虚拟化技术于高校教学资源共享化的应用与研究

张竹 任艳 韩鹏程 徐子洋

摘要：本文通过利用虚拟化平台Vmware vSphere实现高校数据中心设备与应用的整合，在现今全球的云计算数据中心逐步兴建的背景下，提供高校数据中心虚拟化技术整合的一系列相关步骤，推出利用搭建虚拟化平台解决校园物理客户机设备不足、教学资源短缺及使用成本过高等问题，运用虚拟化技术改善IT基础架构以提高性能及效率。

关键词：虚拟化技术;Vmvare vSphere;Vmvare ESX Server

中图分类号：G642      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）18-0297-03

服务器虚拟化的功能是可以将服务器的物理资源抽象成逻辑资源，让一台服务器变成多台虚拟服务器，并且相互隔离，不受物理条件上的限制，同时方便动态管理cpu、内存、磁盘、I/O等硬件 “资源池”，从而提高资源的利用率，降低IT设备成本。与传统的物理服务器对比，通过虚拟化整合后，资源利用率提高了50%～65%。在降低成本的同时，也减少了复杂性，降低了对机房设备的要求，也便于管理。

1 虚拟化平台技术及搭建目标

1.1虚拟化技术

虚拟化技术（Virtualization Technology，VT）可以实现将各种计算及存储资源充分整合和高效利用的效果。虚拟化技术主要是對IT基础设施进行改善，同时也方便对资源的访问。数据中心虚拟化平台包括：计算虚拟化、网络虚拟化、存储虚拟化及安全虚拟化，其中计算虚拟化主要是对于虚拟化平台中各个虚拟机分配合适的计算资源，进行优化、达到最优的cpu分配。通过使用虚拟化技术，可以将单一的服务器虚拟成多台服务器，且不妨碍应用，相互独立，如图1所示。

1.2虚拟化平台搭建目标

本项目主要是为高校的教学管理及教学资源的最大化使用提供服务，通过搭建虚拟化平台降低系统的故障、提升物理服务器应用可靠性，并实现虚拟机及资源的实时迁移与备份操作，使得服务器及数据中心易于使用与管理维护。本项目所涉及虚拟化平台搭建工作分两大阶段。

1）项目前期所完成的目标包括：

（1） 完成搭建虚拟化平台的基础配置，设计网络结构，完善网络拓扑。

（2） 安装虚拟化层操作系统（ESXI） ，使用Vcenter实现对服务器的集中管理。

（3） 创建可共享的存储，确定虚拟机VMotion功能正常，查看虚拟化平台是否运行正常。

2）项目后期所完成的目标包括：

（1）  物理服务器迁移至虚拟机（p2v）。

（2）  云桌面的部署搭建及测试。

（3）  研究Linux方向虚拟技术。

2 实施方案

2.1虚拟化平台搭建过程

数据中心虚拟化平台由承载虚拟机的物理机、磁盘阵列、网络设备等构成。在物理主机上部署Vmware ESX Server，用来实现共享其CPU、内存、网络等资源，并承载虚拟机的正常运行。磁盘阵列为物理机提供共享存储空间。通过在管理服务器部署vCenter Server，管理员可登录对虚拟化平台的虚拟机、存储空间及虚拟网络进行统一管理。虚拟机通过主机接入网络，提供服务。具体搭建步骤如下：

步骤1：搭建ESXI6.5服务器

在物理设备上安装ESX server，使用ESX系统光盘进行引导安装，主要包括下载ESXI6.5镜像和client客户端，将ISO写入到U盘或是刻录光盘然后启动安装。

步骤2：安装vCenter Server

安装vCenter server，vSphere的很多高级功能只有在vCenter下才可以配置实现，并且它的很多管理模块只能集成安装在vCenter环境里，无法独立安装，并且vCenter server需安装在64位的Windows操作系统上。与传统安装方法不同，本项目选择在虚拟机中安装vCenter，优势是不必为vCenter系统准备单独的专用服务器，此时vCenter服务器相当于虚拟机里的一个vAPP，而且可以通过vSphere HA为vCenter Server系统提供较高的可用性。创建虚拟机的快照，并使用快照进行备份存档等操作，直接使用Vmotion将vCenter服务器在ESX主机之间进行迁移等优势。 对于vCenter Server要使用静态IP地址和有效的域名系统（DNS）而非动态主机配置协议（DHCP），若要选择DHCP，则需验证DNS中是否记录了vCenter Server 的正确值。

步骤3：配置vCenter Server Appliance

安装完成后，登陆vCenter server，对虚拟化平台进行配置。在此之前，安装了物理设备，此目的在于虚拟化平台搭建的准备工作，良好的硬件支持为后续平台稳定运行提供保障。根据本校实际应用情况，在配置vCenter Server Appliance时，采用基于中兴zxcloud KS3200存储和基于Open-E 存储的安装部署方案，该方案有效地解决了虚拟化的存储，并将存储的文件共享给所有虚拟机使用。

在搭建过程中，需要注意的是必须先新建数据中心，才能添加ESXi主机服务器或者创建VM。数据中心提供虚拟环境中所有对象的结构化组织：主机、群集、虚拟机和目录以及资源池。数据中心必须反应根据地理位置或者功能/部门组织的网络架构。数据中心的概念只有在连接到vCenter Server时才存在。创建数据中心之后，可以添加ESXi服务器。这里需要注意的是，可以从数据中心内的一个群集向另一个群集实施vMtion，但是无法迁移到另一个数据中心。

