基于云和虚拟化技术实验平台的构建

骆珍仪（韶关学院 信息科学与工程学院，广东 韶关512005）

基于云和虚拟化技术实验平台的构建

骆珍仪
（韶关学院 信息科学与工程学院，广东 韶关512005）

为了提高高校实验室硬件资源的利用率，进一步完善数据中心建设，引入云和虚拟化技术构建高校实验室教学平台，并提出了基于VMWare虚拟化技术的云实验室平台的解决方案.利用虚拟化技术特点，逐步逐批落实桌面虚拟化的运用，简化计算机维护流程，提高管理效率，同时积极探索桌面虚拟化运用在教室功能扩展、实验环境扩展等业务方面的应用.

云计算；虚拟化；实验平台；VMWare

云计算和虚拟化技术的发展，给高校的教育和教育管理模式带来了巨大的变革.云和虚拟化技术实验综合平台的构建，加强资源化整合和虚拟化、云计算的应用，增强数字化教学与学习能力，扩大数字化校园的应用规模，进一步推动学校数字化校园的发展.

虚拟化是指计算元件在虚拟的基础上而不是在真实的基础上运行，是一个为了简化管理，优化资源的解决方案［1］.虚拟化技术可以简化软件的重新配置过程，扩大硬件的容量.对于高校建设最大的开支是教学硬件设施的投入，特别是教学机房的建设.硬件设施采购建设后，软件的安装和实用大量软件，计算机软、硬件跟不上教学的发展，往往成为了难题.利用虚拟化的技术特点，可以解决教学机房的这些突出问题.

云计算则是基于云计算商业模式应用的网络技术、信息技术、整合技术、管理技术、管理平台技术、应用技术等总称.数据标准化将是教育大数据融合的基础，未来以大数据为基础，全新教育云计算模式和以学生为中心的云终端在线学习将贯穿家庭、宿舍和学校.

1　虚拟化

虚拟化本质上是对物理资源进行封装以屏蔽软硬件资源的差异性.美国国家仪器公司1986年提出虚拟仪器（virtual Instruments）的概念.1989年，美国的William Wolf教授又提出了虚拟实验室（Virtual laboratory）的概念，用来描述一个网络化的虚拟实验室环境.有了虚拟化技术，用户可以动态启用虚拟服务.为了迅速应对数据中心不断变化的需求，充分发挥物理服务器的计算潜能可以运行多个虚拟机.

高校实验室中虚拟化技术为计算机实践教学提供了一种更为便捷的途径，充分挖掘了现有设备的潜力，减少了对实验设备建设的投资，减少设备的损坏和维护的工作，学生课内完成不了的工作，还可以课下在个人计算机上继续进行.

高校实验室中虚拟化技术主要是以桌面虚拟化和服务器虚拟化为主，而存储虚拟化不是必须的［2］.

（1）桌面虚拟化.桌面虚拟化是指将计算机的桌面进行虚拟化，用户对桌面的访问不被限制具体时间、具体地点、具体设备，更广泛与简便终端设备支持，并具有维护便利、速度快、布置灵活等特点［3］.高校实验室的桌面虚拟化主要用于计算机公共课、信息类专业的专业基础课和大部分专业课.对桌面的操作系统进行优化和虚拟化是桌面虚拟化技术的关键和核心部分.桌面系统的远程动态访问和数据中心的统一托管的实现都是桌面虚拟化技术的支持下完成的.

（2）服务器虚拟化.服务器虚拟化是指在一个硬件平台上模拟多个独立和真实硬件指令集结构相同的虚拟硬件系统.实验室的服务器虚拟化通常使用虚拟机.所谓虚拟机就是用软件方式创建一个虚拟的计算机硬件系统环境，并可以在这个虚拟环境下安装各种常见的各种操作系统及各种软件.在高校实验室中，服务器虚拟化技术主要用于需要虚拟服务器的信息类专业课.在高校实验室中，以下的实验常使用服务器虚拟化技术：建立虚拟的网络服务器，搭建虚拟的服务器集群、虚拟的网络安全实验环境［4］、虚拟的网络攻防实验环境等.

2　云计算平台总体设计

基础架构平台虚拟化是实现教育私有云建设的基础和关键，上层的应用支撑和业务服务都要依赖与基础架构平台，以满足资源可靠性、可用性及可服务性需求.基础架构平台进行虚拟化设计后，可将韶关学院数据中心的服务器、存储、网络等硬件层设备形成计算资源池、存储资源池和网络资源池.

韶关学院云计算中心的架构规划和设计遵从云计算的标准设计模式，包括基础架构平台IaaS、应用支撑平台PaaS和业务服务平台SaaS 3层的设计［5］.

