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摘 要 随着电子设备技术的飞速发展，虚拟化技术的广泛应用，其功能与支持技术日趋全面和多样化。通过本校虚拟化机房日常教学的实现，总结该系统在实用性方面的优势：虚拟化机房能够搭建一个具有传统机房功能的虚拟空间；虚拟化机房是一个分布式的系统，不受地域、时间的限制，只要能够接入互联网的地域就能参加虚拟机房的学习；虚拟化机房最大程度提高硬件和软件的利用效率。
关键词 虚拟化；虚拟机房；云服务
中图分类号：TP391.9 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2013）21-0015-02
虚拟化是一个广义的术语，在计算机方面通常是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行。虚拟化技术可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程。CPU的虚拟化技术可以单CPU模拟多CPU并行，允许一个平台同时运行多个操作系统，并且应用程序都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。
虚拟机是对真实计算环境的抽象和模拟，VMM需要为每个虚拟机分配一套数据结构来管理它们的状态，包括虚拟处理器的全套寄存器、物理内存的使用情况、虚拟设备的状态等。VMM调度虚拟机时，将其部分状态恢复到主机系统中，并非所有的状态都需要恢复。虚拟化技术在当前各高等院校网络界有很多数据中心机房的成功应用案例。其优势在于：降低管理成本、提高使用灵活性、提高安全性、更高的可用性、更高的可扩展性、互操作性和投资保护、改进资源供应等。其中，软、硬件资源利用率高，节省开支等优点更突出。
对于各大高校来说，教学方面的硬件设施投入是一笔巨大的开支，尤其是教学用机房建设。随着电子设备技术的飞速发展，计算机往往在投入巨大后却使用不了多长时间就需要更新或升级。硬件设施采购建设后，软件的安装和维护又成为一大问题。在教学和科研中，往往需要安装和使用大量的软件，而为所有的学生机安装诸多的软件本身就是一件低效率的事情。计算机的软、硬件跟不上教学的发展，往往成为教师教学任务执行的绊脚石。利用虚拟化的技术特点，可以解决教学机房的这些突出问题。
1 硬件建设实施的优势
虚拟化具体实现的核心技术是虚拟机技术。通过虚拟机软件，可以在一台物理计算机上模拟出2台或多台虚拟的计算机，这些虚拟机完全就像真正的计算机那样进行工作，如可以安装操作系统、安装应用程序、访问网络资源等。对于使用者而言，它只是运行在物理计算机上的一个应用程序，但是对于在虚拟机中运行的应用程序而言，它就是一台真正的计算机。因此，当在虚拟机中进行软件评测时，可能系统一样会崩溃，但是崩溃的只是虚拟机上的操作系统，而不是物理计算机上的操作系统。并且，使用虚拟机的“Undo”（恢复）功能，可以马上恢复虚拟机到安装软件之前的状态。
那么，对于教学机房建设可以使用如下方法：采用终端接入模式，以網络终端机和服务器为主体，构成新型的C/S终端使用模式；使用终端接入模式的电脑办公网络，通过网线和网络设备将服务器、终端办公机器按照一定的协议连接起来，实现资源共享，其主要应用架构为终端机形式；采购的终端机不需要具备硬盘、CD-ROM等外部设备，其任何软件、数据和计算都存储在服务器上，服务器统一管理资源，集中存储和分配数据及应用软件，升级和维护工作也仅在服务器端进行；终端机运算平台类似采用主/从运算架构的传统计算机系统，差别只在终端机采用极少的硬件设备，大部分运算都由服务器执行，同时服务器也负责储存工作。终端接入模式其根本是降低机房建设的投入成本，减少维护费用，最大程度利用富余资源，极大地满足机房建设的易维护性和安全性需求，大大提高机房的硬件资源使用效率。
2 软件使用的优势
