虛擬化構(gòu)建高校計(jì)算機(jī)管理模型論文
本文針對(duì)當(dāng)前高校開展計(jì)算機(jī)應(yīng)用管理與運(yùn)維工作中面臨的難點(diǎn)與不便，研究分析了基于虛擬化技術(shù)的服務(wù)器虛擬化和桌面虛擬化技術(shù)，力求結(jié)合二者特點(diǎn)構(gòu)建一種新型的高校計(jì)算機(jī)管理模型，為這一領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)管理者開展此項(xiàng)工作提供借鑒。
隨著信息技術(shù)學(xué)科以及現(xiàn)代教育技術(shù)的普及和發(fā)展，高校機(jī)房、圖書館、教室等教學(xué)場(chǎng)所都配置了數(shù)量較多的計(jì)算機(jī)。
計(jì)算機(jī)管理作為信息技術(shù)教學(xué)的組成部分，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定高效、終端操作便捷實(shí)用的要求越來越迫切，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)管理模式已很難滿足高校計(jì)算機(jī)管理工作對(duì)系統(tǒng)維護(hù)、信息安全、快速部署響應(yīng)等多方面的要求。筆者從研究服務(wù)器及桌面虛擬化技術(shù)入手，探討通過構(gòu)建虛擬化管理模型實(shí)現(xiàn)對(duì)高校計(jì)算機(jī)的有效管理，為高校計(jì)算機(jī)管理者開展此項(xiàng)工作提供參考。
1 高校計(jì)算機(jī)管理及運(yùn)維工作面臨的問題
隨著教學(xué)系統(tǒng)的增加，操作終端的增多，傳統(tǒng)的高校計(jì)算機(jī)管理模式存在弊端和不便主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：
服務(wù)器端方面：(1)如何降低能耗。越來越多新教學(xué)系統(tǒng)的部署帶來一系列問題亟待解決，如：服務(wù)器周邊設(shè)施(網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、KVM、UPS等)相應(yīng)增加，電力消耗(設(shè)備供電和制冷)急劇增長(zhǎng)。(2)如何提高服務(wù)器利用水平。為防止各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的相互影響，傳統(tǒng)的做法基本上是一臺(tái)或多臺(tái)服務(wù)器單獨(dú)部署一個(gè)教學(xué)系統(tǒng)，即便是同一網(wǎng)絡(luò)中的不同教學(xué)系統(tǒng)也是如此，但各服務(wù)器上搭載的教學(xué)系統(tǒng)使用率各不相同，造成負(fù)載極不均衡，大大的降低了利用率。(3)如何讓關(guān)鍵業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)更好的延續(xù)性，如：
高校教學(xué)活動(dòng)近乎全天候的工作狀態(tài)，必然要求維護(hù)人員保障各教學(xué)系統(tǒng)能不間斷運(yùn)行或者盡量減少間斷時(shí)間，并盡快讓系統(tǒng)從不可預(yù)知的災(zāi)難中恢復(fù)。(4)如何解決教學(xué)系統(tǒng)與服務(wù)器的兼容問題，如：將舊教學(xué)系統(tǒng)從宕機(jī)的舊服務(wù)器遷移到新服務(wù)器，新教學(xué)系統(tǒng)通過利舊在老服務(wù)器上部署等。
客戶端方面：(1)管理難。PC終端管理工作包括部署軟件、更新和修補(bǔ)程序等，同時(shí)由于標(biāo)準(zhǔn)化程度不高，支持人員經(jīng)常需要親臨現(xiàn)場(chǎng)解決問題。在PC終端的日常維護(hù)方面，計(jì)算機(jī)維護(hù)人員花費(fèi)了大量的時(shí)間和精力。(2)總體擁有成本高：目前，高校很多教學(xué)場(chǎng)所基本上通過在每臺(tái)PC機(jī)上虛擬不同運(yùn)行環(huán)境來滿足不同教學(xué)活動(dòng)的需求，自然對(duì)每臺(tái)PC機(jī)的配置要求很高。(3)資源利用率低：
