虚拟化与云计算课程

1、Virtualization and cloud computing technologies in the universitys strengths and prospects of application *Abstract: There is no doubt, virtualization and cloud computing in todays information technology development as the main direction of development, will bring a new technological revolution and

2、opportunities. Virtualization and cloud computing with all the strengths and future development strategy, both from major universities and technical personnel to develop the perspective of the future, or to improve their information system architecture point of view, should be opened as soon as poss

3、ible virtualization and cloud computing curriculum and expand the research on this technology, but should be gradually replaced with new technology ideas to transform, add the existing campus information infrastructure, for those interested in learning this technology, students create a platform, wh

4、ile also improving their own operational efficiency and resource utilization. This paper will focus on virtualization and cloud computing technologies and the advantages of the various needs of colleges and universities on the fit to do some analysis, and preliminary ideas will try to build a new cl

5、oud computing centers and colleges and universities for the transformation of existing infrastructure and re-use solution.Key words:cloud computing virtual university program change摘要：毫无疑问，虚拟化与云计算技术作为当今信息技术发展的主要发展方向，必将带来一轮新的技术革 命和机遇。结合虚拟化与云计算的种种优势与未来的发展战略，各大高校无论是从培养未来技术人才的角度 出发，还是为了提高自身信息系统结构的来看，都应该

6、尽快地开设虚拟化与云计算的课程并展开对这一技术 的研究，同时应逐步用新的技术观点来改造、添加校园中现有的信息基础设施，为有志于学习这方面技术的 学生打造平台的同时也提高了自身的运作效率和资源的利用率。本文将着重对虚拟化与云计算技术的优势与 高校各方面的需求上的契合做一定的剖析，同时会提出初步的构想尝试建设新的高校云计算中心和对现有基 础设施的改造和再利用的解决方案。关键词：虚拟化云计算变革高校方案虚拟化是表示计算机资源的抽象方法，通过虚拟化可以用与访问抽象前资源一直的方法访问抽象后的资 源。这种资源的抽象方法并不受实现、地理位置或底层资源的物理配置的限制。现如今的虚拟化技术经过多 年的发展巳经

7、比较成熟，其中主要涉及基础设施虚拟化、系统虚拟化、软件虚拟化等。虚拟化技术在服务器 上的应用巳经比较广泛，世界500强企业几乎都采用了虚拟化技术来构建自己的数据中心，而天津大学也也 在服务器、存储、交换机等方面与思科、NetApp、曙光、瞻博网络等厂商两手打造虚拟化数据中心；结合芯片和硬件、面向服务架构(SOA)、Web 2.0等技术的中国云汁垸困备市场期楞云布制(2009-2014i惠普云计算解决方案中心、国家级云计算产业总部均巳落户天而云计算技术是在虚拟化技术的基础之上， 发展而产生的一种共享的网络交付信息服务 的模式。硬件和软件都是资源并被封装为服 务，云服务的使用者看到的只有服务本身，

8、 而不用关心相关基础设施的具体实现。目前 云计算产业正处于告诉发展阶段，各大 IT 厂商如IBM、Vmware、结合芯片和硬件、面向服务架构(SOA)、Web 2.0等技术的中国云汁垸困备市场期楞云布制(2009-2014i惠普云计算解决方案中心、国家级云计算产业总部均巳落户天1现阶段高校信息服务的特点和存在问题高校信息服务应用主要集中在以下几个方面：一般性信息服务需求：主要是传统的接入Internet服务，如电子邮件、校级、院级以及各部门 信息网站及管理系统、教职工工资系统等；数字化教学应用：主要是与教学有关的如上课时的PPT、视频展示，以及具体软件的使用和展示；课程相关资源、作业要求的发布