图1　韶关学院云计算中心整体架构

（1）基础架构平台（IaaS）.基础架构平台是韶关学院云计算中心的一个关键，上面的应用支撑平台和业务服务平台的资源弹性和调配能力都要依赖与基础架构平台，更重要的是要满足两个平台的可靠性、可用性及可服务性的需求.

在基础架构平台中，提供资源池服务、资源管理服务、运维管理服务、自主化流程管理服务、虚拟化桌面服务、安全防护服务、计费管理等，主要包括服务器、存储、交换机、虚拟化软件等.

（2）应用支撑平台（PaaS）.在韶关学院云计算中心的PaaS层的技术上从数据管理平台和应用支撑平台两个角度去实现.数据管理平台要充分考虑到现有用户已使用的数据库技术，以及未来云计算数据管理技术的发展方向.应用支撑平台提供校园科研及其它应用的开发与运行服务以及数据管理服务等，为韶关学院科研规划及企业应用开展提供接口扩展平台.这两个平台都要都要充分利用基础架构层的弹性资源优势，为应用运行和数据分析提供可靠的、弹性的、动态的资源访问.

（3）业务服务平台（SaaS）.在业务服务层提供数字化校园应用及企业行业应用，这些应用运行在应用支撑平台，数据管理平台为其提供数据服务.在业务访问层提供支持多种访问模式的统一门户，用户可以通过传统PC机的浏览器，或者通过笔记本、手机、iPad等使用教育云的业务系统.

3　关键技术的实现

为了满足人才培养过程中的实验与实践要求，构建基于云和虚拟化技术实验平台.通过虚拟化技术对现有的硬件资源进行整合，实现基于云技术的虚拟桌面的建设，将可实现通过校内、校外网络进行访问，在机房和学生宿舍通过电脑安装软件就可以访问虚拟化个人桌面，用户可以通过电脑、瘦客户机、平板电脑、智能收集等多种方式访问电脑机房桌面.根据学院信息发展需要，实现整个计算中心环境快速、在线、弹性的扩容.

3.1云计算实验平台的架构及环境部署

韶关学院的总体构架是采用标准的数据中心构架，部署16台刀片服务器（见图2）［6］.每台服务器上布署VMware的虚拟化系统，前端采用万/千兆以太网，通过数据中心交换机接入到韶关学院校园网.存储系统使用2台融合存储，一台存储采用高容量设计，另外一台存储为提升性能.虚拟化系统则采用vSphere最先版本的企业加强版，并配制计费计量和用户自主服务的基本服务管理功能的软件系统，以及系统监控、统计和多种虚拟化平台管理的云资源管理功能.每个物理服务器上安装基于祼金属构架的底层虚拟化系统，将本台物理服务器进行虚拟化，生成多个虚拟机，承载原有安装在每台服务器上的业务.每一个虚拟机，从功能、性能和操作方式上，等同于传统的单台物理服务器，部份虚拟机在性能上优于原单台的服务器需求.交换机则考虑使用3块万兆级专用刀片服务器交换模块，处理业务数据、管理数据、vmotion/HA等功能.虚拟桌面终端采用固定桌面配套瘦终端和显示器，移动办公桌面也可使用学院现有的移动办工设备灵活访问.

图2　韶关学院总体数据中心架构

云计算实验平台可以将终端部署在机房环境，实现了集中管理的实验环境，也可以利用校园网或互联网接口，实现开放式、在线化的虚拟实验室，学生可以在宿舍或图书馆进行远程操作或者实验，提高了整个实验平台的易用性和利用性.此外还实现了多维度、统一的管理功能.

3.2实现虚拟桌面的关键技术

在韶关学院各传统电脑机房桌面中心中，以传统的桌面的信息化应用模式，具有缺乏移动性、管理维护难度大、使用成本高等缺点.韶关学院机房本次虚拟桌面终端解决方案中，采用业内最主流的架构与部署方式.基于底层的硬件资源和中间层的虚拟化软件，通过上层的桌面终端虚拟化应用软件，为终端用户提供虚拟桌面交付模式.

虚拟桌面解决方案中在技术构架方面，主要有3类核心组件构成了桌面终端虚拟化中虚拟桌面解决方案的基础.