在新建的数据中心上建立群集，将主机添加到群集并修改其设置，接着进行网络的配置，在数据中心主机上配置网络（vNetwork），以及虚拟交换机和分布式虚拟交换机的配置，其中最主要的就是虚拟机连接虚拟机、虚拟机连接物理网络。

2.2 虚拟化平台实施效果

目前在高校中，任何一个项目的实施通常需要搭建一个多客户端节点的虚拟测试环境，需要安装多台虚拟机，一台一台的手工安装部署，就颇为麻烦。因此，本项目通过克隆主机的手段，按需部署、在线迁移，解决了设备稀缺、资源紧张而无法继续项目实施的问题，具体效果如图3所示。

该脚本的运行可实现一次性克隆50台主机，以防冲突，每台主机的IP地址和名称不可有重复，通过Vsphere的自定义规范管理器可以进行主机策略定制供部署克隆虚拟机时使用，避免了一个个手工更改，节约时间、方便快捷。

3 实践应用经验

3.1快照节点，恢复便捷

从严格意义上讲，快照不是备份，因为源数据从物理上没有被复制到另一个位置，如果数据毁坏，仅仅使用快照不可能实现恢复。

快照是虚拟化的主要优点之一，在VM处于健康状态或者重大修改之前获取，采用快照能够建立一个简单回溯解决方案，以防在应用程序迁移、新服务包安装等操作时出现故障。同一虚拟机可以执行多个快照，以保存多个可以用于恢复的还原点。

鉴于本校教学设备资源有限，部分班级采取双班制教学，不同同学使用同一臺虚拟机进行实验，每位同学通过创建自己的快照，在下一次实验室恢复快照节点继续进行实验，快照的应用效果得以体现。

需要注意的是，在生产环境中，快照必须在规定时间内使用，以便观察不正常工作的部分。不建议长期保存vSphere快照，因为修改的数据越多，快照就越大，此时不做限制，可能会占据所有数据存储空间使所有VM处于危险之中，崩溃或者损坏。

3.2统筹资源，优化分配

服务器虚拟化使得物理机的计算资源得到充分利用，但在使用过程中，需要注意到为Vmware HA、DRS、Vmotion等高级功能的应用配置充足的资源，以实现提高应用的连续性、可靠性的目的，虚拟化时，起初的资源分配只是一种初始状态，在初始阶段是非常有效的，但是不同的业务应用的数据增长速度并不相同，进行资源的动态分配调整是非常有必要的，这为虚拟机的正常运行提供保障。

迁移过程中需要解决系统稳定性和资源扩展相关问题，可以采用在不关机状态下进行迁移的热迁移，也可以采取在关闭服务器状态下，通过光盘启动冷迁移的方式，并在成功迁移后进行必要的相关资源配置。

3.3共享资源，提供HA

Vmware HA是确保一个公司中一个或多个关键应用的本地服务持续性的一组机制，在虚拟化环境中，由于vSphere的高级特性，提供99%以上级别的服务持续性比物理环境容易得多，为所有的虚拟机服务器运行的系统提供了方便实用、经济高效的高可用性。

ESXi主机服务器损坏时，vSphere HA所保护的VM自动重启，作为HA群集一部分的所有服务器必须能够访问同一个共享存储空间。

群集，从根本上说，它是一组相互连接、组成单个逻辑实体的资源。vSphere中的群集是一组具有共享资源，通过vSphere HA、分布式资源调度器（DRS）或者FT提供高可用性和工作负载分配的ESXi服务器。

创建vSphere HA 群集时，FDM代理部署在群集的每一台ESX i服务器上，一台服务器被选为群集的主服务器，其余都是从属服务器。

4 结语

高校在应用数据中心时越来越多地考虑到结合虚拟化技术，把应用软件系统从物理主机上迁移到虚拟机管理平台上，虚拟服务器与存储系统的紧密结合，解决了教学资源短缺的问题，充分发挥了服务器的性能，提高了服务器的利用率，很大程度上解决了传统教学管理上的资源浪费、成本过高的棘手问题。服务器虚拟化的应用，减少了物理设备数量，进而减少了数据中心机房的供配电及温度环境控制等配套设施的建设与投入。与此同时，也保障了构成虚拟化平台的主机、存储和网络等这些物理设备的可靠性、冗余性的运行环境。在实验期间，遇到了vsan等高级功能测试无硬件支持等问题，通过将vSphere后端的共享存储外置磁盘阵列后成功解决了此类问题，为用户的选型提供了非常高的灵活性。

参考文献：

[1] 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，2010，20（21）：40-50.

[2] vmware ESXI6.5安装使用教程.http：//www.cnblogs.com/yufusec/p/9181422.html.

[3] 徐炯译.Vmware vSphere部署的管理和优化[J].虚拟处理机，2013（6）：154-163.

[4] 广小明，胡杰，陈龙，郭京.虚拟化技术原理与实现[J].转型时代丛书，2012（10）：45-48.

[5] vSpherPowerClI试用.http：//blog.csdn.net/qq_35611533/article/details/51917425

[6] 姚军.Vmware vSphere 5虚拟数据中心构建指南[J].2013（6）：2-6，75-91，165-169.

【通联编辑：光文玲】