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Abstract：This paper describeed the definiens，characteristics and advantages of virtualization technology，analyzed the problems existing in the management of vocational school network center，compared major virtualization technologies and products，and took Guangdong overseas Chinese Vocational school as an example，put forward the management scheme of network center based on KVM server virtualization technology.
Keywords：virtualization technology； server； KVM； Vmware
1引言
“十三五”期间，国家明确了加快推教育现代化的目标和任务，对推动教育信息化也提出了更高的要求。随着信息技术的不断革新和发展，教育信息化已是大部分中职学校深化教育改革的重要支撑，其网络应用与业务的需求不断增多，对服务器、存储系统、网络设备等IT（Information Technology）基础设施的需求也随之增多，配套的场地环境升级改造、设备运行维护等费用也节节攀升，从而导致中职学校的信息化建设相对滞后。虚拟化技术的出现并应用到学校网络中心机房管理中，为实现节省资金投入、挖掘设备潜力、提高网络设备的运行维护效率等问题提供了合适的解决方案。
2中职学校网络中心机房管理的现状
对于普遍存在教育经费投入不足、技术队伍水平不高的中职学校而言，传统的模式对中职学校网络中心机房管理带来了以下3个突出的问题：①IT资源利用效率不高。当前中职学校的网络应用需求增多、技术复杂，对IT资源的利用存在利用不均衡的情况，如一些服务器部署多个应用程序，或者一台服务器只部署一个应用程序，造成了资源浪费、分配不均、利用效率低，对于资金紧张的中职学校难以承担起高昂的IT设备支出；②网络设备的运维成本较高。服务器的品牌、性能及新旧程度不一致，服务器及应用系统的日常运维难度大、效率低。随着服网络应用及业务的扩展，相应的场地、设备、人员成本也随之上涨；③数据备份和恢复难以实现自动化，工作周期长。由于IT资源不能统一管理，当发生设备故障或网络攻击时，各应用程序的数据存在丢失或篡改的风险，若部署规模较大，则无法保证数据备份和恢复的有效性，工作周期也随之拉长。
3虚拟化技术
3.1什么是虚拟化技术
目前，虚拟化技术（Virtualization Technology，VT）是一种将各种计算及存储资源等进行重组并优化配置的资源管理技术，通过映射或抽象方式将不同的物理资源整合成一个虚拟的“资源池”，突破地域或资源实体结构的限制。应用虚拟化技术主要是为了提高IT源利用效率、简化对资源以及对资源管理的访问，管理员可以按需、动态地调配和管理IT资源。虚拟机（Virtual Machine，VM）指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统，如同1台物理PC，拥有自己虚拟出来的“硬件”设备。
3.2虚拟化技术的分类
按应用领域划分，虚拟化技术可分为服务器虚拟化、应用程序虚拟化、存储虚拟化、桌面虚拟化、网络虚拟化等。本文将着重对其中三种应用广泛的技术进行介绍：
3.2.1服务器虚拟化。指的是将分布在网络中的一台或多台不同的物理服务器经过整合，虚拟成一台或多台的逻辑服务器（集群），不受地理位置和物理结构的影响，把这些物理服务器中的cpu、内存、磁盘和I/O等硬件设备整合起来，形成一个可以灵活、动态管理的“资源池”。
3.2.2应用程序虚拟化。就是采用类似虚拟终端的技术，为应用程序创建一个虚拟的运行环境，应用程序的执行文件和数据放置在一个虚拟程序包，管理员可以将这个“虚拟包”以流媒体形式部署到客户端，还可以动态地进行激活或失效，极大地方便了应用程序的部署、更新和维护。
3.2.3存储虚拟化。就是将一批独立分布的存储设备整合成一个整体，把存储资源的逻辑映射和存储设备分开，并对这些存储资源进行集中管理，也可以任意地動态调配存储资源。这样可以方便管理和有效利用存储空间。
4虚拟化技术产品介绍与比较
当前主流的应用较为广泛的4种虚拟化技术分别是：有VMware公司的VMware vSphere、Citrix公司的XenServer、Microsoft公司的Hyper-V、Red Hat/Novell公司的KVM及相关管理工具。
