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摘 要：文章介绍VMware技术在教学资源服务器虚拟化的设计与实施，指出通过虚拟化的应用可以大幅降低教学资源服务运营费用，提高硬件资源利用率，降低管理复杂度，提升应用服务部署效率，切实保障教学服务业务持续性和安全性。
关键词：教学资源；虚拟化；服务器
中图分类号：TP393 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2015）22-0089-03
教学资源是学校信息化建设的重点。随着学校信息化建设的不断推进，教学资源种类趋于多元化，容量呈现几何式增长，服务对象由校园师生逐步面向社会大众。这对资源服务器架构和管理提出了新的挑战。
按照传统方式架构和管理资源服务器存在诸多弊端：其一，服务器资源浪费。为保证应用稳定，一台服务器只运行单个应用，多数服务器的资源利用率仅在5%-15%之间[1]，大量的硬件资源被白白浪费；其二，建设和运行成本投入大。增加应用就要增加服务器，这就会加大服务器环境（温度、湿度和供电系统）负载，导致前期建设投资、后期电力消耗和人员管理成本的增高；其三，教学服务稳定性降低。应用分散在各自的服务器上，一旦服务器故障就会导致应用终止而影响正常教学。如何解决这些问题，已经成为保障教育教学和教育信息化投入需要考虑的要素。
一、 学校教学资源服务架构现状
浙江中医药大学资源服务器建设始于2000年，随着学校办学规模的扩大，教学资源服务器的数量到2007年已经从一台医学视频点播服务器增加到20台服务器（多个品牌）和三套存储设备（光存储、直接式存储和网络存储）。服务内容包括精品课程、医学视频点播、教学平台、医学素材库、高校资源库、通识课程以及教育教学的申报系统等。各项应用呈现“孤岛式”布局方式，安装和维护都是单台操作，管理和实施难度很大。随着服务器数量的增加和信息化的深入，系统维护成本不断攀升，安全控制、数据备份和系统迁移困难，投资回报率低、能耗高[2]，集中体现在运营费用、业务持续性和应用安全性三个方面。
VMware是业界领先的虚拟化软件公司。VMware的技术能够简化IT的复杂性，优化运维，它利用虚拟化的强大能力将数据中心转化为显著简化的云技术基础架构，使IT组织能够利用内部和外部资源，安全和低风险地提供新一代灵活可靠的IT服务[3]。将VMware虚拟化技术应用到学校教学资源服务器架构能很好的解决上述问题。
二、虚拟化架构与实施
1.硬件设备及应用服务评估
在对现有教学资源服务器开展虚拟化架构和实施前，要对硬件设备和应用服务进行评估。这有利于虚拟化的架构和实施。
（1）硬件设备评估
对资源服务器进行虚拟化的架构和实施以节约高效为原则，要充分利用现有老旧服务器资源，再合理购置新设备。对现有服务器评估主要是对服务器数量及每个服务器的CPU物理数、逻辑处理器数、处理器类型、内存数、网卡数和磁盘大小进行统计，按高、中和低性能进行分类，见表1。对现有存储进行统计分类，见表2。
（2）应用服务评估
对现有应用服务分类：Web服务、数据库服务、文件服务和视频点播服务，具体见表3。
由于Oracle数据库和NFS主要提供对教学平台的支持，对I/O要求高不适合虚拟化，为保障数据库和文件服务安全做双机热备，其他数据库服务和前端应用全部采用虚拟化架构。
2.虚拟化环境部署
参考表1、2和3并结合对硬件设备和应用服务的评估，采用VMware ESXI5.1软件进行虚拟化部署，见图1。
3.实施
首先，选择两台高性能的HP580G7服务器进行虚拟化，再连接高性能光纤存储DELL SC8000存储，搭建好虚拟化迁移环境。在此基础上使用VMware Converter软件将真实物理服务器上的应用转化为虚拟机并迁移到虚拟化环境中。通过VCenter对迁移的虚拟机进行配置设定并监视虚拟机状态，保持物理机和虚拟机并行一段时间，确定应用正常后再对物理机进行虚拟化，并加入数据中心的对应集群，通过这种方式完成所有应用迁移和物理服务器的虚拟化。