由于教學(xué)工作不同，每位老師或同學(xué)對(duì)PC的性能要求不同，且同一個(gè)使用者在不同時(shí)間段對(duì)同一終端的計(jì)算處理能力需求也有差別。(4)難以保證數(shù)據(jù)的安全：傳統(tǒng)的高校機(jī)房每臺(tái)PC終端都是業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的客戶端，可接收、處理、存儲(chǔ)各教學(xué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，容易導(dǎo)致關(guān)鍵信息的'泄露;同時(shí)，PC終端擁有本地存儲(chǔ)，教學(xué)參與者可隨意安裝各類軟件，容易產(chǎn)生軟件兼容性沖突或受到其他潛在的病毒攻擊，系統(tǒng)安全性較差。
虛擬化技術(shù)以其強(qiáng)大的資源整合及按需分配的特點(diǎn)為解決以上問題提供了一個(gè)新的思路。
2 虛擬化技術(shù)概述
虛擬化(Virtualization)是將計(jì)算機(jī)物理資源如服務(wù)器、內(nèi)存及存儲(chǔ)等予以抽象、轉(zhuǎn)換后呈現(xiàn)出來，使用戶可以比原本的組態(tài)更好的方式來應(yīng)用這些資源。這些資源的新虛擬部分不受現(xiàn)有資源的架設(shè)方式，地域或物理組態(tài)所限制。[1]
虛擬化技術(shù)按照其在傳統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用可分為服務(wù)器虛擬化、展現(xiàn)層虛擬化、桌面虛擬化和應(yīng)用程序虛擬化。伴隨云計(jì)算的發(fā)展，出現(xiàn)了存儲(chǔ)虛擬化和網(wǎng)絡(luò)虛擬化兩種應(yīng)用形式。
當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的當(dāng)屬服務(wù)器虛擬化和桌面虛擬化技術(shù)，本文重點(diǎn)對(duì)這兩種技術(shù)在高校計(jì)算機(jī)管理中的應(yīng)用進(jìn)行研究。
2.1 服務(wù)器虛擬化技術(shù)
2.1.1 服務(wù)器虛擬化的概念
服務(wù)器虛擬化是將服務(wù)器物理資源抽象成邏輯資源，讓一臺(tái)服務(wù)器變成幾臺(tái)甚至上百臺(tái)相互隔離的虛擬服務(wù)器，我們不再受限于物理上的界限，而是讓CPU、內(nèi)存、磁盤、I/O等硬件變成可以動(dòng)態(tài)管理的“資源池”，從而提高資源的利用率，簡(jiǎn)化系統(tǒng)管理，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器整合，讓IT對(duì)業(yè)務(wù)的變化更具適應(yīng)力。[2]
2.1.2 服務(wù)器虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
服務(wù)器虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下方面：(1)降低運(yùn)營(yíng)成本：服務(wù)器虛擬化降低了IT基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)營(yíng)成本，使系統(tǒng)管理員擺脫了繁重的管理工作，使管理更加強(qiáng)大、便捷。(2)提高應(yīng)用兼容性：服務(wù)器虛擬化提供的封裝性和隔離性使大量應(yīng)用獨(dú)立運(yùn)行于各種環(huán)境中，管理人員只需構(gòu)建一個(gè)應(yīng)用版本并將其發(fā)布到虛擬化后的不同類型平臺(tái)上即可。(3)加速應(yīng)用部署：采用服務(wù)器虛擬化技術(shù)只需輸入激活配置參數(shù)、拷貝虛擬機(jī)、啟動(dòng)虛擬機(jī)、激活虛擬機(jī)即可完成部署。(4)提高服務(wù)可用性：用戶可以方便地備份虛擬機(jī)，在進(jìn)行虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)遷移后，可以方便地恢復(fù)備份，或者在其他物理機(jī)上運(yùn)行備份。(5)提升資源利用率：通過服務(wù)器虛擬化的整合，提高了CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備的利用率。(6)動(dòng)態(tài)調(diào)度資源：在服務(wù)器虛擬化技術(shù)中，數(shù)據(jù)中心從傳統(tǒng)的單一服務(wù)器變成了統(tǒng)一的資源池，數(shù)據(jù)中心管理程序和管理員可以根據(jù)虛擬機(jī)內(nèi)部資源使用情況靈活分配調(diào)整給虛擬機(jī)的資源。
