不但需要更多的资金，而且大大增加了管理的难度和成本。为了解决一系列的问题，我中心经过调研，决定采用服务器虚拟化集群技术，通过服务器的虚拟化，大大减少服务器的硬件数量，简化管理难度，为学校节省大量的成本，为今后建立校园云平台打好基础。

2.服务器虚拟化技术的实施方案

陕西师范大学的二级单位网站和精品课程都属于网站平台，操作系统要求单一，我们采用的是Parallels的Virtuozzo虚拟化软件实现虚拟化。该虚拟化软件属于操作系统虚拟化，可以快速通过模板方式建立虚拟主机，但缺点是虚拟主机的操作系统都是同一系列版本，目前学校部署的Virtuozoo软件只能虚拟Windows平台，所以只能提供给Windows系统的服务器进行使用。而校园网中还有部分应用系统譬如大学生英语平台、学生选课系统、学工管理系统等，不仅操作系统多样化（如Unix或Linux），同时涉及大型数据库及其他插件。这些应用系统进一步增加了服务器的管理难度，针对这部分需求，我们使用Vmware vSphere虚拟化系列软件对这部分应用服务器进行虚拟化改造。

目前我中心部署了七台物理服务器通过安装VMware ESX建立HA集群，另外一台服务器安装配置VirtualCenter管理软件，建立各个ESX服务器之间的联系，实现了对这些虚拟服务器的集群式管理。物理服务器包括两台Dell poweredge R610、5台HP proliant dl360 G6。存储方面我们采用的是共享存储来承载虚拟机和数据，这种存储方式比本地存储提供更好的I/O性能，尤其是在多虚拟机环境下。另外，一些虚拟化的高可用性功能如vMotion、HA及FA等也需要共享存储来支持。根据学校目前应用系统的数量及并发I/O量，我们最终选择了高性能的iSCSI SAN存储设备，这种以太网络传输数据的存储，不仅硬件成本低，操作方便，而且维护成本较低。另外，我们使用一台低性能的iSCSI存储作为日常备份，保证虚拟主机数据的安全性。具体实施方案如图1所示。

图1 陕西师范大学VMware虚拟服务器部署方案

通过这个服务器虚拟化方案，在7台物理服务器共计虚拟了76台虚拟服务器，提供7*24小时服务，合计已使用存储空间约5T。其中包括大学生英语平台、校医院体检系统、开放课程、资源共享平台、软件下载平台、邮件、邮件网关等大型应用平台，系统运行稳定。同时网络管理人员可以通过VMware vSphere Client登录到VMware vCenter server上实现集中管理：虚拟机的停止、启动，资源分配，监控运行状态等，如图2示。同时可以通过登录控制台进入主机系统，对任意一台虚拟主机进行维护和管理，如图3所示。

图2 通过vCenter Server系统管理

同时，服务器虚拟化需要对原有的物理服务器进行虚拟化、迁移、整合和集中管理。我们使用VMware vCenter Converter工具将现有服务器进行虚拟化改造。其提供的多种方式可以实现物理机在线或离线迁移到虚拟机、VMware各虚拟机产品之间或和hyper-V之间的转换，以及把第三方的备份镜像迁移入虚拟机，例如Symantec backup exec System Recovery的备份文件。

3.服务器虚拟化的应用效果

图3 虚拟主机的控制台管理

通过服务器虚拟化集群技术的应用，我校实现了全校软件、硬件设备及运行环境资源的共享，降低了各个二级单位的技术成本。截至目前，我校已经开通虚拟化主机190个，其中为部门、学院提供近100多个，为精品课程、科研机构和重点实验室提供80多个。服务器虚拟化技术的实施给陕西师范大学校园网建设和管理带来了显著的好处，主要体现在以下几个方面：

（1）通过部署这种服务器虚拟化技术，显著提升了服务器的利用率。每个服务器的平均利用率从5%～15%提高到50%～70%，并且将部署应用所需要的物理服务器大幅度降低，从而降低了硬件购置成本和运行维护成本，为学校节省了大量的购置资金。另外，节约能源，减少运行成本，包括机房空间、机柜、网线、耗电量、冷气空调和人力成本。

（2）由于整合了多台物理服务器，利用VmwarevSphere Client可以对所有虚拟主机集中管理，灵活的资源配置、方便的系统维护使网络管理人员的工作量大大减轻。

（3）利用服务器虚拟化技术，将所有服务器作为一个资源池统一进行管理，并按需自动进行动态资源调配，并统一管理各个虚拟服务器的运行状况，此举明显提高了物理服务器及其CPU的资源利用率,将服务器的利用率最大化。

（4）提高了服务器安全性和可靠性，极大地降低了单点故障率，所有的应用全部运行在各自的虚拟机中，每个虚拟机之间是完全隔离的，如果其中一个虚拟机宕机或者被攻击，不会影响其他的虚拟机运行，极大地提高了服务器的安全性。另外，如果一台物理服务器出现故障或者宕机，不会影响其下的虚拟机运行，通过虚拟机的集群化管理，可以实现这个服务器下的虚拟主机自动迁移到另外一台物理服务器上，保证了服务的可靠性和业务的连续性。

（5）服务器虚拟化技术提供了便捷的备份和恢复功能，譬如可以使用VMware Consolidated Backup软件，它可以通过一个备份代理服务器对虚拟服务器进行集中化的备份，这种方式只需要在备份代理服务器上安装备份软件的客户端，而不需要像传统备份一样在每台服务器上安装客户端，节省了客户端安装的费用。并且通过这个软件可以实现快速修复系统故障，使应用服务的稳定性和质量得到了有效保障。

服务器虚拟化技术虽然有诸多优势，但值得注意的是，对于校园网服务器虚拟化的道路需要循序渐进，在应用服务器虚拟化技术之前，必须评估应用系统的具体要求，选择适用的虚拟化技术，同时还要确保虚拟化的实施不会影响到业务系统的性能。目前我们仅仅对学校应用压力较小的服务器应用系统平台进行了虚拟化，而对一些应用系统压力相对较大的应用平台，例如数字化校园平台、学生选课系统、视频点播系统、网络直播系统等仍采用独立服务器进行管理。另外，对于一些需要加密狗加密的应用平台，服务器虚拟化技术实现也较为复杂，故不推荐采用。

四、结束语

本文提出的服务器虚拟化方案，已经成功应用于陕西师范大学校园网管理中，实践证明，虚拟服务器的运行是稳定和高效的。

在“云计算”的潮流下，虚拟化将成为未来发展的一个趋势，随着高校数字化校园的快速发展和服务器需求的日益增大，选择服务器虚拟化技术也将会成为未来校园网服务器发展的一个方向。而对于云计算与虚拟化需求紧密相关的数据中心体系，如果没有对存储系统实施虚拟化就无法完成，因此下一步服务器和存储的虚拟化是搭建云平台的基础。

[1]服务器与存储虚拟化专题[EB/OL].http://www.enet.com.cn/server/zhuanti/xnh/.

[2]VMware虚拟机及其虚拟机软件[EB/OL].http://www.vmware.com/cn/virtualization/virtualization/whatis-virtualization.

[3]吴海洪，郑民，张伟胜.基于VMware的校园网服务器虚拟化管理[J].计算机与信息技术,2008(10).

[4]吴乾清.基于VMware的数字图书馆服务器虚拟化研究与应用[J].科技情报开发与经济，2010(21).

[5]李洪民.基于VMware的高校数据中心虚拟化设计与研究[J].数字技术与应用，2011(10).