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摘要：虚拟化技术作为计算机技术中的热点之一，备受关注。该文主要讨论什么是虚拟化技术以及虚拟化技术在高校信息化建设中的具体应用。
关键词：虚拟化；校园信息化；数据中心；虚拟实验教学平台
中图分类号：TP399文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)31-
The Application of Virtualization Technology in Universities Information
LIU Jian-feng
(China Pharmaceutical University, Nanjing 210009, China)
Abstract: Virtualization technology as one of the hot technology of computer, cause for concern. This article focuses on what is virtualization, and the specific application of virtualization technology in the University information.
Key words: virtualization; campus information; data center; virtual experiment platform for teaching
随着高校信息化建设的迅猛发展，各种信息化的应用已深入教学、科研、学习、日常生活的方方面面。与此同时，高校网络中心的运维压力也越来越大，特别是重要服务的中断，将会造成严重的后果。笔者认为将虚拟化技术应用于高校信息化建设，可以解决这一困境，并将降低软硬件的建设和运维成本、提高资源利用率、促进教学改革，提高数字化校园建设的水平。
1 什么是虚拟化
“虚拟化是一种方法，本质上讲是指从逻辑角度而不是物理角度来对资源进行配置，是单一的逻辑角度来看待不同的物理资源的方法。”[1]虚拟化其实就是隐藏物理设备，呈现给用户的是虚拟出来的逻辑设备。虚拟化技术主要有包括拆分、整合、迁移。拆分就是某台性能很好的服务器执行某项简单任务时，为了提高设备利用率，可以将其拆分成多台逻辑上的计算机，供其它客户端使用。整合就是如果有很多普通的计算机、服务器，需要完成高性能计算等任务时，应该将多台计算机整合为一台虚拟的计算机，以便满足该服务的要求。迁移技术是将本地资源利用网络提供给远程的客户端使用，或将某台逻辑服务器的一些闲置资源提提供给另一台逻辑上的服务器，以提高该设备的性能。
2 虚拟化在高校中的应用
2.1 高校网络建设存在的主要问题
笔者认为目前很多高校数字化校园建设，一味求“大”求“快”，缺乏统一、长远的规划，主要表现在以下方面：
2.1.1 盲目扩大投入，设备利用率低
随着高校越来越重视信息化建设，各院系、部门都在购买软硬件设备，建设自己的信息系统。学校缺乏统一规划、整合，从全校层面上看，每套信息系统都要单独采购软硬件设备，投入越来越大，资源利用度却很低，造成较大浪费。
2.1.2 运营成本增加。
因为硬件设备分散在各个校区，各个部门，导致运维工作量很繁重，多数院系根本没有专业的维护人员，而学校信息部门的工作人员也不可能有时间和精力维护整个学校的信息系统。
2.1.3 数据很难共享，无法统一备份。
分散的机房和服务器，导致安全保障措施无法做到很全面。数据中心分散在各院部，很多系统没有有效的备份机制，一旦出现问题，可能都是灾难性的事故。
2.2 虚拟化技术在高校应用的优势
2.2.1 节省投入费用，设备利用率很高