完成上述步骤后，再通过VCenter对虚拟环境进行规划。首先，建立数据中心，然后根据共享存储类型在数据中心中建立集群，然后把主机加入集群并开启集群的HA、 DRS功能并设置VMotion阀值，确保一个小的瞬时负载峰值不会触发无谓的迁移，只有当负载超过设定的阈值持续一段时间后才触发迁移[4]，实现虚拟架构的高可用和资源的动态分配。为保障虚拟环境的高效运行，集群中虚拟机虚拟CPU个数和内存分配不要超过集群主机逻辑CPU总和及内存总和。
4.测试虚拟环境
（1）模拟网络故障。选择一台物理主机，拔掉主机网线，模拟网络故障。进入VCenter查看故障主机上的虚拟机是否迁移。
（2）模拟主机硬件故障和测试VMotion阀值。进入VCenter选择主机并设置主机进入维护模式，模拟主机故障，并查看主机上的虚拟机迁移情况。选择一台虚拟机瞬间增加虚拟机的资源使用，查看虚拟机是否迁移以此来合理设置VMotion阀值。
（3）模拟安全故障。进入VCenter选择一台虚拟机做快照，然后登录虚拟机对虚拟机的硬盘或文件进行破坏，导致应用终止，模拟安全故障。最后，通过快照功能迅速恢复，再进入虚拟机查看硬盘、文件和应用是否正常。
三、应用效果分析
通过对学校教学资源服务器的虚拟化架构和实施，服务器资源的利用率得到提升，大幅度降低了资源服务器的管理复杂度，运营成本得到有效控制，实现节能减排。
1.降低管理复杂度，提高部署效率
登录VMware vSphere Client连接VCenter，可以监控所有物理主机、虚拟机和存储资源使用和健康状态。传统方式系统安装一台物理机器的时间大约在30分钟-60分钟之间，而且安装过程中需要人工参与[5]。通过VCenter使用模板部署或克隆进行应用服务部署，时间在5分钟-8分钟，使用“已调度任务”功能，可以按时间计划在无人值守的情况下完成虚拟机电源管理、克隆、部署、迁移、创建和快照的工作，大幅提升管理和部署的效率。 2.服务持续性增强
虚拟环境下的HA和DRS功能实现虚拟机的计划“漂移”，实现服务器硬件故障服务不停，教学服务的持续性大大增强。
3.教学资源服务环境的伸缩性提升
教学资源服务器虚拟化部署后，购置新的服务器后，只需要对服务器进行VMware Esxi部署后加入集群，就可被现有应用服务使用。如果虚拟环境中的服务器老化需要淘汰，可以直接对老旧服务器关机移除，老旧服务器上的应用会自动迁移。教学资源服务环境的伸缩性提升更能适应新的虚拟环境建设需求。
4.运营成本降低，实现节能减排
教学资源服务器虚拟化后，20台服务器能承载现有40多个应用服务或更多应用服务。传统架构下需要40台或更多服务器，按每台服务器功耗500W计算，年耗电为：500W*24*365*40/1000=175200度。而虚拟化后年耗电只有传统架构耗电量的一半，节约电费87600*0.5（元）=4.38万元，再加上制冷费用的节省，大大降低了运营成本，按照每节约一度电减少碳排放1千克计算，一年可减少碳排放约170吨。
四、展望
以信息化示范单位建设为契机，对学校教学资源服务器进行虚拟化架构和实施，提升了硬件设备的使用效率，降低了运营成本，简化了服务器管理的复杂度，提高了应用服务部署的效率，提升了教学服务的持续性和安全性。这只是在教学资源服务上进行的虚拟化尝试，我校还要以此为起点，通过不断的探索和实践来提升学校教育云服务能力。
参考文献：
[1]刘海林.基于VMware的医院服务器虚拟化研究与实践[J].中国医学教育技术，2012，28（3）：302-304.
[2]史梁，蔡豪.VMware服务器虚拟化在高校数据中心的应用[J].昆明冶金高等专科学校学报，2014，30（3）：24-28.
[3]胡嘉玺.虚拟智慧：VMware vSphere运维实录[M].北京：清华大学出版社，2011：17-18.
[4]刘媛媛，高庆一，陈阳.虚拟计算环境下虚拟机资源负载均衡方法[J].计算机工程，2010，36（16）：30-32.
