服务器虚拟化在数字化校园建设中的应用

徐　辉

(安徽电子信息职业技术学院 网络中心，安徽 蚌埠　233000)

服务器虚拟化在数字化校园建设中的应用

徐辉

(安徽电子信息职业技术学院 网络中心，安徽 蚌埠233000)

摘要：高校数字化校园建设需要搭建大量的应用支撑平台和业务系统，数据中心要准备很多服务器，将面临设备利用率低、运营成本高，管理维护复杂，平台可靠性不高等问题。首先分析了服务器虚拟化技术特点，而后根据某高校数字化校园项目规划及建设方案搭建了服务器虚拟化运行平台，阐述了服务器虚拟化在推动数字化校园建设中的巨大优势。

关键词：云计算；虚拟化；数字化校园；VMware

中图分类号：TP393.1

文献标识码：A

文章编号：1009-2714(2015)04- 0029- 06

doi:10.3969/j.issn.1009-2714.2015.04.007

收稿日期：2015—09—21

基金项目：安徽电子信息职业技术学院教科研项目(ADZX1412)

作者简介：徐辉(1981-)，男，安徽蚌埠人，安徽电子信息职业技术学院讲师，工程硕士，研究方向为网络与信息安全。

随着信息产业技术的不断发展，2015年初，国家为培育信息产业新业态，降低社会创业成本，培育新兴产业、新的经济增长点,发文促进云计算机创新发展。云计算是分布式计算、并行计算、网络存储、设备冗余、负载均衡、虚拟化等多种技术融合发展演进的技术，实现了计算、存储、网络等资源的整合与按需分配。各高校在教育信息化建设、数字化校园建设中，数据中心逐步采用基于云计算的模式，以提高各种软硬件资源的利用率，提升各种应用部署效率，有效降低机房能耗，节约机柜空间，节约信息化建设成本，为数字化校园建设提供一个可靠、管理方便、扩展性强的平台[1]。

1虚拟化技术

1.1　服务器虚拟化技术

虚拟化技术是云计算的关键技术。它将高性能服务器虚拟出多台虚拟机，每台虚拟机对用户来说，都可以提供完整灵活的虚拟硬件资源，比如CPU、内存、磁盘、网卡、存储等。用户可以在一台物理服务器上独立安装和运行多个操作系统和应用程序，提高了单台物理服务器的利用率。同时虚拟化技术支持资源定制，可以根据不同的应用需求差异化分配CPU个数，内存容量，存储空间等计算资源，实现资源按需分配。

1.2　存储区域虚拟化技术

存储区域网络(SAN)虚拟化技术将分散的存储资源映射成一个逻辑上的存储卷，主机直接使用映射的存储卷，不用关心实际物理存储空间是来自本地硬盘还是存储区域网络的某些硬盘。存储虚拟化技术可以灵活地分配存储空间，具体物理存储空间的分配可根据应用的使用情况动态调整，即各应用分配的只是逻辑上的空间，不完全占用物理存储空间，提升了存储空间的利用率[2]。

1.3　虚拟化技术平台的选择

可供高校在实施数字化校园项目建设中选择的，业界流行的虚拟化平台有微软公司的Hyper-v、VMware公司的VMware vSphere、思杰公司的Xen Server等。其中VMware公司的产品应用最为广泛，市场占有率最高，其产品技术成熟、体系完整、管理工具齐全，可供查询的技术资料最多。选用VMware vSphere平台作为数字化校园项目的虚拟化硬件平台物理拓扑如图1所示。它由存储、光纤交换机、物理服务器、存储网络、IP网络、管理客户端等组成[3]。将多台物理服务器分别与IP网络和SAN存储网络连接，使用VMware vSphere平台，以磁盘阵列存储为基础建立虚拟化服务器集群，在此集群上创建虚拟机用于部署数字化校园平台各种应用。

图1　VMware vSphere虚拟化硬件平台物理拓扑

2数字化校园平台规划及云计算需求

高校数字化校园建设的目标是在基于云计算模式的“IT基础设施层”基础上，完成“应用支撑层”的搭建。通过部署高校各项“业务应用”系统，录入基础信息数据，实现基础信息在各应用系统之间共享与交换。对信息数据进行整合、数据挖掘和综合处理，更好的为学校教育教学提供信息支持。在政策法规与信息标准体系和信息安全与运行维护体系保障下，实现PC应用端、WEB端、移动应用端的数字化校园信息“综合服务展现”，使数字资源充分得到利用，拓展了教育教学的空间与时间，提高了教育管理水平与运行效率，实现了教育过程的全面信息化。如图2所示为某高校的数字化校园项目云计算体系架构模型。

图2　云计算基础体系架构模型

2.1　应用支撑平台

2.1.1共享数据中心平台共享数据中心平台是对数字化校园中各种结构化与非结构化数据进行统一管理的平台，实现统一的数据资源交换与应用共享，为数字化校园平台提供深层次数据挖掘与数据分析形成决策支持，是实现教育过程全面信息化的重要基础。

