Hyper-v虚拟化技术在数字化校园中的应用研究

2014-12-27陈晓平刘聪颖

科技视界 2014年5期

陈晓平刘聪颖张鹏

（1.河南理工大学现代教育技术中心，河南焦作454000；2.河南焦作环境保护局，河南焦作454100）

0 引言

随着计算机及信息技术的发展，目前，各大高校甚至中小学校都在推行和建设数字化校园项目，为适应数据信息量的增大以及各种应用系统的需求，传统的做法是购置更多的服务器来完成这些工作。然而这样做又会带来各种困扰：购置更多的服务器需要花费不菲的资金；耗费更多的电力；占用更多的机房空间，机房空调成本增加；给统一管理带来诸多不便；数据迁移不便；故障恢复较慢；服务器资源利用率低等等，这些都会对数字化校园建设带来极大的挑战。那么如果能利用虚拟化技术将服务器资源进行有效整合，消除旧的“一台服务器一个应用系统”模式，采用在每台物理机上运行多个虚拟机的方式，同时通过统一的管理平台对虚拟机实现统一控制和管理，充分实现服务器资源的按需分配，就能在很大程度上解决这些问题[1]。

1 虚拟化技术

虚拟化技术早在20世纪中期就被人提出来了，经过几十年的发展，使得如今虚拟化技术的应用十分广泛。虚拟化技术是一种计算机硬件资源的调配方法，它可以让资源更合理地被利用，通过虚拟化技术可以将一台单独的计算机资源分配到若干个虚拟机上，每个虚拟机都有其各自的CPU、内存和硬盘等物理资源。这些虚拟机之间是相互独立的，可以安装不同的操作系统平台，从而使得不同的虚拟机可以支持不同的应用系统[2]。虚拟化技术从某种程度上实现了操作系统跟物理硬件的分离，让计算机硬件资源的使用效率更高，且对用户透明，其使用过程和使用独立的服务器没有任何区别。用户只需在虚拟层环境上运行自己的系统和软件，而不需要考虑后台硬件具体如何实现。这些系统和软件在运行时也似乎跟后台的物理平台无关。从而能够有效提高服务器的利用率，减少服务器的数量，降低服务器的能耗，进而能够统一管理，极大缩短安装和配置新系统的时间，降低运营成本[3]。

虚拟机软件是实现服务器虚拟化的主要手段。由于各厂商对虚拟化的理解有所不同，所以在虚拟化产品的实现上可能使用了不同的方法，但目的都是一样：虚拟化后打破了操作系统对物理硬件的依赖，降低了操作系统和应用系统的复杂程度，合理地分配服务器资源，增强数据安全，方便快速隔离系统故障。从而有效地增加了服务器硬件利用率，提高服务器的可用性、安全性，达到减少支出、统一管理、提高效率，规避风险的目的[4]。

目前，服务器虚拟化软件有很多，比较主流的有VMware的ESX Server、Microsoft的Hyper-V、思杰的Xen Server等等。根据笔者所在学校的服务器管理需求，使用Microsoft的Hyper-V实现对服务器的虚拟化管理，具有较高的性价比，以下虚拟化技术的介绍和实现都将围绕Hyper-v展开。

2 Hyper-v虚拟化技术

微软的Hyper-v是伴随Windows Server 2008操作系统所推出的一种服务器虚拟化解决方案，Hyper-v底层的虚拟机监视器代码量较小，不包含任何第三方的驱动，具有较高的安全性。由于它使用的是现有Windows驱动来运行Guest OS，只要物理硬件能在Windows Server 2008下工作，那么Hyper-V虚拟机就能使用这些硬件资源，所以Hyper-v可以兼容大量的驱动程序，而不必为虚拟机开发专用的硬件驱动程序，因此在硬件支持上Hyper-V与其他虚拟技术相比具有很大的优势[5]。

要正常安装和实现Hyper-v有三个先决条件，首先虚拟化功能只在64位版本的Windows Server 2008中提供，其次需要处理器支持硬件辅助虚拟化，即处理器要支持Intel-VT(Vanderpool Technology)或AMD Virtualization(AMD-V)功能，最后，处理器必须支持硬件数据执行保护(DEP)，而且被开启(如果处理器支持DEP，Windows Server 2008将会默认开启)[6]。目前，绝大多数服务器都能满足上述三个要求，Hyper-v只是Windows Server 2008操作系统中的一个角色，通过服务管理器就可以添加Hyper-v角色，如图1所示。

通过Hyper-v安装的虚拟机最多支持4个虚拟的CPU，最大可以使用64GB内存，可以安装各类windows及linux系统，并且还可以支持64位的操作系统。完成hyper-v安装后，需要对虚拟网络进行配置，hyper-v提供三种虚拟网卡，分别是外部虚拟网卡、内部虚拟网卡和专用虚拟网卡，鉴于虚拟服务器需要对外提供服务，需要固定的IP地址，使用外部虚拟网卡可以实现通过internet对虚拟机上的资源的访问。此外，由于多台虚拟机同时运行时需要硬盘有较快的读写速度，服务器最好使用高速SAS硬盘组成的RAID5或外部磁盘阵列。完成Hyper-v的配置以后，就可以新建或者从存储上导入虚拟机了。配置好的虚拟机运行状态如图2所示。

图1 添加Hyper-v角色

图2 虚拟机运行状态

图3 未虚拟化之前简单示意图

图4 虚拟化之后简单示意图

3 数字化校园建设中引入Hyper-v虚拟化技术

在数字化校园建设中引入虚拟化技术主要通过服务器资源整合、存储资源整合、网络资源整合，形成校园物理资源的虚拟化资源池[7]。利用Hyper-v虚拟化技术可以将服务器资源整合——首先把全校分散的服务器集中起来，统一管理，实现服务器资源的共享，然后通过虚拟化软件Hyper-v的虚拟化技术把CPU虚拟化、内存虚拟化和I/O设备虚拟化，形成多个独立的虚拟机。

目前，建设一套比较完善数字化校园少则需要几十台服务器，多则需要上百台服务器，这些服务器放在机房每年将耗费大量的电力，还要占用大量的机房空间以及与之配套的空调系统，UPS（不间断电源）系统以及硬件购置和维护成本也相应的增加。图3是未使用虚拟化技术之前的简单示意图，为了保证数字化校园中各个应用系统之间相互独立和正常运行，通常一台服务器只安装一个应用系统，据统计，这些普通服务器的资源利用率一般都在百分之十左右或者更低。利用Hyper-v虚拟化技术，这几十台服务器完全可以整合在几台性能较高的服务器上面，相应的硬件成本以及管理成本就会得到很好的控制。在安全方面，如果某台虚拟服务器发生故障，可以利用Hyper-v快速迁移技术保证应用系统的持续稳定运行[8]。图4是使用Hyper-v虚拟化技术对服务器进行整合后的简单示意图。

服务器整合是引入虚拟化的主要原因，服务器整合能提升资源利用率，满足复杂系统环境下各种应用系统并存的需求，同时获得降低能耗以及统一管理等种种优势。Hyper-V采用微内核的架构，兼顾了安全性和性能的要求，集成了多种特性，能够在各种不同虚拟化环境中实现高效率的自动化控制。通过现场的测试与部署安装证明，Hyper-V虚拟化技术的应用为提高设备性能利用率、降低硬件更新成本、简化系统管理提供了一个切实可行的解决方案。