4.1VMware vSphere以原生架构的ESX/ESXi Server为基础，可以让多台ESX Server并发负担多个虚拟机，能够聚合和全面管理大型基础架构资源池，使其成为一种无缝、灵活、动态的操作環境。它采用的是全虚拟化技术，它的hypervisor直接在硬件上运行，这样可以大幅提升虚拟机运行的稳定性和性能。但VMware vSphere在价格方面缺少优势。
4.2Citrix XenServer是一种开放的、功能强大的服务器虚拟化系统。XenServer采用了半虚拟化和硬件辅助虚拟化相结合的技术，可实现实时迁移、共享存储支持、集中化多节点管理等功能，其“裸机”的特性大幅改善了系统性能和可用性。虽然XenServer是免费虚拟化平台，但Citrix的产品和产品服务分离定价，在大规模部署时还需要购买其他产品服务，价格亦是不菲的。 4.3Hyper-V是Microsoft提出的一款系统管理程序虚拟化技术，其架构为“物理层-Hyper-V-虚拟机”三层，Hypervisor代码轻量且运行在最高的特权级别下，这种架构不需要采用复杂的BT技术，所以安全性和可用性较高，使虚拟机系统性能更接近真实。但是Hyper-V只對Windows Server 2008有较好的支持，对其它版本的windows和Linux只做有限度的支持。
4.4KVM（全称基于内核的虚拟机，Kernel-based Virtual Machine），是一个开源的系统虚拟化模块，它与XenServer一样采用了半虚拟化和硬件辅助虚拟化相结合的技术，但KVM使用Linux自身的调度器进行管理，所以相对XenServer而言其核心代码量较少、稳定性较高。KVM已成为学术界的主流VM之一。
通过以上的技术分析，虚拟化技术对于中职学校网络中心机房管理而言，具有提高IT基础设施的利用效益，降低设备投入和运维成本，提高设备和程序的运行性能和安全性，动态配置IT资源等一系列的技术优势。
5中职学校网络中心机房管理的虚拟化应用实例
下面以广东省华侨职业技术学校为例，介绍网络中心机房管理应用虚拟化技术的解决方案。
5.1虚拟化技术产品的选择
经过前面的比较分析，综合四款虚拟化技术产品在性能、价格等因素，由于KVM是业界广泛应用、稳定性较高的虚拟化平台，且价格低廉，对于中职学校规模较小的网络应用和存储需求是比较合适的方案。因此，确定采用Red Hat的KVM服务器虚拟技术来搭建学校网络中心机房的虚拟化平台。
5.2虚拟化方案设计
本着物尽其用、节约成本的原则，在充分预判学校未来的网络应用和存储需求的情况下，尽量减少硬件设备的投入，对学校现有服务器和网络环境进行优化调整，以达到优化资源配置、提高服务质量、满足对未来的应用需求的目的。因此，本方案设计的虚拟化平台涉及服务器和存储系统的虚拟化，以及平台的管理程序。各服务器和存储等两子系统相对独立但紧密协作，在虚拟化平台管理中心的作用下，提供可靠、稳定、安全的虚拟化服务。系统架构图如下：
5.3服务器虚拟化子系统。服务器虚拟化层是虚拟支撑平台的核心，所有虚拟化支撑平台中的功能都是依赖于服务器虚拟化来实现的。为了更好地适应学校的实际需求，对现有的应用服务器按技术架构进行分类，分析其对资源的需求和功能特性，主要划分为两方面，一是主要用来部署服务教学的应用程序；二是部署管理支持系统，如办公OA、网站、“一卡通”等。教学应用服务器在实施教学活动期间，服务器负载压力会快速增大。因此，按资源利用率的最大峰值把教学应用服务器分为两部分，一是利用率超过30%的应用单独部署一台虚拟机，30%以下的则以服务类型相近为原则部署在不同虚拟机中。
5.4存储虚拟化子系统。该子系统位于虚拟化平台的最底层，提供数据存储及处理服务。按照数据集中存储的原则，虚拟机镜像文件均存放在SAN（Storage Area Network，存储区域网络）存储阵列中。为保证数据的安全性，建立分布式数据库，把应用程序与数据库分开存储，同时采用虚拟机多机备份机制，以降低风险发生时造成的损失。
5.5虚拟化管理平台中心。是管理虚拟机的实体，包括用户管理接口工具C3M和虚拟化平台管理RHEV-M，虚拟化平运行系统软件管理Ret Hat Network Satellite Server和服务器监控管理。
6结束语
广东省华侨职业技术学校通过部署应用虚拟化平台，将原有的5台品牌和性能均不同的服务器整合起来，将13个符合虚拟化条件的应用系统部署到不同的虚拟机，改变了过去“一个应用一台服务器”的传统模式，管理员按照应用需求动态地配置资源并进行管理，大大提高了IT资源的利用率和减低运维成本。得益于信息技术的不断革新，桌面虚拟化、云计算虚拟化将会大量部署，日趋成熟的虚拟化技术将更加注重安全、存储、管理等方面的性能，应用虚拟化技术的成本将大幅降低，这将进一步促进中职学校优化IT资源配置，为学生的自主学习提供更加便利的网络环境和丰富的学习资源。
参考文献：
[1]国家教育部.教育部关于印发《教育信息化“十三五”规划》的通知[EB/OL].http：//www.moe.edu.cn/srcsite/A16/s3342/201606/t20160622_269367.html.