9、于作业的提交；学生需要上机亲自实践完成的作业；学期初的课程选择与统一调配等；各种网上的课程学习系统及远程网络教育系统；科研大规模计算：主要来自于与科学研究项目的并行计算与网格计算方面。现阶段高校信息服务应用系统中存在的不足：一般性信息服务需求：硬件方面限制主要集中在高校对外的网络连接带宽方面，而软件方面 主要限制与高校自主研发的邮件系统、管理信息系统和教职工工资系统的功能、UI友好和稳 定性等方面；还有就是各个学院部门均按照自己的需求购买服务器、交换机、PC等硬件产品， 这一方面不利于学校整体硬件方面的统一安排和管理，另一方面也会造成资源上的闲置和浪 费；数字化教学应用：在无保护卡的计算机上，

10、软件的安装、版本的选择不统一且大多比较陈旧，有时会出现 老师或者学生制作的PPT、视频等在目标机上不能播放的情况出现；而在有保护卡的机 器上，则会出现一些需要使用的软件不能安装或是每次重启必须重新安装的情况；课程相关资源的发布与提交方面主要问题在于老师挂载到网上的资源有可能会改变，这 个时候就需要学生手动检查自己手中的版本是不是最新的并且及时更新，这在课程比较 多的情况下手动操作往往会出现纰漏；学生上机的机房一般都会安装硬保护卡来防止学生对于操作系统和软件的修改(如综合 实验楼)；但是这对于有专业软件需要的学生来说是极不方便的，因为每次都要重新安装 软件或者是由于硬件老化而不能安装新的专业软件

11、，或者安装之后运行太慢等问题的出现；而对于没有安装硬保护卡的机房（如710 ）则会出现系统的文件系统混乱（因为上 机没有固定座位，所以每个人都会安装自己需要的软件和版本以及拷贝自己的文件，这 其中可能会更改或破坏他人的配置）调配困难等问题；4）出于经济上的考虑高校购买服务器时不能按照全部学生同时在线并访问的要求来计算；这就导致每逢选课当大量同学同时访问的时候都会出现校园办公网和选课网址服务器不 能访问甚至当机的现象出现，许多同学为了选课而熬夜刷网址；图1服务器负载变化示例图1服务器负载变化示例分配曲螺源5）各种网上学习系统通常只是一些Web页面的访问和展示（如新视野自主学习系统），而 我们却必

12、须为每个用户都提供一台单独的PC，这样对于资源的利用和节能方面是极为不 友好的；科研大规模计算：所用的一般都是计算、存储能的很强的大型机或中型机；而我们的科研任 务并不是每天都需要大规模、长时间的计算任务，这就导致我们花费重金买回来的硬件很有 可能在大部分时间都处于闲置状态，这就会造成无形折旧，造成投资上的损失；2虚拟化与云计算技术的优势所在结合上述提到的高校信息系统的特点和存在不足，虚拟化与云计算技术的主要优势在于:提升资源的利用率：相比于过去各个学院、部门各自为政按照自身的科研、行政需求来购买服务器、PC机等硬件资源相比，由学校统一购买硬件资源并利用虚拟化技术并构建虚拟机，各学院按照自 身

13、的科研、行政需求申请服务器/PC虚拟机，在终端上提供瘦客户机（thin client）或零客户机（zero client）通过网络连接到专门为其分配的虚拟机（体现了云计算中的IaaS，即基础设施即服务的思想）的方式显然更为有利于资源的利用。这种模式更有利于高校减少重复性投资，避免了浪费。 降低运营成本：高校的信息系统成本主要集中在三方面：（1）硬件基础设施的购买（2）数据中心的建设和运营（包括制冷、通风和电费等）（3）给学院部门负责维护信息系统的人员的工资与奖金。我们在利用虚拟化与用计算技术集中建设数据中心并通过网络接入的方式不仅可以提升资源的利 用率，也可以使信息系统的配套设施配=*七动态调