“对于用户，虚拟化技术实现了软件跟硬件的分离，用户不需要考虑后台的具体硬件实现，而只需在虚拟层环境上运行自己的系统和软件。而这些系统和软件在运行时，也似乎跟后台的物理平台无关。”[1]也就是说所有的硬件资源，如CPU、内存等都是动态的划分，某项服务需求多一点，就多划分一些资源。某项服务暂时不需要，就少划分一些资源。所以利用虚拟化技术构建数据中心平台，几乎不必再购买其他的服务器、存储设备，只有等资源过载时，再添加一些硬件设备就可以了。
2.2.2 运营成本降低，运维管理方便
因为所有的服务器集中在一起，采用虚拟化软件可以保证所有在虚拟化应用中的服务器实现7×24小时不间断运行，可以实现一般的硬件服务器宕机后所有应用都能继续运行的目的。也就是说，硬件发生故障，并不会影响信息系统的正常使用，管理员有充足的时间更换、维修硬件，当虚拟主机软件出现问题，只要管理员把备份的镜像恢复就可以了。
2.2.3 数据可以共享，数据安全可靠
数据保存在云数据中心，使用者必须拥有对数据拥有相应的访问、使用权限，才能完成具体操作。数据中心的存储系统、虚拟住机、数据库、操作系统、应用系统都会在各个访问入口配有软硬件的防火墙或入侵检测系统，层层把关做好访问控制；作好数据备份、异地容灾等；构建监控系统，做好对异常情况的监测、检测。
3 虚拟化数据中心的硬件架构与部署方案：
3.1 存储虚拟化
高效为了建设数据中心，一般都已经购买了一些存储系统。为了把旧有的存储系统给利用起来，并且把新购买基于分布式或网格存储架构的存储系统给整合起来。这就需要通过存储虚拟化管理软件，把以前原有的存储以及新购买的存储合并在一起，并进行虚拟化，方便让虚拟机中的软件进行使用。建设虚拟存储后，不需要再考虑后端物理存储设备，因为服务器及其应用系统看到的都是其物理设备的逻辑映像。系统管理员只需专注于管理存储空间，存储管理变得轻松简单。用户更加不必关心存储设备的物理架构，所有的设备将在后台统一分配、管理、备份等。
3.2 服务器虚拟化
3.2.1 服务器虚拟划主要包括硬件服务器和虚拟化软件。
硬件服务器分为塔式服务器、机架式服务器、刀片式服务器。塔式服务器因占地面积较大，使用不方便，在高校中使用越来越少。下面比较一下刀片服务器和机架式服务器在虚拟化方面各自的优势：
1) 刀片服务器的优势：刀片服务器节省空间、便于管理。普通的双机热备两台机器之间的内存数据不能做到共享，这就意味着如果主机出现故障出现双机的资源转移时，内存中的数据将会丢失。刀片服务器采用的是一主多备的方式，同时所有内存中的数据由于是共享的，因此即使出现故障需要进行转移时，内存中的数据也不会丢失。刀片服务器可以做到，刀片服务器组群中大部分出现故障，这些虚拟机上的应用也可以继续运行。
2) 机架式服务器的优势：由于刀片空间的限制，内部无法进行 PCI 设备的扩展，而虚拟化主要的性能指标在于CPU，内存和网络，机架服务器可以很容易扩展多块网卡或内存，在虚拟化所关注的几个重要指标比刀片设备容易提升。
3.2.2 服务器虚拟化技术介绍（虚拟化软件XEN、KVM、VMWare）
1) Xen最初由剑桥大学的研究人员研制开发。Xen采用由IBM VM/370发起的“whole machine”虚拟化技术，但是做了一定的修改，虚拟机管理器为上层虚拟机给出与底层硬件设备略微不同的抽象层。
2) KVM是指基于Linux内核（Kernel-based）的虚拟机（Virtual Machine）。2006年10月，由以色列的一个称为“Qumranet”的开源组织提出了一种新的“虚拟机”实现方案，他们称为“Kernel-based Virtual Machine”（即KVM），也称为“内核虚拟机。直接嵌入Linux内核，借助Linux内核现成的调度与内存管理机制，小巧玲珑，使用方便；它被直接吸收进即将Linux内核。它的思想最大特点就是“Linux 内核就是虚拟机”。
3) VMware vSphere v4是VMWARE VMware Infrastructure 新的产品名称，主要可被为两部分：其一是VMM（虚拟化管理器）部分，VMware ESX 4，其二是用于整合和管理VMM的VMware vCenter。
