高校云计算实验室虚拟化解决方案探究

高校云计算实验室虚拟化解决方案探究 作者简介作者简介：柏忠贤（1985-），男，硕士，浙江传媒学院教育技术中心助理实验师，研究方向为数字化学习；崔纯（1987-），女，硕士，浙江传媒学院国际交流与合作处研究实习员，研究方向为翻译学理论与实践；张健（1985-），男，硕士，浙江传媒学院音乐学院助理工程师，研究方向为网络教育应用。0引言 近年来，云计算引起了社会广泛关注，Gartner公司2008年曾指出云计算的影响将不亚于电子商务。它将改变用户使用计算机和互联网的方式。云计算带来了信息存储和应用程序运行的巨大变化，用户可以访问世界上任何地方的所有应用程序和文件，从桌面的限制中解放出来，方便用户成员之间的合作。教育部于 2012 年 3 月发布的教育信息化十年发展规划（2011-2020 年）中，明确提出建设国家教育云基础平台，要求充分整合和利用各级各类教育机构的信息基础设施， 建设覆盖全国、分布合理、开放开源的基础云环境，建立云基础平台、 云资源平台和云教育管理服务平台。 本文探讨利用云计算的技术优势，将云计算技术融入高校实验室建设，为高校云计算实验室建设提供参考。 务数据集中管理，并在信息系统中有序、高效运行，通过数据共享与业务协同，提升企业管理水平。 然而，信息化部门的主要职责是做好服务与保障工作，为企业核心战略的实现提供工具和手段。定位明确是信息化部门的首要工作，为更好地履行信息化部门职责和完成信息化人的光荣使命，应科学统筹速度、成本与质量三者间的关系。 参考文献参考文献： 1梁敏.信息化和信息安全上升为国家战略EB/OL./Information/Industry/News/3227/322778.htm，2014?03?10 2崔小花.管理提升央企先行J.企业文明，2013(5)：39?40. 责任编辑（责任编辑：孙娟） 英文标题 Study on Competition of Velocity，Cost and Quality of Enterprise Informationization Construction 英文摘要Abstract:In the constructive process of enterprise informationization, velocity, cost and quality are mutually both constrained and promoted, and form a triangle relation. Cost is not surely low if we want high construction velocity and good quality; Quality cannot be guaranteed if we want high construction velocity and low cost; Velocity is very slow if we want good quality and low cost. In this paper, the correlations among these three factors are described , and some measures are given to make a balance among these three factors. 英文关键词Key Words: Informationization; Velocity; Cost; Quality1云计算和虚拟化 1.1云计算定义 目前，业界对云计算有多种定义，如表1所示。可以看出，其核心是IT基础设施和应用程序，以可伸缩的方式作为服务提供给用户。基于上述定义，云计算主要包括以下要点：是一种新的计算模式；基础设施资源（硬件、存储和系统软件）和应用；云的主要特点是虚拟化和动态可扩展性需求；通过效用计算和SaaS提供一种集成的方式；云服务使用需要通过Web浏览器或经过定义的API进行。 表1云计算的定义 来源定义Gartner一种计算方式，使用互联网技术给多个外部客户提供大规模可扩展的IT相关的服务IDC部署和交付模式，在互联网上实现实时的产品、服务和解决方案交付The 451 Group结合IT交付的一般组织原则的基础设施组件、服务模型。