14、度资源：虚拟化与云计算技术套安排和建设；同时成熟的虚拟平台管理软件也可以使单的数量提高，这样也可以减少雇佣维护人员方面的费用。卖瓶引虐抽机虐勘机关键费一是实时迁移动态调度资源：虚拟化与云计算技术套安排和建设；同时成熟的虚拟平台管理软件也可以使单的数量提高，这样也可以减少雇佣维护人员方面的费用。卖瓶引虐抽机虐勘机关键费一是实时迁移誉时迁移可以在料断服务的图2虚拟机的实时迁移况下将虚拟机从一台物理服务器迁移到另一台物理服务器；同时我们也可以在不关闭虚拟机的情况 下调整虚拟机的资源（如CPU、内存等）。这有利于系统管理员动态地调整虚拟机的负载达到平衡， 如在非忙时段将低负载物理服务器上的服务动态地迁

15、移集中，这样我们就可以关闭一部分服务器； 在学期初选课的时候我们也可以为选课系统动态地多分配资源保证访问的通畅性等。加快应用的部署：在传统的 机房中，部署一个应用需要 以下几个步骤：寻找合适的 物理机、安装操作系统、安 装中间件、安装应用、配置、 测试、运行。安装（更新） 一个应用通常需要耗费十 几个小时甚至几天，并且需 要部署人员全程跟踪部署 进度，执行下一步操作。这 样的部署方式很容易出现 错误，例如安装被错误终 止、不同领域不同模块的安 装部署人员在沟通或交接 时出现差错等。而采用虚拟 化与云计算技术，部署一个 应用其实就是部署一个封图3虚拟器件的部署与应用装好的操作系统和应用程序的虚拟

16、机，部署过程只需要以下几个步骤：输入激活配置参数、拷贝虚拟机、启动虚拟机、激活（配置）虚拟机。通常这样的部署只需要几分钟至几十分钟，相对于传统的应用部署模式，不需要人工干预，缩短了部署时间，降低了部署成本。例如我们的工程制图上机，况下将虚拟机从一台物理服务器迁移到另一台物理服务器；同时我们也可以在不关闭虚拟机的情况 下调整虚拟机的资源（如CPU、内存等）。这有利于系统管理员动态地调整虚拟机的负载达到平衡， 如在非忙时段将低负载物理服务器上的服务动态地迁移集中，这样我们就可以关闭一部分服务器； 在学期初选课的时候我们也可以为选课系统动态地多分配资源保证访问的通畅性等。加快应用的部署：在传统的 机

17、房中，部署一个应用需要 以下几个步骤：寻找合适的 物理机、安装操作系统、安 装中间件、安装应用、配置、 测试、运行。安装（更新） 一个应用通常需要耗费十 几个小时甚至几天，并且需 要部署人员全程跟踪部署 进度，执行下一步操作。这 样的部署方式很容易出现 错误，例如安装被错误终 止、不同领域不同模块的安 装部署人员在沟通或交接 时出现差错等。而采用虚拟 化与云计算技术，部署一个 应用其实就是部署一个封图3虚拟器件的部署与应用装好的操作系统和应用程序的虚拟机，部署过程只需要以下几个步骤：输入激活配置参数、拷贝虚拟机、启动虚拟机、激活（配置）虚拟机。通常这样的部署只需要几分钟至几十分钟，相对于传统的

18、应用部署模式，不需要人工干预，缩短了部署时间，降低了部署成本。例如我们的工程制图上机，我们可以将AutoCAD与操作系统打包成虚拟器件，并放在公共存储设备上供大家访问；大家在上机时只需要通过网络读取虚拟器件既可以得到正确的上机环境，而不用再自己安装调试。. 0QQ环件贸撒图4虚拟器件结构图提高服务可用性：服务的可用性是指服务能够持续、可靠地运行的能力，服务的高可用性要求将日 常维护操作对服务的影响降到最低。即便发生系统故障或是硬件失效，服务也可以在较短的时间内 被恢复。传统的数据中心为了保证服务的可用性，需要采用一定的措施，如采用多机备份、冗余等 技术，并通过额外的可用性管理工具来监控、调度和