4 虚拟化技术在高校应用的典型案例
4.1建设高校网站群平台
高校各个部门都走自己的二级网站和信息系统。如果每个二级网站都占用一台单独服务器，势必造成极大的浪费。多个网站混用在一台设备上，因为操作系统、需要的组件都不相同，经常会有产生各种冲突。而且有一个网站有漏洞，被攻击，整台服务器上的二级网站都会出现问题。如果使用了虚拟化技术的平台后，只要给每个网站划分一个虚拟主机即可，每个二级网站就像单独拥有一台服务器一样，互不干扰。某段时间，访问量小的网站，占用的资源也相对较少。而这段时间访问量高的网站就多占用些资源，划分非常灵活。
4.2 建设虚拟实验教学平台
很多高校为了节省费用、提高教学质量都在建设虚拟实验平台。虚拟实验平台需要投入大量的硬件设备，比如每个学生都需要分配一台计算机作为客户端，数据中心也需要有性能很高的服务器和以及备份系统。否则，一旦硬件或软件发生故障，实验课程便无法继续。所以高昂的费用使很多院系都望而却步。应用利用虚拟化技术建设实验平台则不必另建服务器，只要在上课时虚拟一些虚拟机提供服务就可以了，下课后资源即可收回。软件也不用担心发生故障，我们可以把镜像备份在存储中，一旦出现故障随时恢复。我们也不必为每位学生都配备电脑，这些资源都整合在了一台或多台服务器主机上，客户机只需有一些鼠标、键盘、显示器等这样的输入、输出选件，各种操作都在服务器上完成。
5 小结
虚拟化技术的应用，使学校的数据中心建设会更加的科学化、规范化；建设、运维成本大幅度降低，安全性却大幅度提高。笔者认为以虚拟化技术构建数据中心平台会，在高校信息化建设中会成为一种趋势。
参考文献：
[1] 王洪亮.虚拟化技术与应用[J].科技浪潮,2007(8):23.
收稿日期：2011-09-20
参考文献：将虚拟实验平台应用于药学实验教学的研究（技术应用重点课题，编号：19627）
作者简介：刘剑锋（1978-），男，江苏南京人，实验师，硕士，现任中国药科大学网络中心主任，主要研究方向为校园信息化建设和网络技术。
关键词：虚拟化；校园信息化；数据中心；虚拟实验教学平台
中图分类号：TP399文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)31-
The Application of Virtualization Technology in Universities Information
LIU Jian-feng
(China Pharmaceutical University, Nanjing 210009, China)
Abstract: Virtualization technology as one of the hot technology of computer, cause for concern. This article focuses on what is virtualization, and the specific application of virtualization technology in the University information.
Key words: virtualization; campus information; data center; virtual experiment platform for teaching
随着高校信息化建设的迅猛发展，各种信息化的应用已深入教学、科研、学习、日常生活的方方面面。与此同时，高校网络中心的运维压力也越来越大，特别是重要服务的中断，将会造成严重的后果。笔者认为将虚拟化技术应用于高校信息化建设，可以解决这一困境，并将降低软硬件的建设和运维成本、提高资源利用率、促进教学改革，提高数字化校园建设的水平。
1 什么是虚拟化