[2]王庆波.虚拟化与云计算[M].电子工业出版社，2009.
[3]刘捷.基于SaaS的IT服务平台的研究和应用[D].北京邮电大学，2009.
[4]任朴生，黄锑儒.浅谈虚拟机在系统维护专业教学中的应用[J].临沧师范高等专科学校学报，2012（1）：112-115.
[5]鐘智.图书馆虚拟化服务器群集高可用性的研究[J].图书馆学研究，2012（15）：38-41.
[6]杨华伟.多平台虚拟化环境集成管理技术研究与实现[D].济南大学，2013.
[7]刘丰.虚拟化技术在中职机房管理中的应用[J].计算机光盘软件与应用，2012（2）：119-120.
[8]朱娟.云计算在高校计算机实验室建设中的应用模式初探[J].科教导刊（上旬刊），2012（10）：219-220.
[9]储久良，李玲.虚拟化技术在高校数据中心的应用[J].实验室研究与探索，2012，31（12）：67-69+70-71.
[10]李斌，胡屹峰.基于KVM的服务器虚拟化环境实现[J].洛阳理工学院学报（自然科学版），2013，23（2）：66-69.
[11]何禹，胡宇鸿，王一波.虚拟化技术在校园网数据中心的应用[J].电子科技大学学报，2007，16（12）：1461-1464.
[12]虚拟化概念入门：从结构剖析虚拟化本质[EB/OL].http：//tech.hexun.com/2009-05-04/117337662.html.
[13]崔泽永，赵会群.基于KVM的虚拟化研究及应用[J].计算机技术与发展，2011，21（6）：109.
Keywords：virtualization technology； server； KVM； Vmware
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“十三五”期间，国家明确了加快推教育现代化的目标和任务，对推动教育信息化也提出了更高的要求。随着信息技术的不断革新和发展，教育信息化已是大部分中职学校深化教育改革的重要支撑，其网络应用与业务的需求不断增多，对服务器、存储系统、网络设备等IT（Information Technology）基础设施的需求也随之增多，配套的场地环境升级改造、设备运行维护等费用也节节攀升，从而导致中职学校的信息化建设相对滞后。虚拟化技术的出现并应用到学校网络中心机房管理中，为实现节省资金投入、挖掘设备潜力、提高网络设备的运行维护效率等问题提供了合适的解决方案。
2中职学校网络中心机房管理的现状
对于普遍存在教育经费投入不足、技术队伍水平不高的中职学校而言，传统的模式对中职学校网络中心机房管理带来了以下3个突出的问题：①IT资源利用效率不高。当前中职学校的网络应用需求增多、技术复杂，对IT资源的利用存在利用不均衡的情况，如一些服务器部署多个应用程序，或者一台服务器只部署一个应用程序，造成了资源浪费、分配不均、利用效率低，对于资金紧张的中职学校难以承担起高昂的IT设备支出；②网络设备的运维成本较高。服务器的品牌、性能及新旧程度不一致，服务器及应用系统的日常运维难度大、效率低。随着服网络应用及业务的扩展，相应的场地、设备、人员成本也随之上涨；③数据备份和恢复难以实现自动化，工作周期长。由于IT资源不能统一管理，当发生设备故障或网络攻击时，各应用程序的数据存在丢失或篡改的风险，若部署规模较大，则无法保证数据备份和恢复的有效性，工作周期也随之拉长。
3虚拟化技术
3.1什么是虚拟化技术