[5]怀进鹏，李沁，胡春明.基于虚拟机的虚拟计算环境研究与设计[J].软件学报，2007，18（8）：2016-2026.
（编辑：鲁利瑞）
关键词：教学资源；虚拟化；服务器
中图分类号：TP393 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2015）22-0089-03
教学资源是学校信息化建设的重点。随着学校信息化建设的不断推进，教学资源种类趋于多元化，容量呈现几何式增长，服务对象由校园师生逐步面向社会大众。这对资源服务器架构和管理提出了新的挑战。
按照传统方式架构和管理资源服务器存在诸多弊端：其一，服务器资源浪费。为保证应用稳定，一台服务器只运行单个应用，多数服务器的资源利用率仅在5%-15%之间[1]，大量的硬件资源被白白浪费；其二，建设和运行成本投入大。增加应用就要增加服务器，这就会加大服务器环境（温度、湿度和供电系统）负载，导致前期建设投资、后期电力消耗和人员管理成本的增高；其三，教学服务稳定性降低。应用分散在各自的服务器上，一旦服务器故障就会导致应用终止而影响正常教学。如何解决这些问题，已经成为保障教育教学和教育信息化投入需要考虑的要素。
一、 学校教学资源服务架构现状
浙江中医药大学资源服务器建设始于2000年，随着学校办学规模的扩大，教学资源服务器的数量到2007年已经从一台医学视频点播服务器增加到20台服务器（多个品牌）和三套存储设备（光存储、直接式存储和网络存储）。服务内容包括精品课程、医学视频点播、教学平台、医学素材库、高校资源库、通识课程以及教育教学的申报系统等。各项应用呈现“孤岛式”布局方式，安装和维护都是单台操作，管理和实施难度很大。随着服务器数量的增加和信息化的深入，系统维护成本不断攀升，安全控制、数据备份和系统迁移困难，投资回报率低、能耗高[2]，集中体现在运营费用、业务持续性和应用安全性三个方面。
VMware是业界领先的虚拟化软件公司。VMware的技术能够简化IT的复杂性，优化运维，它利用虚拟化的强大能力将数据中心转化为显著简化的云技术基础架构，使IT组织能够利用内部和外部资源，安全和低风险地提供新一代灵活可靠的IT服务[3]。将VMware虚拟化技术应用到学校教学资源服务器架构能很好的解决上述问题。
二、虚拟化架构与实施
1.硬件设备及应用服务评估
在对现有教学资源服务器开展虚拟化架构和实施前，要对硬件设备和应用服务进行评估。这有利于虚拟化的架构和实施。
（1）硬件设备评估
对资源服务器进行虚拟化的架构和实施以节约高效为原则，要充分利用现有老旧服务器资源，再合理购置新设备。对现有服务器评估主要是对服务器数量及每个服务器的CPU物理数、逻辑处理器数、处理器类型、内存数、网卡数和磁盘大小进行统计，按高、中和低性能进行分类，见表1。对现有存储进行统计分类，见表2。
（2）应用服务评估
对现有应用服务分类：Web服务、数据库服务、文件服务和视频点播服务，具体见表3。
由于Oracle数据库和NFS主要提供对教学平台的支持，对I/O要求高不适合虚拟化，为保障数据库和文件服务安全做双机热备，其他数据库服务和前端应用全部采用虚拟化架构。
2.虚拟化环境部署
参考表1、2和3并结合对硬件设备和应用服务的评估，采用VMware ESXI5.1软件进行虚拟化部署，见图1。
3.实施
首先，选择两台高性能的HP580G7服务器进行虚拟化，再连接高性能光纤存储DELL SC8000存储，搭建好虚拟化迁移环境。在此基础上使用VMware Converter软件将真实物理服务器上的应用转化为虚拟机并迁移到虚拟化环境中。通过VCenter对迁移的虚拟机进行配置设定并监视虚拟机状态，保持物理机和虚拟机并行一段时间，确定应用正常后再对物理机进行虚拟化，并加入数据中心的对应集群，通过这种方式完成所有应用迁移和物理服务器的虚拟化。