依托以上硬件的实施模式，然后根据需要在服务器上部署IaaS（基础设施即服务，是基于互联网以云服务的方式提供计算机基础设施服务，包括处理器、存储器、服务器、网络组件和数据库等）、PaaS（平台即服务，是通过云端为用户提供一个完整的计算机应用和开发平台。开发语言和工具都以云服务的方式提供，用户不需要购买硬件和软件）、SaaS（软件即服务，通过云端为用户提供在线服务软件。在这种服务模式中，用户不需要购买软件，只需在各种设备上通过瘦客户端界面访问云端的服务软件，如浏览器）、云服务，以云服务的应用模式根据不同的实验需要为用户提供相应的一些服务，如Windows XP、Linux等操作系统平台，.NET或其他开发平台，Office及一些常用开发工具和软件等。用户使用终端机通过用户界面登录并绑定一台虚拟机，然后可以根据自己的实验需要访问相应的服务来配置自己的计算机，不需要安装任何软件，从而最小化终端需求，同时数据都存储在服务器端。机房维护人员也只需要对服务器（数据中心）进行管理，可以快速部署相应的服务，这种数据集中化的管理方式极大地减少了管理人员的工作量。
3 集中管理提高安全性的优势
由于软、硬件的使用和管理都集中在服务器端，因此有诸多优势。
3.1 集中防病毒防黑客
对比传统桌面电脑，虚拟终端系统的操作系统/应用/用户数据都在服务器上，管理员只需要在服务器上集中部署安全软件，保护好机房里的服务器就能实现对整个桌面系统的安全保护，无论从安全管理的级别还是便捷程度，比传统桌面电脑都有大幅提升。
3.2 用户数据统一存储与管理
用户的数据被统一存储在后台的服务器上，用户可以看到自己的数据或者系统管理员指定的共享数据，数据的安全权限得以妥善的管理。用户数据也不会因为终端硬件损坏，或者用户的误操作导致丢失，大大提高用户数据的安全性。
3.3 用户授权管理
管理人员可以通过用户组/终端组/服务器集群组和安全组策略的严格授权，确保只有授权用户，使用指定终端，连接指定服务器，登录授权桌面和使用授权应用的全程用户授权管理机制。除此以外，还可以针对不同用户组做个性化的权限设置。例如：管理员可以设计，针对不同的用户组定制化不同的组策略，然后在管理中心将不同组策略导入管理中心，再对不同用户组应用各自定制化的组策略，以便不同用户组拥有不同的权限。 3.4 U盘使用管理
病毒和木马，以及非授权的应用软件安装和非授权的数据复制，往往是通过U盘或者移动硬盘等外部数据存储设备传播和进行的。管理中心能够限制指定服务器上用户对U盘和移动硬盘的使用原则，对保密级别较高的系统环境，可以轻易地禁止USB存储设备的使用，有效避免以上安全風险的发生。
4 节能环保的优势
各种硬件得到充分运用，实现资源统一管理和资源灵活交付的原则，从而可以大幅降低系统能耗。
4.1 系统智能节能管理
系统以统一资源管理和计算资源灵活交付的原则，便于设计各种系统智能节能管理策略。例如：服务器自动均衡负载、服务器定时开关机、桌面会话超时退出、终端超时自动休眠等机制，帮助学校节省大量的系统功耗。另外，服务器依托Windows 2008 R2特有的“Core Parking”功能，可以评估多核服务器的处理工作量，能够在某种情况下终止向这些内核发送新工作。然后，在内核闲置的时候，它可以让服务器进入睡眠状态，减少服务器的整个耗电量。
4.2 超低功耗的终端设备
对于终端的设计，减少硬件投入的同时，带来更低的计算机工作能耗。同时，终端机可以采用无风扇设计，降低教学机房噪音干扰。
4.3 系统折旧时间可延长
终端计算性能全部依靠后台服务器，故障率较低，未来需要提升用户的桌面性能和应用性能，仅需在机房增加高性能服务器即可，大大降低或避免客户计算机的硬件升级投资。
基于以上分析和现实中的成功案例，可以表明基于虚拟化技术设计的教学机房降低终端需求的投入，具有可靠性高、安全性优、安装及部署简易和管理灵活等优势，最重要的是资源得到了充分的利用，体现低碳、节能、环保的理念。
虚拟机房为改善教学交互性和有效性，作为支持实体教室的重要平台，缺乏教学的真实现场感。它将随着虚拟化技术的发展，在各级各类学校机房中发挥更大的作用。
参考文献
[1]焦科.基于CSCW网络的虚拟教室的整体实现技术分析[D].天津：天津大学，2004.
