虚拟化技术在高校网络建设中的应用

摘　要：文章从高校网络建设中现存的主要问题出发，介绍了虚拟化技术的基本概念。并在此基础上结合高校网络应用的实际，提出了在网络建设中服务器虚拟化、桌面虚拟化和存储虚拟化的应用。

关键词：虚拟化；高校；网络建设
1、高校网络中心运维的主要问题
　　近几年来，随着高校信息化建设工作的逐步完善，校园网内各种应用服务越来越多，每个应用服务几乎都要配置独立的服务器，致使网络中心服务器的数量逐年增多。这些服务器不仅系统资源的整体利用率比较低，数据备份困难，而且管理成本也在逐步攀升，给服务器地运行和维护工作带来了严峻的考验。
　　这些由服务器数量增加而引发运行和维护上的问题主要有：
　　（1）运维效率低。在中心机房每个服务器都单独运行其相关的服务，管理人员要对每个物理服务器进行单独地维护，这可能让系统管理人员把大量的时间和精力都用在上面。而且服务器硬件设备的多样性还导致问题系统的恢复需要较长时间。
　　（2）硬件资源的利用率比较低。多数服务器大量的时间都在空转状态，等待用户地使用。有资料统计其真正工作时间只占总运行时间的15%左右。但是中心机房的电力、制冷系统、机房有限的空间却被这数量众多的服务器大量占用。
　　（3）多机数据管理不易。应用分布于不同的物理服务器中，且这些服务器从硬件平台到系统平台都不是统一的。这致使在多个服务器之间进行数据地管理与维护，成为一个非常繁重的工作。
　　针对以上这些问题，作为校园网络地建设与维护者，我们应考虑如何把服务、应用与硬件平台、系统平台整合起来，做到统一集中管理。现在虚拟化技术的出现为校园网各种应用和服务统一部署提供了一种新的解决方案。
2、虚拟化技术介绍
　　在计算机科学中，虚拟化（Virtualization）是一个表现逻辑群组或电脑资源的子集的进程，用户可以用比原本的组态更好的方式来存取这些进程。这些资源的新虚拟部分是不受现有资源的架设方式，地域或物理组态所限制。
　　虚拟化技术其实是把原有的不在同一物理实体上的各种运用，整合到同一环境中。这样就可以在虚拟的同构体中，实现统一管理。现在比较成熟的虚拟化技术对高校校园网络运用来说，主要可以通过以下三类来进行。
　　（1）服务器虚拟化。服务器虚拟化（Server Virtualization）是将服务器的物理资源抽象为逻辑资源，这样就可以让一台物理服务器变成好几台逻辑上相互隔离的虚拟服务器；或者把几台物理服务器变成一台逻辑服务器来用，让应用不再受物理的限制。这样把CPU和内存等硬件变成可以动态管理的“资源池”，从而提高硬件资源的利用效率，减轻了管理人员对系统管理的负担，实现服务器的整合。
　　（2）桌面虚拟化。桌面虚拟化（Desktop virtualization）是一种基于服务器的计算模型，并借用了传统的瘦客户端模型，但是让管理员与用户能够同时获得两种方式的优点：将所有桌面虚拟机在数据中心进行托管并统一管理；同时用户能够获得完整PC的使用体验。用户可以通过瘦客户端，或者类似的设备在局域网或者远程访问获得与传统PC一致的用户体验。
　　（3）存储虚拟化。存储虚拟化 (Storage Virtualization)就是把多个存储介质模块(如硬盘、RAID)通过一定的手段集中管理起来，所有的存储模块在一个存储池中得到统一管理。这种可以将多种、多个存储设备统一管理起来，为使用者提供大容量、高数据传输性能的存储系统，就称之为虚拟存储。
3、虚拟化技术在高校网络建设中的应用
　　3.1服务器虚拟化在中心机房中的应用
　　采用服务器虚拟化技术，可以将原来的多个服务器中多个应用，依据服务类型的不同，整合为一个统一的服务资源池。这样可以集中的分配整合到的资源，根据各种服务对CPU和内存的不同需求组成多个逻辑上相互独立的服务器。和现实中的物理服务器一样，我们可以对这些服务器进行各种操作。安装几乎现在所能见到的任何操作系统在这些虚拟机上，并且能够做到，不同类型、不同版本的多个系统同存。这些虚机上的各个操作系统以及其上的服务软件，可以各自独立的向外提供服务。
