高校虚拟化应用平台的设计与实现
中图分类号：TP391
随着高校各大应用信息系统的增加，怎么样对数据中心机房的硬件资源进行有效的整合日渐成为信息部门考虑的重点问题，此时，虚拟化技术作为快速发展的一门新的硬件资源整合技术，引起了国内外高等院校的高度重视。
高等院校内部可能配备有上百个信息系统应用，比如教务、学生管理、各学院的门户网站，这些信息系统都分布在不同的物理服务器，占用不同的存储资源，往往一个物理服务器上面都只部署一个信息系统，导致这些硬件资源的使用率不到20%，同时也意味着需要更多的空间、电源、散热、网络接口、数据存储以及管理人员[1]。因此，从高校的数字化校园建设全局出发，必须对数据中心硬件资源进行有效的整合，提高数字化资源的利用率，高效进行校园网基础设施的运维管理，此时，虚拟化技术应运而生。
1 相关理论
1.1 虚拟化技术。通过实现IT基础架构的虚拟化，可以降低IT成本，同时提高现有资产的效率、利用率和灵活性，在全世界，各种规模的组织都享受着VMware虚拟化带来的好处。全面虚拟化IT基础架构可以给学校的IT资源建设带来益处[2]。
（1）提高资源的利用率；（2）通过缩减物理基础架构和提高服务器/管理员比率，降低数据中心成本；（3）提高硬件和应用程序的可用性；（4）实现运营灵活性；（5）提高桌面的可管理性和安全性。
1.2 服务器资源池建设。虚拟化（Virtulization）是表示计算机资源的抽象方法，可以对包括基础设施，系统和软件等计算机资源的表示，访问和管理进行简化，并为这些资源提供标准的接口来接受输入和提供输出[3]。
服务器虚拟化通过使用虚拟化管理器（VMM）在一台物理机上虚拟或运行一台或多台虚拟机（VM）。VMM分两种形式[4]：
Hypervisor VM，直接运行在硬件上，提供接近于物理机的性能，并在I/O上面做了优化，主要用于服务器类的应用。
Hosted VM，它运行在物理机的操作系统上，虽然其本身性能不如Hypervisor，但其安装和使用非常方便，而且功能丰富，比如支持三维加速等特性，常用于桌面应用。
1.3 存储资源池建设。“虚拟化存储”是指把多个存储介质模块（如不同的磁盘阵列、硬盘等）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，其目的是集中存储资源，更好的管理存储为企业提供资源。
在虚拟存储环境下，无论后端物理存储是什么设备，服务器及其应用系统看到的都是其物理设备的逻辑映像。即使物理存储发生变化，这种逻辑映像也不会改变，系统管理员不必再关心后端存储，只需专注于管理存储空间，所有的存储管理操作都变得轻松简单[5]。图1是存储资源建设的理论架构图。
图1 存储资源建设理念架构图
2 虚拟化应用平台设计与实现
随着南京理工大学信息化建设的深入，特别是在新信息技术迅猛发展的当前，如何实现便于扩展、利于管理、技术成熟领先的应用模式，现有的数据中心面临更多的挑战。目前，我校急需建立虚拟化应用平台，把IT资源、数据、应用作为服务通过网络提供使用者，能够实现各院系自动、快速的计算和存储资源申请，使得数据中心的专业化水平和运维管理得到极大提升。
2.1 网络架构。虚拟化的计算资源采用在空间、电力资源、管理上优势明显的刀片服务器，存储利用现有的EMC VNX5300，并对其进行扩容，目前共有30块600GB 15krpm SAS硬盘，30块2TB 7200rpm NL-SAS硬盘以及相关的容量许可，利用其性能及扩展性对云计算平台提供存储支撑。图2展示了南京理工大学虚拟化应用平台的网络拓扑图。
图2 虚拟化应用平台网络拓扑图
2.2 设计方案。本方案中采用一套VMware VSphere服务器虚拟化软件，实现业务的在线迁移、HA等高级功能，利用原有VNX5300并对其扩容，原来的服务器仍然是可以正常运行的，设计方案是把两者融合一起，以满足云计算平台对存储性能与容量的需求。利用刀片服务器作为计算节点，简化管理，部署两台DS300的24口8GB光纤交换机作为核心数据存储网络，组成完整的云计算体系平台，为后期私有云的建立架构好基础架构。
2.3 虚拟机规划。对于相同操作系统虚拟机做统一虚拟机模板，方便新添加应用时的部署和避免反复安装系统的繁琐，模版虚拟机只划分1个系统分区，根据应用的不同需求再增加数据分区，今后虚拟机硬盘空间不够，可在线添加新的磁盘，也可使用VCenter converter工具对虚拟机的现有分区进行扩容。
VCenter converter是虚拟机的迁移工具，可以在线将物理机或虚拟机迁移至指定的VMware虚拟化环境，并可调整现有磁盘分区的大小。
2.4 虚拟机备份。VMware Data Recovery为小型环境中的虚拟机提供简单、经济高效、无代理的备份和恢复。
图3 虚拟机备份机制
VMware Data Recovery 备份模块具有以下一些特性：（1）虚拟机的无代理、基于磁盘的备份和恢复，可以实现虚拟机或文件级别的恢复；（2）增量备份和消除重复数据以节约磁盘空间，为虚拟机提供快速、简单和完整的数据保护；（3）通过vCenter实现集中式管理和经济高效的存储管理。 2.5 平台实现。结合实际情况，我校基于虚拟化技术构建一个虚拟化应用平台，并在该平台上成功实现学校信息系统的部署。
图4 虚拟化平台实现信息系统的部署
3 结束语
目前，高校虚拟化应用平台运行稳定，通过不断地完善基础设施虚拟化的建设，最终构建一个校园虚拟化云服务平台，将会极大地提高校园数据中心基础设施资源的利用率，降低IT日常运维管理的复杂度，进一步提升校园信息化系统对外服务水平，同时也很大程度地降低了学校IT投资费用，为高水平人才培养构建了一个一流的实验、教学和科研环境。