2.2 桌面虛擬化技術(shù)
2.2.1 桌面虛擬化的概念
桌面虛擬化是將個(gè)人計(jì)算機(jī)桌面環(huán)境通過云計(jì)算模式從物理機(jī)器分離出來，成為一種可對(duì)外提供的桌面服務(wù);個(gè)人桌面環(huán)境所需的計(jì)算、存儲(chǔ)資源集中于中央服務(wù)器上，以取代客戶端的本地計(jì)算、存儲(chǔ)資源;中央服務(wù)器的計(jì)算、存儲(chǔ)資源同時(shí)也是共享的、可伸縮的，使不同個(gè)人桌面環(huán)境資源按需分配、交付，達(dá)到提升資源利用率，降低整體擁有成本的目的。[3]
2.2.2 桌面虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
桌面虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下方面：(1)易維護(hù)：終端本身無需安裝軟件，無論多少個(gè)工作站，都只需維護(hù)服務(wù)器，終端本身零維護(hù)。(2)易管理：管理員可限制操作員運(yùn)行的軟件。普通用戶只能運(yùn)行管理員指定的軟件。(3)更安全：終端不會(huì)感染病毒。也不會(huì)向服務(wù)器輸入病毒。(4)更穩(wěn)定：終端只有一塊主板，CPU是工業(yè)級(jí)芯片，不易損壞。(5)壽命長(zhǎng)：終端的壽命周期比PC的生命周期長(zhǎng)。(6)升級(jí)方便：當(dāng)原有設(shè)備無法滿足新系統(tǒng)需求時(shí)，只需升級(jí)服務(wù)器。(7)體積�。涸谕庥^上是真正的“瘦”客戶機(jī)。
3 構(gòu)建高校計(jì)算機(jī)虛擬化網(wǎng)絡(luò)管理模型
筆者結(jié)合當(dāng)前高校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，基于服務(wù)器與桌面虛擬化技術(shù)提出基礎(chǔ)架構(gòu)的整合方案，構(gòu)建了一個(gè)穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)、伸縮性好、易于管理維護(hù)的高校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)，并將虛擬架構(gòu)延伸到桌面，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶桌面的集中管理。通過虛擬化技術(shù)，將數(shù)據(jù)中心的計(jì)算資源和存儲(chǔ)備份資源發(fā)布給終端用戶共享使用，大幅提高了服務(wù)器資源利用率，同時(shí)通過嚴(yán)格的訪問控制，確保數(shù)據(jù)中心的訪問安全性。
3.1 高校計(jì)算機(jī)虛擬化網(wǎng)絡(luò)管理模型
將現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器、存儲(chǔ)的分散資源整合為一個(gè)資源池，再分別將資源按需分配到虛擬服務(wù)器模塊和虛擬桌面模塊中。
3.1.1 數(shù)據(jù)中心的資源整合
建立虛擬化模塊首先需在服務(wù)器端進(jìn)行資源整合，數(shù)據(jù)中心資源整合主要分為：存儲(chǔ)整合和服務(wù)器整合。
(1)存儲(chǔ)整合：將現(xiàn)有分散的存儲(chǔ)集中到數(shù)據(jù)中心，且新增的存儲(chǔ)盡量采用SAN存儲(chǔ)架構(gòu)。組建SAN后，所有存儲(chǔ)被整合成一個(gè)存儲(chǔ)池，物理和虛擬服務(wù)器可同時(shí)訪問不同陣列上的磁盤空間。(2)服務(wù)器整合：對(duì)現(xiàn)有服務(wù)器進(jìn)行分類整理，并充分利用現(xiàn)有的較高檔次的服務(wù)器作為虛擬化平臺(tái)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)在單臺(tái)物理服務(wù)器上虛擬多臺(tái)相互獨(dú)立的虛擬服務(wù)器，利用物理服務(wù)器強(qiáng)大的處理能力，為每一臺(tái)虛擬服務(wù)器提供計(jì)算資源，并利用和物理服務(wù)器連接的SAN存儲(chǔ)為每一臺(tái)虛擬服務(wù)器提供存儲(chǔ)資源。
3.1.2 服務(wù)器虛擬化模塊
實(shí)施服務(wù)器虛擬化的過程可以按其生命周期來簡(jiǎn)單劃分為三個(gè)階段：創(chuàng)建、部署和管理。
3.1.3 桌面虛擬化模塊
