虚拟化技术在计算机机房管理中的应用研究

2021-12-17戴冬生

南方农机 2021年23期

戴冬生

（江苏经贸职业技术学院，江苏南京 211168）

1 虚拟化技术在计算机机房管理中的应用

1.1 技术涵义

虚拟化技术是一项可以同时运行多个操作系统及大量程序，将各个独立操作系统运行在虚拟主机，并将操作系统中的服务器和内存等抽象化实体资源进行直观呈现的计算机技术[1]。在计算机机房管理领域中，对虚拟化技术的应用，有效解决了传统技术体系中面临的资源使用受地域条件与架设方式限制、多个操作系统无法保持并行运行状态、操作系统独立性受到影响等技术难题。

从应用角度来看，虚拟化技术的涵义体现在桌面、硬件设施、存储以及网络四方面的虚拟化。例如，在桌面虚拟化方面，基于数据中心服务器来构建虚拟化的桌面操作系统，在远端服务器中采取镜像方式来存储相关信息，用户可以使用各类设备来访问虚拟机，输入正确账号密码即可进入桌面操作系统，在系统上执行操作。而在硬件设施虚拟化方面，应用虚拟化技术来构建虚拟的计算机环境，根据使用需求在虚拟环境中配置管理数据，通过硬件设施和虚拟计算机环境，可以直接对计算机状态进行控制、管理，实现软件功能[2]。

1.2 技术应用特征

在计算机机房管理领域中，根据实际应用情况来看，虚拟化技术有着安全性、保真性和高性能的应用特征。其中，安全性特征为，计算机机房中的物理硬件设施的管理权限交付虚拟机管理器，基于虚拟化技术所建立的虚拟环境程序及配套操作系统并不具备直接访问硬件设施的权限，确保机房硬件设施运行安全。保真性特征为，系统程序在物理硬件设施以及虚拟机两个层面上的操作指令执行行为完全一致，虽然受时间因素影响，虚拟机层面的指令执行速度相对较慢，但并不会就此影响到执行行为。而高性能特征为，管理人员将基于机房硬件设施和虚拟机管理器向系统程序下达并执行控制指令，指令的下达、执行效果并不会受到外部环境的干扰，使其具备优异的使用性能。

1.3 技术应用价值

在计算机机房管理方面，虚拟化技术的应用价值体现在控制管理成本、改进资源供应方式、增强扩展性与互操作性、满足动态使用需求、保证数据与计算机安全五方面。例如，在控制管理成本方面，既可以通过建立云端架构方式的虚拟化系统来降低计算机机房的前期采购成本，包含显示器在内的云端计算机平均采购价格在2 000 元/套左右，传统计算机采购价格则在3 500～4 000 元/套，且云端计算机的工作效率并不会随着设备使用年限的增加而产生明显变化，实际使用寿命较长。同时，虚拟化技术还将起到减少物理资源数量、自动完成中央管理任务、负载管理自动化、定期清理桌面病毒等作用，计算机机房管理的实际工作量有所减小，客观层面上取得降低机房运营管理成本的效果。

在改进资源供应方式方面，虚拟化技术可以做到对更小单位的资源分配，与传统物理资源分配方式相比，资源单位的划分更为精确，并在运行期间出现崩溃问题后的极短时间内恢复正常运行状态，不会受到操作系统或是硬件设备等因素干扰造成无法及时恢复。

而在满足动态使用需求方面，用户基于虚拟化操作系统，可以在系统运行期间实时对资源部署方案与配置结构加以动态调整，从而满足自身的使用需求，并在不影响使用情况的条件下，下达物理资源删除、改变以及升级等操作指令。

1.4 技术基础框架

在计算机机房管理方面，虚拟化技术体系由上述的桌面、硬件设施、存储以及网络虚拟化技术所组成，各项虚拟化技术的基础框架结构存在差异性。以桌面虚拟化技术的基础框架结构为例，如图1所示，框架结构由四个层级组成，从上到下分别为客户端设备、虚拟客户机、虚拟连接服务器以及虚拟化服务器云。具体如下：其一，客户端设备负责向用户提供直接访问虚拟桌面的渠道，用户通过机房计算机、笔记本电脑等终端设备，登录正确账号密码后可以直接进入虚拟桌面，在性能较为落后的设备上运转程序系统，可以延长硬件设备的实际使用寿命，且在计算机使用期间不会出现网络垃圾。其二，虚拟客户机负责在用户提供的客户机上运行虚拟化软件系统，基于远程连接协议，在软件服务中执行交互操作，以此起到改善用户体验的作用。其三，虚拟连接服务器负责保持用户以及客户端的稳定连接状态，具体表现为采取目录服务验证等多种方法来识别用户真实身份，确定身份无误后向其提供连接服务，由虚拟机接收连接请求。其四，虚拟化服务器云在桌面虚拟化系统中起到核心的管理作用，负责向服务器云导入镜像文件和虚拟磁盘，基于用户使用需求来提供相应的系统服务[3]。

图1 虚拟技术基础框架图

2 虚拟化技术在计算机机房管理中的具体应用

2.1 操作系统中应用

在传统计算机机房管理模式中，为满足使用需求，普遍选择同时配置多种操作系统，由于各个操作系统的操作要点、软件产品版本型号存在明显差异，导致用户在使用期间需要频繁切换多种操作系统，操作流程较为烦琐，容易出现运行瘫痪问题，这也是机房管理期间面临的一项主要问题。