“虚拟化是一种方法，本质上讲是指从逻辑角度而不是物理角度来对资源进行配置，是单一的逻辑角度来看待不同的物理资源的方法。”[1]虚拟化其实就是隐藏物理设备，呈现给用户的是虚拟出来的逻辑设备。虚拟化技术主要有包括拆分、整合、迁移。拆分就是某台性能很好的服务器执行某项简单任务时，为了提高设备利用率，可以将其拆分成多台逻辑上的计算机，供其它客户端使用。整合就是如果有很多普通的计算机、服务器，需要完成高性能计算等任务时，应该将多台计算机整合为一台虚拟的计算机，以便满足该服务的要求。迁移技术是将本地资源利用网络提供给远程的客户端使用，或将某台逻辑服务器的一些闲置资源提提供给另一台逻辑上的服务器，以提高该设备的性能。
2 虚拟化在高校中的应用
2.1 高校网络建设存在的主要问题
笔者认为目前很多高校数字化校园建设，一味求“大”求“快”，缺乏统一、长远的规划，主要表现在以下方面：
2.1.1 盲目扩大投入，设备利用率低
随着高校越来越重视信息化建设，各院系、部门都在购买软硬件设备，建设自己的信息系统。学校缺乏统一规划、整合，从全校层面上看，每套信息系统都要单独采购软硬件设备，投入越来越大，资源利用度却很低，造成较大浪费。
2.1.2 运营成本增加。
因为硬件设备分散在各个校区，各个部门，导致运维工作量很繁重，多数院系根本没有专业的维护人员，而学校信息部门的工作人员也不可能有时间和精力维护整个学校的信息系统。
2.1.3 数据很难共享，无法统一备份。
分散的机房和服务器，导致安全保障措施无法做到很全面。数据中心分散在各院部，很多系统没有有效的备份机制，一旦出现问题，可能都是灾难性的事故。
2.2 虚拟化技术在高校应用的优势
2.2.1 节省投入费用，设备利用率很高
“对于用户，虚拟化技术实现了软件跟硬件的分离，用户不需要考虑后台的具体硬件实现，而只需在虚拟层环境上运行自己的系统和软件。而这些系统和软件在运行时，也似乎跟后台的物理平台无关。”[1]也就是说所有的硬件资源，如CPU、内存等都是动态的划分，某项服务需求多一点，就多划分一些资源。某项服务暂时不需要，就少划分一些资源。所以利用虚拟化技术构建数据中心平台，几乎不必再购买其他的服务器、存储设备，只有等资源过载时，再添加一些硬件设备就可以了。
2.2.2 运营成本降低，运维管理方便
因为所有的服务器集中在一起，采用虚拟化软件可以保证所有在虚拟化应用中的服务器实现7×24小时不间断运行，可以实现一般的硬件服务器宕机后所有应用都能继续运行的目的。也就是说，硬件发生故障，并不会影响信息系统的正常使用，管理员有充足的时间更换、维修硬件，当虚拟主机软件出现问题，只要管理员把备份的镜像恢复就可以了。
2.2.3 数据可以共享，数据安全可靠
数据保存在云数据中心，使用者必须拥有对数据拥有相应的访问、使用权限，才能完成具体操作。数据中心的存储系统、虚拟住机、数据库、操作系统、应用系统都会在各个访问入口配有软硬件的防火墙或入侵检测系统，层层把关做好访问控制；作好数据备份、异地容灾等；构建监控系统，做好对异常情况的监测、检测。
3 虚拟化数据中心的硬件架构与部署方案：
3.1 存储虚拟化
高效为了建设数据中心，一般都已经购买了一些存储系统。为了把旧有的存储系统给利用起来，并且把新购买基于分布式或网格存储架构的存储系统给整合起来。这就需要通过存储虚拟化管理软件，把以前原有的存储以及新购买的存储合并在一起，并进行虚拟化，方便让虚拟机中的软件进行使用。建设虚拟存储后，不需要再考虑后端物理存储设备，因为服务器及其应用系统看到的都是其物理设备的逻辑映像。系统管理员只需专注于管理存储空间，存储管理变得轻松简单。用户更加不必关心存储设备的物理架构，所有的设备将在后台统一分配、管理、备份等。
3.2 服务器虚拟化
3.2.1 服务器虚拟划主要包括硬件服务器和虚拟化软件。
硬件服务器分为塔式服务器、机架式服务器、刀片式服务器。塔式服务器因占地面积较大，使用不方便，在高校中使用越来越少。下面比较一下刀片服务器和机架式服务器在虚拟化方面各自的优势：