[2]Karacapilidis N. Developing Higher-order Skills with the MEDIT Web-based Learning Environment[J].Educational Technology
关键词 虚拟化；虚拟机房；云服务
中图分类号：TP391.9 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2013）21-0015-02
虚拟化是一个广义的术语，在计算机方面通常是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行。虚拟化技术可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程。CPU的虚拟化技术可以单CPU模拟多CPU并行，允许一个平台同时运行多个操作系统，并且应用程序都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。
虚拟机是对真实计算环境的抽象和模拟，VMM需要为每个虚拟机分配一套数据结构来管理它们的状态，包括虚拟处理器的全套寄存器、物理内存的使用情况、虚拟设备的状态等。VMM调度虚拟机时，将其部分状态恢复到主机系统中，并非所有的状态都需要恢复。虚拟化技术在当前各高等院校网络界有很多数据中心机房的成功应用案例。其优势在于：降低管理成本、提高使用灵活性、提高安全性、更高的可用性、更高的可扩展性、互操作性和投资保护、改进资源供应等。其中，软、硬件资源利用率高，节省开支等优点更突出。
对于各大高校来说，教学方面的硬件设施投入是一笔巨大的开支，尤其是教学用机房建设。随着电子设备技术的飞速发展，计算机往往在投入巨大后却使用不了多长时间就需要更新或升级。硬件设施采购建设后，软件的安装和维护又成为一大问题。在教学和科研中，往往需要安装和使用大量的软件，而为所有的学生机安装诸多的软件本身就是一件低效率的事情。计算机的软、硬件跟不上教学的发展，往往成为教师教学任务执行的绊脚石。利用虚拟化的技术特点，可以解决教学机房的这些突出问题。
1 硬件建设实施的优势
虚拟化具体实现的核心技术是虚拟机技术。通过虚拟机软件，可以在一台物理计算机上模拟出2台或多台虚拟的计算机，这些虚拟机完全就像真正的计算机那样进行工作，如可以安装操作系统、安装应用程序、访问网络资源等。对于使用者而言，它只是运行在物理计算机上的一个应用程序，但是对于在虚拟机中运行的应用程序而言，它就是一台真正的计算机。因此，当在虚拟机中进行软件评测时，可能系统一样会崩溃，但是崩溃的只是虚拟机上的操作系统，而不是物理计算机上的操作系统。并且，使用虚拟机的“Undo”（恢复）功能，可以马上恢复虚拟机到安装软件之前的状态。
那么，对于教学机房建设可以使用如下方法：采用终端接入模式，以網络终端机和服务器为主体，构成新型的C/S终端使用模式；使用终端接入模式的电脑办公网络，通过网线和网络设备将服务器、终端办公机器按照一定的协议连接起来，实现资源共享，其主要应用架构为终端机形式；采购的终端机不需要具备硬盘、CD-ROM等外部设备，其任何软件、数据和计算都存储在服务器上，服务器统一管理资源，集中存储和分配数据及应用软件，升级和维护工作也仅在服务器端进行；终端机运算平台类似采用主/从运算架构的传统计算机系统，差别只在终端机采用极少的硬件设备，大部分运算都由服务器执行，同时服务器也负责储存工作。终端接入模式其根本是降低机房建设的投入成本，减少维护费用，最大程度利用富余资源，极大地满足机房建设的易维护性和安全性需求，大大提高机房的硬件资源使用效率。
2 软件使用的优势