而对虚拟化技术的应用，首先，通过使用虚拟网卡设备以及虚拟交换机，可以在虚拟计算机系统中安装多种操作系统及软件程序，用户将在同台计算机上自由切换各类操作系统，以及保持一定数量应用程序的并存运行状态，消除各类程序系统间的影响，用户直接访问DHCP 服务器、Web 服务器、FTP 服务器等。其次，可以降低对计算机硬件设备的性能要求，控制硬件设备采购成本与运营维护成本，以及减少计算机机房管理活动的工作量。最后，基于虚拟化技术，具备了开展安全防范演示实验的技术条件，在避免计算机设备因遭受网络病毒入侵造成运行瘫痪等严重损失的前提下，用户可以在虚拟机网络环境中模拟网络病毒入侵路径和攻击过程[4]。

2.2 网络实验管理中应用

在网络实验管理场景中，对虚拟化技术的应用，具备了构建虚拟化网络实验模型的条件，用户直接登录网络平台，在虚拟环境中观摩实验过程、执行实验操作，管理人员仅需开展实验预约安排、设备维护保养等基础性工作，这对优化资源配置结构、提高管理效率和消除系统安全风险隐患有着重要的现实意义。与此同时，如果仅采取单一的虚拟化技术，在网络实验管理期间将面临着缺乏过程评价机制、忽视过程管理等问题，进而影响到管理效果。因此，需要在网络实验场景中同时应用到虚拟化技术和电子实验档案技术，电子实验档案本质上是一项具备高度个性化特征的过程信息管理系统，在系统运行期间采取多种媒体方式对实验操作过程中产生的文本、音频、视频图像资料等信息加以收集存储，以此来展示实验过程，起到便于网络实验管理工作开展、增强实验管理活动的交互性及反思性、用户方可通过电子实验档案来参与实验过程、提供在线评价与服务评价功能等多重作用。

为解决传统网络实验管理模式中，管理人员或用户需要分别向各PC 机下达操作指令的问题，简化原本烦琐的操作方式，可选择应用桌面虚拟化技术，采取集中管理方式来取代分散管理方式，将机房内指定数量与编号的PC 机集中至虚拟服务器端，通过服务器端直接向大量PC 机下达实时控制指令，单人同时可管理的客户端数量高达数百上千个。与此同时，操作系统对硬件设备的性能要求较为宽泛，管理人员与用户可以直接使用平板电脑、手机等智能移动设备来承载虚拟桌面环境，或是使用机房内配置的PC 机作为终端设备。例如，在某高校计算机机房中，为满足教学需求，配置三百余台PC 机，安装了多种操作系统与大量应用软件，如果采取传统管理方式，系统软件的安装、调试时间为3～7 天，而对虚拟化技术的应用，系统软件的安装调试时间缩短至5小时。

2.3 维护计算机机房硬件设施场景中应用

在传统计算机机房管理模式中，硬件设施频繁出现运行故障问题的主要原因在于用户频繁切换操作系统，以及同时对多类设备下达操作指令，以此为诱因，引发磁盘受损等问题出现，需要在计算机机房开放期间频繁开展硬件设施维护检修工作，更换全新的磁盘、内存条等装置，导致机房管理工作量和维护成本明显增加[5]。

在这一管理背景下，对虚拟化技术的应用，用户所执行各项操作均在虚拟子系统中进行，实现对BIOS、CPU、内存等设备的独立操作目的，既可以减小硬件设施性能落后对操作指令执行效果造成的影响，同时，在用户长时间使用计算机网络系统，或是控制设备执行较为复杂的操作指令时，凭借虚拟化技术的高性能特征，并不会对软硬件设施造成严重损坏，进而降低设备运行故障出现率，保证操作系统安全、稳定运行，进而在客观层面上达到助力计算机机房管理工作高质量开展的效果。

2.4 计算机机房开放与门禁管理中应用

在计算机机房开放与门禁管理场景中，传统机房管理模式采取人员出入登记的方式，要求用户前往计算机机房使用硬件设备来开展教学工作或是进行实验操作，并由管理人员在机房入口对用户身份进行确认、登记，管理流程较为烦琐，需要配置专职的管理岗位。

虚拟化技术的应用，一方面，可以依托虚拟化系统向一卡通系统开通门禁权限和身份识别功能，在用户进出计算机机房与登录桌面系统时，由感应式装置获取IC 卡中存储的代码信息，即可快速识别用户身份，根据用户权限等级判定是否执行门禁机启动操作，并将用户访问信息自动上传至计算机机房管理系统，便于管理人员查询、统计，以此来提高管理效率、减少机房管理工作量和控制管理成本；另一方面，基于虚拟化技术建立云计算实验室，用户在进行实验操作时，无需前往计算机机房，可以预先向计算机机房管理系统提交申请，待申请通过后，使用机房外终端设备，点击特定链接来访问虚拟桌面，远程开展实验操作。如此，既可以向用户提供更为便捷的服务体验，提高计算机机房硬件设施的实际使用率，同时，还可以在计算机机房开放时间段以外的时间向用户提供计算机实验服务，减少硬件设施的空置时间，提高实际利用率。