2.1.2统一身份认证平台建立统一的身份认证系统，实现各种数字化校园应用统一的用户管理与权限控制。

身份认证系统是根据师生用户身份来授权访问数字化校园的资源，是数字化校园安全防护的第一道关卡。通过建立统一的身份认证系统，把原有应用系统分散管理的用户数据集成，指定集中的认证技术规范，采用基于分布式用户数据库共享方式，实现身份信息数据库同步更新，保障了用户信息数据的统一与完整。用户通过单点登录，一次认证就可以访问所有授权应用系统资源，做到真正意义的集中认证。提升了用户访问的便捷性、可靠性，提高了工作效率。统一身份认证系统同时具有可扩展性和可集成性，避免了高校信息化建设重复开发，保护现有投资。

2.1.3统一信息门户平台高校面向社会公众和校内师生发布的各种信息将集中到统一信息门户平台。统一信息门户平台的信息可以来源于数字化校园平台各应用系统的信息推送，也可以来源于信息集中发布。针对不同用户角色会呈现不同信息版块，如对校领导会展示学校教师、学生、教学资源等统计信息，对学生会展示本学期课表、选课等信息，平台还支持信息版块的个性化定制与外观样式调整，以增强用户体验。

2.2　业务应用系统

在应用支撑平台之上实现数字化校园的所有功能，涵盖教育教学、管理过程的全面信息化部署的应用系统有：学生综合管理系统、教师管理与服务系统、教务综合管理系统、办公自动化管理系统、科研管理系统、移动应用校园平台、综合信息查询系统、网络教学资源库平台、实验室管理系统、资产设备管理系统等。

2.3　云计算需求

根据数字化校园建设规划，应用支撑平台和业务应用系统要部署在18台服务器上，具体分布情况及性能与环境要求如表1所示。从表中得知数字化校园项目对服务器等硬件的数量和性能上要求较高，若采用传统方式把各种应用分散部署在单台物理服务器上，数字化校园项目的建设和维护成本会很高。

3服务器虚拟化平台的部署

依据前面论述的某高校数字化校园平台项目规划及云计算需求，拟通过配置4台高性能服务器做虚拟化服务器集群，采用VMware vSphere实现服务器虚拟化功能虚拟出此项目所需的服务器主机，充分发挥现有服务器的性能，提高设备利用率。通过vCenter对虚拟化服务器应用进行集中的管理，方便后期的运营维护。同时使用VMware vSphere with Operations Management管理虚拟机的状态及相关操作，主要包括工作负载分析；健康状况分析；容量状况分析等。

3.1　ESXi和vCenter的安装

ESXi是VMware vSphere的核心组件，它负责将物理服务器上的CPU、内存、网络、存储空间等资源虚拟给多个虚拟主机使用。这里选用最新版的ESXI5.5和vCenter5.5进行安装。ESXi和vCenter的安装很简单，主要包括下面几个具体步骤：

1)安装ESXi

使用ESXi的安装光盘，设置机器从光盘引导，系统会自动从光盘中加载虚拟化程序进入虚拟化的安装界面，安装程序会自动进行安装，不需要人为操作。安装结束机器自动重启后，根据界面显示提示，输入主机名，管理IP地址，修改登录管理控制台的密码。同理，4台虚拟化服务器采用同样方法安装虚拟化系统。

2)导入vCenter5.5模板

vCenter5.5直接导入将使安装过程更加简捷，使用安装向导，在vSphere Client里导入模板OVF文件。输入vCenter名称，选择安装所在的datastore，填写IP地址、DNS、掩码等网络安装信息即可。

3)vCenter5.5配置

模板导入安装完成后，启动vCenter Server，使用Console登录vCenter Server进行配置Default Gateway、Hostname、DNS、IP Address Allocation for eth0等信息。

表1　数字化校园服务器需求

3.2　虚拟化存储规划

存储的规划要考虑数据的安全性、完整性、高可用性及对异构平台的支持，便于在服务器虚拟化平台中进行集中管理，易于数据动态迁移。以EMC5500存储为例，存储规划安装过程如下：

1)创建存储池

创建存储池的类型为RAID Group，选择Srorage Pool ID为最大(249)，至少配置机头下1块盘作为热备盘，并创建RAID5， 以增加设备的可靠性。选择的四块盘power save状态为no以创建系统盘。

