虚拟化技术在智慧校园云服务平台IaaS层中的应用

拜亚萌 张燕玲

智慧校园信息服务平台采用云计算三层服务架构作为基础，其中，IaaS基础层主要通过云计算技术将现有的异构系统、硬件资源、分散的数据资源进行虚拟化处理，搭建数据存储和计算集群，并利用云计算集群对作业执行的资源调度进行优化处理，整合成不同类型的虚拟资源池，为上层提供分布式数据存储和数据计算的PaaS支撑服务，同时为上层应用系统提供必要的运行环境和开发环境。

1.智慧校园云计算平台总体架构

对整个智慧校园信息服务平台进行总体层次架构设计，自上而下分为用户展示层、软件应用层、支持层、数据层、基础层，其体系架构如图1所示。其中，软件应用层是SaaS服务的主要实现层，用户展示层、支持层以及数据层则是PaaS服务的主要实现层，而基础层则是IaaS服务的主要实现层。通过各层之间相互协作，不仅为智慧校园提供了基于云计算的信息服务支撑平台，而且确保了不同用户可以采用不同终端对服务平台进行统一信息访问和一站式信息访问，同时确保了不同应用和教育资源的数据统一和数据共享。

图1 基于云计算的智慧校园总体架构设计

其中，基础层是云计算服务模式中IaaS服务的主要实现层，基础层主要包括两个方面的内容：系统软件、网络管理以及云计算基础设施管理。其中，系统软件、网络管理主要是对操作系统、数据库、中间件管理系统、云管理系统、虚拟专用网络、入侵检测系统等进行部署；云计算基础设施主要采用虚拟化技术，负责组织大量硬件资源形成虚拟资源池，并对各种资源池，如虚拟服务器资源池、虚拟网络资源池等虚拟资源进行管理，同时对虚拟资源的调度进行算法优化和配置，从而更好地为上层应用提供透明的IaaS服务。

2.基于虚拟化技术的IaaS层设计与实现

智慧校园信息服务平台IaaS层是云计算支撑平台的基础，主要负责将校园内的存储资源、服务器资源、网络资源等硬件或软件资源进行整合，利用虚拟化技术将各种资源形成虚拟资源池，为上层应用提供必要的资源服务。虚拟化技术不仅提高了各种资源的利用率，而且对各种资源进行了集中式管理，提高了系统的工作效率。图2是基于虚拟化技术的智慧校园信息服务平台IaaS层总体架构图。

图2 基于虚拟化的智慧校园信息服务平台IaaS层架构图

通过虚拟化技术，可以将一台服务器变成若干台虚拟服务器，并对处理器、内存、I/O等资源进行虚拟化处理，可创建出虚拟Web服务器、虚拟FTP服务器、虚拟邮件服务器等不同的服务器计算集群。虚拟化技术有效地将各种计算资源进行分布式部署，不仅满足了智慧校园的各类系统对计算资源的需求，而且还对各种分散的资源进行了充分利用。

下面分别对服务器虚拟化方案、网络虚拟化方案以及存储虚拟化方案进行了设计与实现。

2.1 服务器虚拟化设计与实现

目前大多数高校所选用的服务器都是由微机服务器或小型服务器组成，其中，数据库服务器大多是Microsoft Server SQL、Oracle等中性关系型数据库组成，Web服务器也都集中在Microsoft IIS、Apache Tomcat等产品。利用虚拟技术，对服务器进行虚拟化处理，确保所产生的各种虚拟服务器具有物理服务器同样的计算性能和网络负载能力。

服务器虚拟化创建流程如图3所示，主要分为虚拟服务器创建流程和部署流程两个方面。其中，虚拟服务器创建流程主要分为创建基础虚拟镜像、创建虚拟器件镜像、发布虚拟器件镜像、迁移到虚拟化环境等四个核心配置过程；虚拟服务器部署流程则分为规划部署环境、部署虚拟器件、激活虚拟器件等多个核心配置过程。