目前，虚拟化技术（Virtualization Technology，VT）是一种将各种计算及存储资源等进行重组并优化配置的资源管理技术，通过映射或抽象方式将不同的物理资源整合成一个虚拟的“资源池”，突破地域或资源实体结构的限制。应用虚拟化技术主要是为了提高IT源利用效率、简化对资源以及对资源管理的访问，管理员可以按需、动态地调配和管理IT资源。虚拟机（Virtual Machine，VM）指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统，如同1台物理PC，拥有自己虚拟出来的“硬件”设备。
3.2虚拟化技术的分类
按应用领域划分，虚拟化技术可分为服务器虚拟化、应用程序虚拟化、存储虚拟化、桌面虚拟化、网络虚拟化等。本文将着重对其中三种应用广泛的技术进行介绍：
3.2.1服务器虚拟化。指的是将分布在网络中的一台或多台不同的物理服务器经过整合，虚拟成一台或多台的逻辑服务器（集群），不受地理位置和物理结构的影响，把这些物理服务器中的cpu、内存、磁盘和I/O等硬件设备整合起来，形成一个可以灵活、动态管理的“资源池”。
3.2.2应用程序虚拟化。就是采用类似虚拟终端的技术，为应用程序创建一个虚拟的运行环境，应用程序的执行文件和数据放置在一个虚拟程序包，管理员可以将这个“虚拟包”以流媒体形式部署到客户端，还可以动态地进行激活或失效，极大地方便了应用程序的部署、更新和维护。
3.2.3存储虚拟化。就是将一批独立分布的存储设备整合成一个整体，把存储资源的逻辑映射和存储设备分开，并对这些存储资源进行集中管理，也可以任意地動态调配存储资源。这样可以方便管理和有效利用存储空间。
4虚拟化技术产品介绍与比较
当前主流的应用较为广泛的4种虚拟化技术分别是：有VMware公司的VMware vSphere、Citrix公司的XenServer、Microsoft公司的Hyper-V、Red Hat/Novell公司的KVM及相关管理工具。
4.1VMware vSphere以原生架构的ESX/ESXi Server为基础，可以让多台ESX Server并发负担多个虚拟机，能够聚合和全面管理大型基础架构资源池，使其成为一种无缝、灵活、动态的操作環境。它采用的是全虚拟化技术，它的hypervisor直接在硬件上运行，这样可以大幅提升虚拟机运行的稳定性和性能。但VMware vSphere在价格方面缺少优势。
4.2Citrix XenServer是一种开放的、功能强大的服务器虚拟化系统。XenServer采用了半虚拟化和硬件辅助虚拟化相结合的技术，可实现实时迁移、共享存储支持、集中化多节点管理等功能，其“裸机”的特性大幅改善了系统性能和可用性。虽然XenServer是免费虚拟化平台，但Citrix的产品和产品服务分离定价，在大规模部署时还需要购买其他产品服务，价格亦是不菲的。 4.3Hyper-V是Microsoft提出的一款系统管理程序虚拟化技术，其架构为“物理层-Hyper-V-虚拟机”三层，Hypervisor代码轻量且运行在最高的特权级别下，这种架构不需要采用复杂的BT技术，所以安全性和可用性较高，使虚拟机系统性能更接近真实。但是Hyper-V只對Windows Server 2008有较好的支持，对其它版本的windows和Linux只做有限度的支持。
4.4KVM（全称基于内核的虚拟机，Kernel-based Virtual Machine），是一个开源的系统虚拟化模块，它与XenServer一样采用了半虚拟化和硬件辅助虚拟化相结合的技术，但KVM使用Linux自身的调度器进行管理，所以相对XenServer而言其核心代码量较少、稳定性较高。KVM已成为学术界的主流VM之一。
通过以上的技术分析，虚拟化技术对于中职学校网络中心机房管理而言，具有提高IT基础设施的利用效益，降低设备投入和运维成本，提高设备和程序的运行性能和安全性，动态配置IT资源等一系列的技术优势。
5中职学校网络中心机房管理的虚拟化应用实例
下面以广东省华侨职业技术学校为例，介绍网络中心机房管理应用虚拟化技术的解决方案。