19、管理服务。而采用了虚拟化与云计算技术以后， 由于虚拟机是单个的逻辑文件，并且对应的处理器和内存都是被虚拟机管理程序封装隔离，因此用 户可以方便地对运行中的虚拟机快照并被分成虚拟机镜像文件。在需要的时候动态迁移虚拟机，将 它恢复到某个备份，或者在其他物理加上运行该备份以提高可用性，同时我们也可以通过分片技术 来减少冗余数据的重复存储来减少备份所占用的物理存储空间，进一步提高服务的可用性。3天津大学在构建虚拟化与云计算信息系统中的优势基础设施优势：作为教育部直属的国家重点大学，始建于1895年的天津大学是中国第一所现代大 学，并且是中共中央首批确定的16所国家重点大学之一。1995年，天津大学校园

20、网建立并投入运 转，经过多年建设巳初具规模，光纤骨干网巳基本覆盖校园网教学、办公区域，成为天津市规模最 大、设备最全的网络环境。同时，作为天津教育科研网的主节点，天津市其他巳建立校园网的院校 均通过光缆接入天津大学，并通过远程光纤接入清华大学校园网，这些也奠定了天津大学作为天津 市各高校中心信息节点的地位。合作资源优势：近几年来我校与各大网络、云计算等IT厂商合作密切，如2011年6月，我校与曙 光信息产业股份有限公司签订协议共建天津大学云计算中心”；与思科、Juniper Networks合作构 建、优化校园网络平台；与NetApp合作共建数字化图书馆等。此外，IBM公司还在我校计算机学 院

21、建立了 IBM计算机新技术中心和面向研究生的“软件与系统交付系”，联想、微软等许多著名的 IT企业都在我校建有学生俱乐部。这都为我们学习虚拟与化云计算技术、构建高效的信息系统解决 方案提供了良好的途径。地理环境优势：天津本地具有网络和服务器资源优势，全国20位的互联网服务的提供商如新浪， 百度等公司均有服务器集群在天津，作为是一个重要的网络节点，有非常好的硬件基础。同时，天 津市政府早在09年天津市“两会”期间就巳经有意向表明建设“环渤海云计算中心”的计划，而 近几年许多有志于发展云计算产业的公司也都落户天津，如国家数字出版云计算中心于 2011年8 月29日在天津正式投入运行；腾讯位于天津的

22、“云计算中心”也即将完工投入运营；惠普全球首 家顶尖的多功能惠普云计算解决方案中心（EBC）也在天津开始运营；所谓“近水楼台先得月”，这些 资源的汇聚为我校提供了一个丰富的外部平台，使得我们在云计算技术、相关信息的获得以及云计 算人才培养和企业定点输送方面提供了便利的环境。4关于天津大学构建虚拟化与云计算应用的初步构想与建议:基于虚拟化与云计算技术的信息交付系统构想：1. 数据中心：将现有的分散式的信息系 统整合为统一的数据中心，利用虚拟 化技术抽象资源构建虚拟机，并构建 相应的虚拟器件库，通过虚拟平台管理软件进行统一的管理。各学院部门使用瘦客户机终端通过网络提交资源使用申请获得虚拟 机和定制

23、的虚拟器件使用，真正做到按需使用、动态调整资源，建设绿色数据中心。在资源 上的抽象也能够使后续基础设施方面硬件增加、升级对用户使用的影响降到最小。图6瘦客户机机房和办公室：在机房和办公室使用瘦客户机，并通过网络来图6瘦客户机加载需要的虚拟器件与用户数据。对于诸如“新视野网络自主 学习”这类需要资源不多的应用，我们可以使用支持多用户同 时登陆的系统如Linux使一台虚拟机上同时登陆多个用户使用， 进一步提高虚拟资源的利用率。学生和教职员工：对与每个在职教职员工和在校本科生、研究生分配虚拟机。我们可以在分布式文件存储系统下存储用户的 信息和文件，通过数据库维护用户与用户信息之间的联系；同 时构建统