图3 虚拟服务器创建及配置流程

（1）虚拟服务器创建步骤。创建基础虚拟镜像是整个流程的基础和关键，该过程主要包括创建虚拟机、安装操作系统、保存配置等三个配置环节；创建虚拟器件镜像则主要完成中间以及基本应用软件的安装和配置；发布虚拟器件镜像则根据OVF国际标准，利用虚拟化软件直接服务器虚拟化配置信息的发布和服务器部署；迁移到虚拟化环境则通过P2V技术，将物理服务器整体性地迁移到虚拟环境中，图4描述了P2V虚拟化迁移流程图。

图4 P2V虚拟化迁移示意图

（2）虚拟服务器部署流程。规划部署环境是虚拟服务器部署流程的基础和前提，要根据智慧校园规划体系中对各种服务器资源的总体规划，选择相应的虚拟化平台；部署虚拟器件是虚拟服务器部署的一个重要环节，主要完成虚拟器件向虚拟机的转变；当虚拟器件成功部署到虚拟机上，最后通过读取OVF配置文件，来完成虚拟器件的配置，最终完成定制软件虚拟机的部署。

综上所述，并根据实际需求，本系统选用VMware Infrastructure 3实现在两台应用服务器上虚拟出多台服务器。

2.2 网络虚拟化设计与实现

本文通过虚拟交换技术实现网络的虚拟化创建过程，其虚拟交换实现过程如图5所示。虚拟交换技术通过构建虚拟交换层来完成虚拟化平台与物理网卡之间的相互通信，虚拟交换层可以创建不同的虚拟接口，通过该虚拟接口，实现虚拟服务器与外界的通信，从而解决服务器虚拟化所带来的网络需求。

对于大多数高校而言，智慧校园的虚拟化服务器创建相对处于初期建设水平，所需的虚拟服务器数量不多，因此，本文采用基于软件的虚拟交换技术实现网络虚拟化的创建和配置。基于软件的虚拟交换技术实现过程简单，配置过程快捷，通过专业的虚拟化软件即可完成网络虚拟化交换。

综上所示，本系统采用专业的网络虚拟化管理软件-Cisco Nexus 1000V实现对虚拟服务器的网络支撑，该虚拟交换软件可适用于VMware环境，并可嵌入到VMware ESX基础虚拟平台中。

图5 网络虚拟化交换实现示意图

2.3 存储虚拟化设计与实现

在智慧校园建设体系中，如何实现对不同部门、不同系统的海量数据的存储，从而保证数据的集中管理，完成存储资源的统一管理和调度。利用虚拟化技术，将分散的异构存储数据进行逻辑层面的集成整合，形成虚拟存储资源池，可以有效地实现存储资源的集中管理和统一调度。

本文采用基于存储服务器的网络存储虚拟化方案进行存储虚拟化设计，其实现架构如图6所示。通过运行服务器端的存储虚拟化软件，实现虚拟化存储单元管理，并通过存储区域网络SAN完成各种异构存储设备的数据交换和数据集中存储。该方案的优势在于部署简单，通过专业的存储虚拟化管理软件即可完成分散数据的虚拟化存储和管理。

图6 基于存储服务器的存储虚拟化架构图

综上所述，本系统选用IBM SAN Volume Controller（SVC）实现对虚拟服务器的存储支撑，并提供实现存储虚拟化解决方案。SVC可兼容异构的存储设备，可将校园环境的多个异构存储单元映射成相对独立的存储单元MDisk；而后再将独立的存储单元MDisk虚拟成一个统一的虚拟存储池MDG；最后，根据预设的分配方案，将虚拟存储池MDG划分成多个相对独立的虚拟逻辑存储单元 Vdisk。

4 结束语

通过云计算三层服务架构模型，为智慧校园提供统一的分布式存储和计算平台，并通过虚拟化技术，将现有的校园网内的各类异构硬件资源和软件资源进行了集中整合和服务集成，不仅提高了现有资源的利用率，更节约了建设成本。虚拟化技术在智慧校园云服务平台中的应用，实现了资源共享和数据统一管理，从而达到数字化校园的智慧型服务和信息化管理的目的。

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