通過將桌面PC虛擬化后托管在數(shù)據(jù)中心，并使用小巧、節(jié)能的云計(jì)算終端作為桌面設(shè)備，桌面用戶訪問托管在數(shù)據(jù)中心的虛擬桌面，并完成所需的各項(xiàng)工作。這樣，所有系統(tǒng)與應(yīng)用的維護(hù)管理均可以在數(shù)據(jù)中心完成。通過虛擬桌面與硬件的無關(guān)性，還可實(shí)現(xiàn)桌面管理的標(biāo)準(zhǔn)化。
在高校的各個(gè)學(xué)院中，同一專業(yè)的教學(xué)系統(tǒng)所需應(yīng)用相近，因此可以利用這一特點(diǎn)為相同類型的用戶創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)的虛擬桌面模板，并為相同類型的用戶配置虛擬桌面。
3.3 高校計(jì)算機(jī)虛擬化網(wǎng)絡(luò)管理工作需要注意的幾個(gè)問題
3.3.1 虛擬化部署前應(yīng)做好總體規(guī)劃
在部署虛擬化之前，缺乏總體規(guī)劃是當(dāng)前虛擬化存在的最大陷阱。
3.3.2 虛擬化應(yīng)用須避免虛擬機(jī)負(fù)載過重
虛擬化可以對(duì)資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置，從而處理更多，或者更少的負(fù)載，這種作法似乎可以解決虛擬設(shè)施可能負(fù)載過重的問題。但這并不意味著虛擬服務(wù)器就是永遠(yuǎn)壓不垮的。虛擬技術(shù)有其自身的限制，在基礎(chǔ)設(shè)施中添加其無法應(yīng)付的太多虛擬機(jī)會(huì)適得其反。因此，在高校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中配置虛擬機(jī)時(shí)應(yīng)對(duì)物理機(jī)的承受能力進(jìn)行深入分析，建立最佳方案。
3.3.3 虛擬化方案需要持續(xù)優(yōu)化
在虛擬化中，大量的需求都是動(dòng)態(tài)的。這也意味著高校計(jì)算機(jī)管理人員人員在部署虛擬化的相關(guān)解決方案之后，需要進(jìn)行持續(xù)的管理與優(yōu)化。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人必須從一開始就做好虛擬機(jī)生命周期管理規(guī)劃，并同時(shí)配備相關(guān)虛擬化管理機(jī)制。
3.3.4 虛擬化建設(shè)應(yīng)充分考慮容災(zāi)備份
虛擬化技術(shù)數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)處理，使得原本分散在用戶終端計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)全部向中心機(jī)房集中。因此，必須制定科學(xué)合理的備份恢復(fù)和應(yīng)急相應(yīng)預(yù)案，做足容災(zāi)備份措施，確保高校計(jì)算機(jī)虛擬化網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
3.3.5 虛擬化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)強(qiáng)化技術(shù)防護(hù)
同傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)一樣，基于虛擬化技術(shù)的高校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，仍應(yīng)當(dāng)按照標(biāo)準(zhǔn)要求，采取身份鑒別、訪問控制、安全審計(jì)、密碼保護(hù)、邊界安全防護(hù)、信息流轉(zhuǎn)控制等技術(shù)防護(hù)措施。傳統(tǒng)的高校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，需要現(xiàn)場(chǎng)為用戶終端計(jì)算機(jī)安裝各種各樣的安全保密技術(shù)防護(hù)軟件，并逐一設(shè)置安全保密策略。基于虛擬技術(shù)的高校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，要考慮的則是如何在后臺(tái)集中對(duì)中央服務(wù)器集群及虛擬計(jì)算機(jī)進(jìn)行安全保密技術(shù)防護(hù)。
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