2)LUN划分

考虑到数字化校园应用的虚拟化平台兼容性和扩展性在这里创建在RAID Group中创建2个LUN

3)注册主机

4)创建存储组并映射

5)添加主机，存储配置完成，此时可在ESXi系统中查看挂载的盘以验证配置结果。

3.3　虚拟化平台配置

至此就可以通过VMware vSphere Client登录vCenter进行虚拟化平台初始化配置与维护操作了。

1)添加管理虚机和主机

首先新建数据中心，这个虚拟数据中心是一种容器，含操作虚拟机功能环境所需的全部清单对象。然后分别添加4台服务器主机，再将主机添加到群集，主机的资源将成为群集资源的一部分，群集管理其中所有主机的资源。群集启用 vSphere High Availability (HA) 和 vSphere Distributed Resource Scheduler (DRS) 解决方案，确保虚拟化平台可平衡工作负载、最优化调度可用资源，在不中断服务的情况下部署新的容量、实现虚机的迁移等操作，可监控和管理基础架构，提升虚拟化平台的服务级别[4]。

2)在ESXi平台新建虚拟机

按照向导操作步骤，输入虚拟机的名称、存储配置文件位置、要安装的操作系统类型、磁盘大小等信息后即可完成虚拟机的创建。网卡、内存、CPU、硬盘等资源分配可在创建完成后或部署应用后随时调整，平台对虚拟化资源分配的灵活性很高。

首先从外部导入或手动建立数字化校园各种应用所需环境的系统模板，再创建数字化校园应用支撑平台和业务应用系统所用的18台虚拟机效率就会很高，创建好的虚拟机如图3所示。日后，在此虚拟机化平台上扩展新的应用亦是如此。

图3　数字化校园平台中的群集、主机、虚拟机

4服务器虚拟化技术在数字化校园平台中的应用效果

利用服务器虚拟化技术构建数字化校园平台，可以降低整体运营成本，提高建设与维护的效率、减轻维护的复杂度，提高数字化校园平台运行的可靠性。既而有效推进数字化校园项目建设。具体应用效果如下：

1)降低整体运营成本

数字化校园平台建设需要18台物理服务器，现集中部署使用4台服务器和存储搭建的虚拟化服务器集群上，该集群还可承载其它云计算机应用，降低近50%的软硬件投资建设成本；成倍提升服务器的利用率，减少服务器数量，节省机柜空间；节约计算中心计算设备、冷气空调总体能耗。可以降低整体运营成本70%以上。[5]

2)提高建设与维护的效率、减轻维护的复杂度

一方面虚拟化技术使得物理资源数量减少，再通过集中管理，实时监控硬件运行状况，管理人员无须再分别维护数量众多的物理资源。另一方面通过虚拟化技术中的模板和映像等功能可以快速部署、实时迁移、维护更新操作系统和相关应用。从而提高建设与维护数字化校园的效率、减轻维护的复杂度。

3)提高数字化校园平台运行的可靠性

虚拟化技术的VMotion、HA等功能使虚拟机不间断服务器的状态下自动完成宿主物理服务器的迁移，保障应用服务的连续。服务器集群化管理确保在部分物理服务器出现故障的情况下操作系统和应用的正常运行，保障关键应用系统不间断服务。对比传统单机运行模式，虚拟化技术的引入明显提高了平台运行的可靠性。

5结束语

利用服务器虚拟化技术搭建数字化校园硬件平台取得的效益还是很明显的，主要体现在投资建设和运维成本集约性，管理与维护的高效性，平台运行高可靠性。可见引入服务器虚拟化技术会成为数字化校园平台建设的主流趋势。然而服务器虚拟化在解决应用数据备份、虚拟机间安全问题等方面还有待提高，高校信息化管理人员应给予重视。

参考文献：

[1]陈乐，陈承科，王明晓.云计算技术在校园数字化建设中的应用[J].山东通信技术，2012，32(1)：10～13.

[2]许利军，闪永强.云计算技术在数字化校园建设中的应用研究[J].新乡学院学报(自然科学版)，2013，30(5)：346～347.

[3]颜亮，曾令菊.服务器虚拟化在高校数字化校园建设中的应用研究[J].桂林航天工业学院学报，2014，19(2)：100～101.

[4]VMware Inc.Distributed Resource Scheduler & Distributed Power Management[DB/OL]. http://www.vmware.com/cn/products/vsphere/features /drs-dpm，2015.

[5]苏命峰.云计算环境下高校数据中心的虚拟化研究与实现[D].湖南：湖南大学，2015：53~56.

Application of server virtualization in digital campus construction

XU Hui

(Network Center,Anhui Vocational College of

Electronics & Information Technlogy,Bengbu233000,China)

Abstract:Digital campus construction needs to build a large number of application support platform and business system, and a lot of servers in digital center,so it will face the problem of low equipment utilization, high operating costs, complexity of management and maintenance ,as well as low platform reliability.This paper analyzes the characteristics of the server virtualization technology at first, then build a server virtualization platform according to a university's digital campus project plan and construction program, to describe the great advantages of the server virtualization in promoting the construction of digital campus.

Key words:cloud computing; virtualization; digital campus;VMware;