依托以上硬件的实施模式，然后根据需要在服务器上部署IaaS（基础设施即服务，是基于互联网以云服务的方式提供计算机基础设施服务，包括处理器、存储器、服务器、网络组件和数据库等）、PaaS（平台即服务，是通过云端为用户提供一个完整的计算机应用和开发平台。开发语言和工具都以云服务的方式提供，用户不需要购买硬件和软件）、SaaS（软件即服务，通过云端为用户提供在线服务软件。在这种服务模式中，用户不需要购买软件，只需在各种设备上通过瘦客户端界面访问云端的服务软件，如浏览器）、云服务，以云服务的应用模式根据不同的实验需要为用户提供相应的一些服务，如Windows XP、Linux等操作系统平台，.NET或其他开发平台，Office及一些常用开发工具和软件等。用户使用终端机通过用户界面登录并绑定一台虚拟机，然后可以根据自己的实验需要访问相应的服务来配置自己的计算机，不需要安装任何软件，从而最小化终端需求，同时数据都存储在服务器端。机房维护人员也只需要对服务器（数据中心）进行管理，可以快速部署相应的服务，这种数据集中化的管理方式极大地减少了管理人员的工作量。
3 集中管理提高安全性的优势
由于软、硬件的使用和管理都集中在服务器端，因此有诸多优势。
3.1 集中防病毒防黑客
对比传统桌面电脑，虚拟终端系统的操作系统/应用/用户数据都在服务器上，管理员只需要在服务器上集中部署安全软件，保护好机房里的服务器就能实现对整个桌面系统的安全保护，无论从安全管理的级别还是便捷程度，比传统桌面电脑都有大幅提升。
3.2 用户数据统一存储与管理
用户的数据被统一存储在后台的服务器上，用户可以看到自己的数据或者系统管理员指定的共享数据，数据的安全权限得以妥善的管理。用户数据也不会因为终端硬件损坏，或者用户的误操作导致丢失，大大提高用户数据的安全性。
3.3 用户授权管理
管理人员可以通过用户组/终端组/服务器集群组和安全组策略的严格授权，确保只有授权用户，使用指定终端，连接指定服务器，登录授权桌面和使用授权应用的全程用户授权管理机制。除此以外，还可以针对不同用户组做个性化的权限设置。例如：管理员可以设计，针对不同的用户组定制化不同的组策略，然后在管理中心将不同组策略导入管理中心，再对不同用户组应用各自定制化的组策略，以便不同用户组拥有不同的权限。 3.4 U盘使用管理
病毒和木马，以及非授权的应用软件安装和非授权的数据复制，往往是通过U盘或者移动硬盘等外部数据存储设备传播和进行的。管理中心能够限制指定服务器上用户对U盘和移动硬盘的使用原则，对保密级别较高的系统环境，可以轻易地禁止USB存储设备的使用，有效避免以上安全風险的发生。
4 节能环保的优势
各种硬件得到充分运用，实现资源统一管理和资源灵活交付的原则，从而可以大幅降低系统能耗。
4.1 系统智能节能管理
系统以统一资源管理和计算资源灵活交付的原则，便于设计各种系统智能节能管理策略。例如：服务器自动均衡负载、服务器定时开关机、桌面会话超时退出、终端超时自动休眠等机制，帮助学校节省大量的系统功耗。另外，服务器依托Windows 2008 R2特有的“Core Parking”功能，可以评估多核服务器的处理工作量，能够在某种情况下终止向这些内核发送新工作。然后，在内核闲置的时候，它可以让服务器进入睡眠状态，减少服务器的整个耗电量。
4.2 超低功耗的终端设备
对于终端的设计，减少硬件投入的同时，带来更低的计算机工作能耗。同时，终端机可以采用无风扇设计，降低教学机房噪音干扰。
4.3 系统折旧时间可延长
终端计算性能全部依靠后台服务器，故障率较低，未来需要提升用户的桌面性能和应用性能，仅需在机房增加高性能服务器即可，大大降低或避免客户计算机的硬件升级投资。
基于以上分析和现实中的成功案例，可以表明基于虚拟化技术设计的教学机房降低终端需求的投入，具有可靠性高、安全性优、安装及部署简易和管理灵活等优势，最重要的是资源得到了充分的利用，体现低碳、节能、环保的理念。
虚拟机房为改善教学交互性和有效性，作为支持实体教室的重要平台，缺乏教学的真实现场感。它将随着虚拟化技术的发展，在各级各类学校机房中发挥更大的作用。
参考文献
[1]焦科.基于CSCW网络的虚拟教室的整体实现技术分析[D].天津：天津大学，2004.
[2]Karacapilidis N. Developing Higher-order Skills with the MEDIT Web-based Learning Environment[J].Educational Technology