（1）虚拟化服务器和支撑基础资源.虚拟桌面解决方案通过虚拟化服务器，进行虚拟桌面的创建、删除、迁移等管理功能.虚拟化服务器是虚拟桌面的载体.如果虚拟化服务器出现问题，整个虚拟桌面解决方案就会处于运行瘫痪的状态.同时，虚拟化服务器的正常运行，也离不开它依托的底层支撑基础资源.这类支撑基础资源是整个虚拟桌面解决方案中最底层的组件

（2）虚拟桌面实例.虚拟桌面实例就是运行在底层虚拟化服务器上的一个个虚拟机，桌面终端虚拟化中的虚拟桌面解决方案就是以虚拟机作为资源粒度为终端用户交付虚拟桌面的.运行在虚拟化服务器上的一个个虚拟桌面实例共享了虚拟化服务器自身的计算资源和其所挂载的存储和网络资源.对于虚拟桌面解决方案来说，虚拟桌面实例所对应的操作系统区别于服务器整合虚拟化解决方案中虚拟机服务器所对应的操作系统.在虚拟桌面解决方案中，虚拟桌面实例所对应的操作系统主要是轻量级的个人用户操作系统.它的目标是为用户提供简易、方便的办公和娱乐功能.

（3）Connection Broker组件.这是韶关学院虚拟桌面解决方案中非常核心的一个功能组件.对于虚拟化服务器来说，它为虚拟桌面解决方案提供了虚拟化引擎；对于虚拟桌面实例来说，它为终端用户提供了办公和娱乐功能，以及相应的连接方式——远程桌面终端.简单来说，对于Connection Broker组件，它提供了桌面终端虚拟化中一系列不同的功能.这些功能，对于不同的虚拟桌面解决方案产品，会有所不同.但对于不同虚拟桌面解决方案产品中的Connection Broker组件，它们提供的基本功能是相同的.这些基本功能包括了：对于终端用户的认证和管理；对于虚拟桌面实例电源状态的管理（关机、重启、开机等）；对于虚拟桌面实例和终端用户之间的连接管理（断开，注销等）；对于虚拟桌面实例和终端用户的关系映射管理等.

本次方案设计，采用的虚拟化服务器产品为虚拟平台系统公司的vSphere产品，目前全球服务器虚拟化有超过85%采用的是该产品；采用虚拟平台系统公司的作为整个桌面终端的方案架构.通过构桌面终端云，可为韶关学院提供数百个并发的虚拟桌面，实现可靠、稳定、安全、绿色的终端应用环境.

4　结　语

云实验平台为解决资源不均衡和利用率低等问题，提供了重要技术手段.实现了网络服务的无缝迁移和实时备份，大幅度提高了业务的连贯性.借助虚拟化技术和云计算技术，打破原有的实验管理模式，提高资源利用率，降低运营成本.

虚拟化技术能够提高IT效率、节省成本，今年来多所高校实验室也试着开始在一些非关键应用、开发测试系统上部署了虚拟化技术.但虚拟化环境的管理复杂性大，成为了虚拟化应用的一个瓶颈.

高校实验室虚拟化的采用可能只是为了提高系统运行速度，还没完全建立虚拟化相关的资源使用制度.短期不受限制的创建虚拟机可能对系统影响不大，但虚拟机蔓生的现象会对系统造成沉重的负担，甚至会超出云平台的承受范围.

［1］吴朱华.云计算核心技术剖析［M］.北京：人民邮电出版社，2011.

［2］丁佐杉，满喜东，许新房.服务器虚拟化部署研究与分析［J］.计算机光盘软件与应用；2012（5）：43-44

［3］赫斯，纽曼.虚拟化技术实战［M］.北京：人民邮电出版社，2012.

［4］谢垂益，钟红君.基于虚拟环境的网络安全实验教学探索［J］.电脑知识与技术，2013，9（22）：5105-5107.

［5］邓倩妮，陈全.云计算及其关键技术［J］.高性能计算发展与应用，2009，26（1）：2-6.

［6］孔燚.云计算在高校计算机实验室建设管理中的应用［J］.中国教育技术备，2013（12）：28-29.

Cloud and Virtualization Technologies Experimental Platform Construction

LUO Zhen-yi
（College of Information Science and Engineering，Shaoguan University，Shaoguan 512005，Guangdong，China）

In order to improve the utilization of hardware resource of the university laboratory，it will further improve the construction of data center.Introducing cloud and virtualization technology to construct Shaoguan University laboratory teaching platform，the paper put forward solutions to the cloud laboratory platform based on VMWare virtualization technology.Using virtualization technology characteristics，it gradually implements the use of desktop virtualization to simplify the computer maintenance process and improves the efficiency of management.At the same time，it actively explored the application of desktop virtualization such as the classroom function extensions，the experiment environment extensions and other business applications.

cloud computing；virtualization；experimental platform；VMWare

TP311

A

1007-5348（2016）06-0019-05

（责任编辑：欧恺）

2016-03-22

骆珍仪（1977-），女，广东广州人，韶关学院信息科学与工程学院实验师，硕士；研究方向：云计算，数据挖掘.