24、一的虚拟器件库，当用户需要使用PC资源时，加载虚 拟器件和用户数据就能够构建属于每个用户自己的桌面环境。同时我们也可以将每门课程与选择本门课程的学生挂钩，通过 分布式文件系统的更新随时提供给学生最新的课件、作业要求 等，使学生和老师都能够更加快捷地工作、学习。111NETSUITE V EJhft7! CraaiirSottwareaa a ServicePlatform 密服务外包：为了进一步减少学校在IT方面的运营投资及获得更好的服务质量，我们可以尝试 将一些服务外包给更加专业的IT111NETSUITE V EJhft7! CraaiirSottwareaa a ServicePlatf

25、orm 密Seivice-*(laaS)j 臼宵阳曲攻亦A JU*6图拒旧旦圭裘 Joytvrt图7服务外包关于构建虚拟化与云计算系统的初步尝试及老旧设备的再利用：初期尝试性建设：我们可以在初期不大规模地构建需基于虚拟化与云计算信息系统，而是选 择12个学院或部门来构建，成功了之后再逐步向其它学院推广并最终实现整体构建新型信 息系统。结合本校实际我们可以在计算机学院和软件学院首先尝试构建基于虚拟化与与计算 的信息系统；而我们现在正在上的“虚拟化与云计算”课程以及位于 25楼B411的超算中心 也正体现了学校在这方面的尝试性投资与建设。关于老旧设备的再利用：在逐步构建基于虚拟化与云计算信息系统，

26、必然会淘汰下来一批老 旧的设备，为了使价值最大化我们要尝试将其再利用。在这一点上我们可以向 Google学习。 Google用大量廉价的PC构建了一个分布式的存储和计算系统，在其上运行了许多Google的 服务。我们也可以利用这写淘汰下来的设备，使用虚拟化技术并建GFS分布式存储系统以及 编写MapReduce架构的软件服务等实现淘汰硬件硬件的再利用。如利用淘汰硬件构建基于GFS、MapReduce的校内搜索引擎、或作为冗余备份存储系统等都是可行的方向。图8 Google的机房由廉价PC计算机组成5结语本文从现有的高校信息系统中不足之处出发，结合虚拟化与云计算的优势，着重分析了这两项技术在降

27、低高校信息投资和运营成本并提高校内用户体验等方面给我们带来的便利之处；同时分析了天津大学在虚拟 化与云计算建设方面的优势所在，最有提出了关于天津大学构建虚拟化与云计算应用的一些初步构想与建议。 但毕竟课程时间有限，加之我们对虚拟化与云计算的了解还不是非常深入，所以本文难免会有错误的地方， 最后所提出的构想与建议也有些过于抽象和理想，没有太多考虑的实施过程中所遇到的技术难题。不过我们 会继续在虚拟化与云计算方面的学习，因为这毕竟是将来IT行业的大势所趋；同时也希望学院能够多开设一 些课程、提供资源，在尝试构建现代信息系统的同时也培养更多的相关人才。文献参考：IBM虚拟化与云计算小组.虚拟化与云计

28、算.电子工业出版社.2011-4豆丁文档.虚拟化云计算平台在高校信息化管理中的意义. HYPERLINK /p-239759295.html /p-239759295.htmleNet 硅谷动力.高校信息化：虚拟化云计算与服务器. HYPERLINK /article/2010/0330/A20100330632443.shtml /article/2010/0330/A20100330632443.shtml谢晓丹.“2011高校虚拟化与云计算应用研讨会”在浙大举行. HYPERLINK /xs_hui_yi_5674/20110819/t20110819_669898_3.shtml /xs_hui_yi_5674/20110819/t20110819_669898_3.shtml天津日报.国家级云计算产业总部落户天津西青学府工业园. HYPERLINK /GB/54918/55132/12931211.html /GB/54918/55132/12931211.html中国新闻网.国家数字出版云计算中心天津运营. H