1) 刀片服务器的优势：刀片服务器节省空间、便于管理。普通的双机热备两台机器之间的内存数据不能做到共享，这就意味着如果主机出现故障出现双机的资源转移时，内存中的数据将会丢失。刀片服务器采用的是一主多备的方式，同时所有内存中的数据由于是共享的，因此即使出现故障需要进行转移时，内存中的数据也不会丢失。刀片服务器可以做到，刀片服务器组群中大部分出现故障，这些虚拟机上的应用也可以继续运行。
2) 机架式服务器的优势：由于刀片空间的限制，内部无法进行 PCI 设备的扩展，而虚拟化主要的性能指标在于CPU，内存和网络，机架服务器可以很容易扩展多块网卡或内存，在虚拟化所关注的几个重要指标比刀片设备容易提升。
3.2.2 服务器虚拟化技术介绍（虚拟化软件XEN、KVM、VMWare）
1) Xen最初由剑桥大学的研究人员研制开发。Xen采用由IBM VM/370发起的“whole machine”虚拟化技术，但是做了一定的修改，虚拟机管理器为上层虚拟机给出与底层硬件设备略微不同的抽象层。
2) KVM是指基于Linux内核（Kernel-based）的虚拟机（Virtual Machine）。2006年10月，由以色列的一个称为“Qumranet”的开源组织提出了一种新的“虚拟机”实现方案，他们称为“Kernel-based Virtual Machine”（即KVM），也称为“内核虚拟机。直接嵌入Linux内核，借助Linux内核现成的调度与内存管理机制，小巧玲珑，使用方便；它被直接吸收进即将Linux内核。它的思想最大特点就是“Linux 内核就是虚拟机”。
3) VMware vSphere v4是VMWARE VMware Infrastructure 新的产品名称，主要可被为两部分：其一是VMM（虚拟化管理器）部分，VMware ESX 4，其二是用于整合和管理VMM的VMware vCenter。
4 虚拟化技术在高校应用的典型案例
4.1建设高校网站群平台
高校各个部门都走自己的二级网站和信息系统。如果每个二级网站都占用一台单独服务器，势必造成极大的浪费。多个网站混用在一台设备上，因为操作系统、需要的组件都不相同，经常会有产生各种冲突。而且有一个网站有漏洞，被攻击，整台服务器上的二级网站都会出现问题。如果使用了虚拟化技术的平台后，只要给每个网站划分一个虚拟主机即可，每个二级网站就像单独拥有一台服务器一样，互不干扰。某段时间，访问量小的网站，占用的资源也相对较少。而这段时间访问量高的网站就多占用些资源，划分非常灵活。
4.2 建设虚拟实验教学平台
很多高校为了节省费用、提高教学质量都在建设虚拟实验平台。虚拟实验平台需要投入大量的硬件设备，比如每个学生都需要分配一台计算机作为客户端，数据中心也需要有性能很高的服务器和以及备份系统。否则，一旦硬件或软件发生故障，实验课程便无法继续。所以高昂的费用使很多院系都望而却步。应用利用虚拟化技术建设实验平台则不必另建服务器，只要在上课时虚拟一些虚拟机提供服务就可以了，下课后资源即可收回。软件也不用担心发生故障，我们可以把镜像备份在存储中，一旦出现故障随时恢复。我们也不必为每位学生都配备电脑，这些资源都整合在了一台或多台服务器主机上，客户机只需有一些鼠标、键盘、显示器等这样的输入、输出选件，各种操作都在服务器上完成。
5 小结
虚拟化技术的应用，使学校的数据中心建设会更加的科学化、规范化；建设、运维成本大幅度降低，安全性却大幅度提高。笔者认为以虚拟化技术构建数据中心平台会，在高校信息化建设中会成为一种趋势。
参考文献：
[1] 王洪亮.虚拟化技术与应用[J].科技浪潮,2007(8):23.
收稿日期：2011-09-20
参考文献：将虚拟实验平台应用于药学实验教学的研究（技术应用重点课题，编号：19627）
作者简介：刘剑锋（1978-），男，江苏南京人，实验师，硕士，现任中国药科大学网络中心主任，主要研究方向为校园信息化建设和网络技术。