5.1虚拟化技术产品的选择
经过前面的比较分析，综合四款虚拟化技术产品在性能、价格等因素，由于KVM是业界广泛应用、稳定性较高的虚拟化平台，且价格低廉，对于中职学校规模较小的网络应用和存储需求是比较合适的方案。因此，确定采用Red Hat的KVM服务器虚拟技术来搭建学校网络中心机房的虚拟化平台。
5.2虚拟化方案设计
本着物尽其用、节约成本的原则，在充分预判学校未来的网络应用和存储需求的情况下，尽量减少硬件设备的投入，对学校现有服务器和网络环境进行优化调整，以达到优化资源配置、提高服务质量、满足对未来的应用需求的目的。因此，本方案设计的虚拟化平台涉及服务器和存储系统的虚拟化，以及平台的管理程序。各服务器和存储等两子系统相对独立但紧密协作，在虚拟化平台管理中心的作用下，提供可靠、稳定、安全的虚拟化服务。系统架构图如下：
5.3服务器虚拟化子系统。服务器虚拟化层是虚拟支撑平台的核心，所有虚拟化支撑平台中的功能都是依赖于服务器虚拟化来实现的。为了更好地适应学校的实际需求，对现有的应用服务器按技术架构进行分类，分析其对资源的需求和功能特性，主要划分为两方面，一是主要用来部署服务教学的应用程序；二是部署管理支持系统，如办公OA、网站、“一卡通”等。教学应用服务器在实施教学活动期间，服务器负载压力会快速增大。因此，按资源利用率的最大峰值把教学应用服务器分为两部分，一是利用率超过30%的应用单独部署一台虚拟机，30%以下的则以服务类型相近为原则部署在不同虚拟机中。
5.4存储虚拟化子系统。该子系统位于虚拟化平台的最底层，提供数据存储及处理服务。按照数据集中存储的原则，虚拟机镜像文件均存放在SAN（Storage Area Network，存储区域网络）存储阵列中。为保证数据的安全性，建立分布式数据库，把应用程序与数据库分开存储，同时采用虚拟机多机备份机制，以降低风险发生时造成的损失。
5.5虚拟化管理平台中心。是管理虚拟机的实体，包括用户管理接口工具C3M和虚拟化平台管理RHEV-M，虚拟化平运行系统软件管理Ret Hat Network Satellite Server和服务器监控管理。
6结束语
广东省华侨职业技术学校通过部署应用虚拟化平台，将原有的5台品牌和性能均不同的服务器整合起来，将13个符合虚拟化条件的应用系统部署到不同的虚拟机，改变了过去“一个应用一台服务器”的传统模式，管理员按照应用需求动态地配置资源并进行管理，大大提高了IT资源的利用率和减低运维成本。得益于信息技术的不断革新，桌面虚拟化、云计算虚拟化将会大量部署，日趋成熟的虚拟化技术将更加注重安全、存储、管理等方面的性能，应用虚拟化技术的成本将大幅降低，这将进一步促进中职学校优化IT资源配置，为学生的自主学习提供更加便利的网络环境和丰富的学习资源。
参考文献：
[1]国家教育部.教育部关于印发《教育信息化“十三五”规划》的通知[EB/OL].http：//www.moe.edu.cn/srcsite/A16/s3342/201606/t20160622_269367.html.
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[10]李斌，胡屹峰.基于KVM的服务器虚拟化环境实现[J].洛阳理工学院学报（自然科学版），2013，23（2）：66-69.
[11]何禹，胡宇鸿，王一波.虚拟化技术在校园网数据中心的应用[J].电子科技大学学报，2007，16（12）：1461-1464.
[12]虚拟化概念入门：从结构剖析虚拟化本质[EB/OL].http：//tech.hexun.com/2009-05-04/117337662.html.
[13]崔泽永，赵会群.基于KVM的虚拟化研究及应用[J].计算机技术与发展，2011，21（6）：109.