　　我们可以将学校中原来在多个服务器上存放的WEB服务、各院系的主页、学生实验用的个人空间等，都整合到一台物理服务器中。为每一个应用安装一个逻辑上独立的操作系统，将其应用服务置于其中。这样既节省了服务器，又解决了原来在一个操作系统上用虚拟目录方法建立子网站的安全与稳定问题。
　　由于在虚拟系统上多个操作系统共享硬件资源，所以当系统发现其中一个虚机（操作系统）的资源不能满足其应用需求时，可以将其它虚机上的空闲资源重新分配过去，满足其运行要求。服务器虚拟化技术不仅能够在各个业务之间调节资源，而且大大的提高了硬件资源的利用率。这不管是对高校中的众多服务器的利用，还是对种类多样的教学服务的需求都能得到满足，解决了空间与资源的问题。
　　3.2桌面虚拟化在建设多媒体教室中的应用
　　以前，我们在多媒体教室建设中积累了数量众多的PC，但是这些PC随着计算机硬件地更新换代，旧硬件地制约变的越来越明显了。现在可以应用桌面虚拟化技术，将以前的老旧PC与网络中心的虚拟化服务器结合起来，为学生提供一种全新的终端体验。
　　VMware View、Virtual Box等都可以为桌面虚拟化提供可靠方案。在中心机房中可以将一台或多台大内存多路服务器整合起来，提供一个统一硬件平台，安装虚拟服务端及管理服务端。然后在多媒体教室的低端PC或瘦客户机上使用虚拟机客户端软件，或直接用浏览器登陆到服务器上，远程的使用服务器端的操作系统。
　　由于桌面虚拟化技术对用户使用与系统管理工作进行了有效地整合，用户可以自主选择在自己的电脑上运行多个操作系统，并能够从任何位置和设备上访问托管的桌面。学生和老师可以在能够上网的任何地方学习和进行教学相关地活动。桌面虚拟化技术支持终端设备的多元性，使得校园的教学资源数字化建设与整合变得更轻松，真正做到了有网络处即是校园。
　　3.3存储虚拟化在数据中心建设中的应用
　　高校多年的信息化建设，各种应用服务越来越多，每一个应用基本上都要有一个物理服务器。这样使各种类型的服务器也越来越多，但是各个服务器上的存储容量却得不到充分的利用。通过虚拟化技术，将原来的多个服务器 的存储系统整合到一起，形成一个大的存储资源池。虚拟机系统对资源池进行统一管理，依据不同的业务对存储的不同需求来分配存储的占有量。它不但可以对容量进行调度，而且还可以给不同的访问质量以不同的存取方式。这样既解决了大量的存储浪费的问题，又可以使存储统一管理和分配。
　　视频服务（VOD）和文件传输服务（FTP）等业务对于存储容量的要求较高，可以采用NAS架构方式存储。但应注意的是，不能把多个对磁盘读写要求都较高的服务整合在一台服务器上，应综合考虑，合理分配虚机的存储资源。同样要重视的是学校中的要求高速运算的服务、计费统计服务和Email系统等，这些服务都对存储系统的访问速度有一定的要求。可以采用光纤通道的存储局域网络（FC SAN）的架构来实现。由于FC SAN采用光纤介质，所以其不但能提供高速可靠的数据传输，而且还可通过聚集技术和负载均衡提供更大存取带宽。
　　高校中还有一些其它的应用服务，如财务管理系统、学生学籍管理系统、教务管理系统等，这些应用服务平时访问量不大，对存储的容量和速度要求也不高。可以采用在虚拟机支持之下IP SAN架构，这种形式可以尽可能少的变更网络已有结构，使用以前网络中的主要交换设备，就可以集成现有系统中的多数存储资源。解决高校多种应用服务中，重要但不常用的存储需求问题。
4、结束语
　　虚拟化技术的出现依赖于计算机硬件技术的突飞猛进，使单个计算机在完成独立业务服务时有大量富裕的资源，使用虚拟化技术可以将多个应用在一台服务器完成；同样随着复杂计算和海量存储的出现，单个计算机无法快速完成的运算和存储任务，可以使用虚拟化技术将多个物理服务器集成在一起，共同分担运算和存储任务。这不但提高了硬件的利用率，还解决了以前不可能完成的任务。
　　近年来，中文版的VMware，微软虚拟化系统软件的出现，使各种虚拟化技术在高校中应用越来越广泛。其在技术上的可用性和稳定性也逐渐被用户所接受。高校校园网络在建设中应把虚拟化技术地使用，作为重点考虑的对象。因为它不但能在建设投入上节省大量资金，而且在能在管理和服务上为我们展现全新的体验。
参考文献：
　　何禹.虚拟化技术在校园网数据中心的应用.电子科技大学学报.2007(6)