结合网格计算、虚拟化、效用计算、托管和软件等服务的建筑方法和经济模型Merrill Lynch一种从中央服务器得到个人（如电子邮件、文字处理、简报）和企业（如销售队伍自动化、客户服务、会计）的生产力应用程序的思想1.2虚拟化定义 虚拟化广义上是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行。运用虚拟化技术可以扩大硬件容量，简化软件重新配置过程。CPU的虚拟化技术可以单CPU模拟多CPU并行计算，允许一个平台同时运行多个操作系统，并且应用程序可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。 2高校实验室建设中存在的问题 （1）硬件设备故障频发。通常台式计算机使用寿命为3年，高校实验室公用计算机使用机时长，使用频率高，设备折旧快。随着数字教学需求的增加，软件更新速度不断加快。如果逐个终端分别更新硬件和预装软件，不仅耗费大量人工，还可能面临现有PC内存不足的困境。 （2）安全性差。高校实验室计算机属共用，各种USB外接设备的上传和拷贝会增加病毒感染的概率，访问行为难以追踪和控制，简单安装杀毒软件难以做到全面安全管理。 （3）资源利用率不高。数据中心服务器数量众多，为保证应用运行安全可靠，一般每种应用系统单独配备一台服务器，不仅造成服务器资源浪费，同时造成能耗浪费。 （4）运维效率低下。随着实验室电脑数量增加、使用人员增多，传统PC部署后续运营维护耗费大量人力，如系统升级、查杀病毒、应用更新会增加管理难度。 （5）教学内容单一。缺少高校间资源共享平台，课件更新速度慢、播放效果差，制约了优质教学资源的共享，资源交互性差。 3云计算实验室架构 云计算包括不同的IT元素，即基础设施、平台和软件。这也可以被称为云计算的不同的“形状”、“分类”、“风格”、“类型”、“水平”或“层次”。IT资源或能力作为一种服务交付是云计算的一个重要特征，云计算架构层（见图1）可分为：基础设施即服务(IaaS)。由底层的硬件或虚拟机资源构成，提供计算、数据存储和网络通讯等资源；平台即服务（PaaS）。构建在云基础设施之上，为云应用程序开发者提供一个平台开发各种云应用软件；软件即服务（SaaS），基于云平台开发的各类应用服务。 图1云计算三层架构 基础设施层是虚拟化后硬件资源和相关管理功能的集合。通过虚拟化技术对物理资源进行抽象，实现内部流程自动化和资源管理优化，从而向外部提供动态、灵活的基础设施服务；平台层介于基础设施层和应用层之间，是通用性和可复用性的软件资源的集合，为运营提供开发、运行、管理和监控环境，满足可伸缩性、可用性和安全性等方面的要求；应用层是云中应用软件的集合，其应用构建在基础设施层提供的资源和平台层提供的环境之上，通过网络交付给用户。部分应用不需要为上述3个层次都提供服务，可以只向某个层面交付。根据云计算的架构体系和高校云计算实验室的特征，本文从服务器虚拟化、桌面虚拟化和应用虚拟化3个层面探讨高校云计算实验室虚拟化解决方案。 4云计算实验室虚拟化解决方案 4.1服务器虚拟化解决方案 由于信息存储量快速增长、师生访问量日益增加，以及使用者对信息服务依赖性增强、访问地点不固定，高校数据中心IT系统从建设、运营到维护越来越复杂，运营维护成本显著上升，安全隐患日益增多，管理难度日益加大。 服务器虚拟化使得单一物理服务器上可以运行多个虚拟机，通过硬件资源抽象（包括虚拟处理器、虚拟内存、虚拟外设和虚拟存储等），在提高服务器资源利用率、降低IT系统部署复杂度、降低预算支出以及节约能耗等方面均体现出其优势，还为虚拟机运行提供了良好的隔离环境和安全策略，可确保虚拟机运行及信息共享安全，如图2所示。 图2服务器虚拟化架构 （1）提升资源利用率。当前大多数数据中心出于安全和性能考虑，一台服务器上只能运行一个应用，服务器CPU使用率普遍较低。通过服务器虚拟化技术，提高利用率，通过虚拟化技术的隔离性措施保证原有服务的可用性。 （2）动态分配资源。迁移技术可实现CPU、内存、存储空间、网络资源的实时迁移，通过软件调整API，根据虚拟机内部资源使用情况灵活分配资源。 (3)加速应用部署。