完成上述步骤后，再通过VCenter对虚拟环境进行规划。首先，建立数据中心，然后根据共享存储类型在数据中心中建立集群，然后把主机加入集群并开启集群的HA、 DRS功能并设置VMotion阀值，确保一个小的瞬时负载峰值不会触发无谓的迁移，只有当负载超过设定的阈值持续一段时间后才触发迁移[4]，实现虚拟架构的高可用和资源的动态分配。为保障虚拟环境的高效运行，集群中虚拟机虚拟CPU个数和内存分配不要超过集群主机逻辑CPU总和及内存总和。
4.测试虚拟环境
（1）模拟网络故障。选择一台物理主机，拔掉主机网线，模拟网络故障。进入VCenter查看故障主机上的虚拟机是否迁移。
（2）模拟主机硬件故障和测试VMotion阀值。进入VCenter选择主机并设置主机进入维护模式，模拟主机故障，并查看主机上的虚拟机迁移情况。选择一台虚拟机瞬间增加虚拟机的资源使用，查看虚拟机是否迁移以此来合理设置VMotion阀值。
（3）模拟安全故障。进入VCenter选择一台虚拟机做快照，然后登录虚拟机对虚拟机的硬盘或文件进行破坏，导致应用终止，模拟安全故障。最后，通过快照功能迅速恢复，再进入虚拟机查看硬盘、文件和应用是否正常。
三、应用效果分析
通过对学校教学资源服务器的虚拟化架构和实施，服务器资源的利用率得到提升，大幅度降低了资源服务器的管理复杂度，运营成本得到有效控制，实现节能减排。
1.降低管理复杂度，提高部署效率
登录VMware vSphere Client连接VCenter，可以监控所有物理主机、虚拟机和存储资源使用和健康状态。传统方式系统安装一台物理机器的时间大约在30分钟-60分钟之间，而且安装过程中需要人工参与[5]。通过VCenter使用模板部署或克隆进行应用服务部署，时间在5分钟-8分钟，使用“已调度任务”功能，可以按时间计划在无人值守的情况下完成虚拟机电源管理、克隆、部署、迁移、创建和快照的工作，大幅提升管理和部署的效率。 2.服务持续性增强
虚拟环境下的HA和DRS功能实现虚拟机的计划“漂移”，实现服务器硬件故障服务不停，教学服务的持续性大大增强。
3.教学资源服务环境的伸缩性提升
教学资源服务器虚拟化部署后，购置新的服务器后，只需要对服务器进行VMware Esxi部署后加入集群，就可被现有应用服务使用。如果虚拟环境中的服务器老化需要淘汰，可以直接对老旧服务器关机移除，老旧服务器上的应用会自动迁移。教学资源服务环境的伸缩性提升更能适应新的虚拟环境建设需求。
4.运营成本降低，实现节能减排
教学资源服务器虚拟化后，20台服务器能承载现有40多个应用服务或更多应用服务。传统架构下需要40台或更多服务器，按每台服务器功耗500W计算，年耗电为：500W*24*365*40/1000=175200度。而虚拟化后年耗电只有传统架构耗电量的一半，节约电费87600*0.5（元）=4.38万元，再加上制冷费用的节省，大大降低了运营成本，按照每节约一度电减少碳排放1千克计算，一年可减少碳排放约170吨。
四、展望
以信息化示范单位建设为契机，对学校教学资源服务器进行虚拟化架构和实施，提升了硬件设备的使用效率，降低了运营成本，简化了服务器管理的复杂度，提高了应用服务部署的效率，提升了教学服务的持续性和安全性。这只是在教学资源服务上进行的虚拟化尝试，我校还要以此为起点，通过不断的探索和实践来提升学校教育云服务能力。
参考文献：
[1]刘海林.基于VMware的医院服务器虚拟化研究与实践[J].中国医学教育技术，2012，28（3）：302-304.
[2]史梁，蔡豪.VMware服务器虚拟化在高校数据中心的应用[J].昆明冶金高等专科学校学报，2014，30（3）：24-28.
[3]胡嘉玺.虚拟智慧：VMware vSphere运维实录[M].北京：清华大学出版社，2011：17-18.
[4]刘媛媛，高庆一，陈阳.虚拟计算环境下虚拟机资源负载均衡方法[J].计算机工程，2010，36（16）：30-32.
[5]怀进鹏，李沁，胡春明.基于虚拟机的虚拟计算环境研究与设计[J].软件学报，2007，18（8）：2016-2026.
（编辑：鲁利瑞）