传统的数据中心部署包括购置物理机、安装操作系统、安装中间件、安装应用、配置、测试盒运行等，耗时十几个小时甚至几天；而虚拟化技术可将其缩短到几分钟，只需部署一个模板性的操作系统和应用程序的虚拟机，不需要逐台终端进行人工作业，通过服务器虚拟化完成快速克隆，此后系统升级或软件更新时只需更新模板。 （4）提高应用兼容性。现有数据中心大量应用在互不兼容的环境中运行，开发商需要考虑硬件平台、操作系统、中间件等环境，增加了管理和维护难度。采用服务器虚拟化技术后，只需将构建的应用版本发布到不同类型的平台上，而不需要根据底层环境的变化频繁调整应用。 （5）降低运营成本。数据中心成本分为两部分，一部分是采购成本，包括硬件购买、软件、许可证和服务等；另一部分是运行过程中的维护成本，包括设施维护和人工成本。服务器虚拟化不仅在初期节省大量硬件的初始采购成本，后期系统管理员可摆脱大量与物理服务器和操作系统相关的管理工作，而更加专注于业务系统本身的功能开发和维护。 （6）提高服务可用性。通过动态迁移、HA等技术手段，确保所有业务都能够获得可用性和业务连续性，即便某个虚拟机或某物理服务器出现问题，系统也能立即感知，并将业务系统迅速切换到备份服务器的虚拟机上运行，从而保证业务系统不中断。 4.2桌面虚拟化解决方案。 云桌面将众多物理资源集中到后台数据中心，以便管理者对大量主机、虚拟机以及成千上百个终端进行统一认证、统一管理，可以更为灵活地调配资源。可构建统一的桌面云平台，提供虚拟机运行环境，为平台上运行的虚拟机配备完整的虚拟硬件环境，同时赋予操作系统诸多特性，如资源共享、统一管理、系统隔离等，从而实现操作系统与物理机分离，即一台物理机上可以同时安装多个操作系统，而多个操作系统间互不影响，可以同时运行。此服务模式不仅适用于同一校区不同教学点的信息共享，也适用于不同校区远程模式下教学资源传输和教务办公，如图3所示。 图3桌面虚拟化架构 （1）灵活选择桌面。终端用户可以随时随地用各种终端设备访问自己专属的桌面，获得统一的桌面体验，支持多种外设。可选择操作系统包括Andriod、iOS、Windows7/8和Linux等。 （2）快速安装部署。简化传统的高校实验室部署环节，省去硬件设备采购和软件产品逐台安装及调试的日常事项，几分钟就能部署上百个桌面操作系统和应用程序。 （3）简化管理维护。运行时无需花费太多精力用于逐个桌面的查杀病毒和补丁升级，管理员通过后台管理工具的管理功能就可对虚拟桌面统一升级，统一管理。 （4）负载均衡、灵活配置。具有桌面和应用负载均衡功能，用户可以按需获取桌面，按需付费、节省预算，满足不同业务需求。 （5）快照备份。在虚拟化中，桌面被保存成单独的虚拟机，通过对虚拟机进行快照、备份，可以对用户桌面进行快照和备份。当桌面环境遇到攻击或重大操作失误时，后台管理工具端可提供母镜像和快照功能恢复保存的备份。 4.3应用虚拟化解决方案 从技术层面来看，应用虚拟化为应用程序提供了虚拟运行环境和可执行文件，将应用对底层系统和硬件的依赖抽象出来。在本地虚拟化环境中，应用程序屏蔽了底层可能与其它应用产生冲突的内容（如动态链接等），简化了应用程序的部署升级，管理员只需更新虚拟环境中应用程序的副本并将其发布出去，无需处理每台设备的不兼容情况。程序不安装在本地硬盘，而是从中央服务器下载，运行在本地的虚拟化环境中。关闭应用程序后，本地没有保存。应用虚拟化架构如图4所示。 图4应用虚拟化架构 （1）安全策略。通过应用虚拟化，应用全部在服务器端运行，以虚拟化的方式与客户端交互。在虚拟机上运行并交付的应用与本地计算逻辑相隔离，同时本地客户端操作是通过CLIP协议传输到服务器端，包括应用界面、鼠标信息、USB接口、打印机外设及视频和音频的输入输出。服务器端为用户开设独立的会话空间进行逻辑计算后将应用程序传输给客户端，从而使用户获得如同本地的体验效果。 （2）集群部署，免终端安装。数据中心安装应用虚拟化软件，所有应用部署在远端服务器上，统一发布，统一交付，免去终端安装。 （3）按需交付。从用户体验来说，应用虚拟化可以按照用户的不同需求，将部分或全部应用传送到客户端，不同于传统桌面的被动体验，将个性化需求和按需分配完美结合起来，用户可以方便地得到所需的应用，使用起来更加简洁、高效。 （4）跨系统发布。应用虚拟化实现了应用程序与操作系统的耦合，远端服务器为应用程序提供所需的虚拟运行环境，提供跨系统应用。 5结语 信息技术带来软件更新速度加快，对硬件要求也越来越高，一定程度上导