虚拟机在校园网服务器建设中的应用——以VMware ESX Server为例

☆陈钺

（吉林省电化教育馆，吉林长春 130022）

随着教育信息化的深入，网络与教学的结合越来越紧密，校园网的建设得到了教育界的普遍重视。经过多年的积累，校园网的硬件建设已达到相当规模，绝大部分学校都建立了自己的网站，并逐步开发出大量的业务系统，各地校园网的建设重心已经从以硬件为核心的基础建设逐渐转变为以软件为核心的应用建设。如何规划、建设和管理好这些系统，用最低的成本、最高效的手段支撑这些系统，并保障其安全、稳定、高效率地运行，是摆在各学校面前的一个重要课题。本文将着重介绍以虚拟机技术为基础，有效地管理和配置校园网服务器各应用系统的硬件资源，提高服务器的利用率、管理效率，增强其可用性和安全性的手段和方法。

一、虚拟机概述

虚拟机（Virtual Machine）是指通过软件模拟的、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。通过虚拟机软件，用户在一台物理计算机（以下简称物理机）上模拟出一台或多台虚拟的计算机，这些虚拟机完全像真正的物理机那样工作，能够进行操作系统和应用程序的安装。

对于用户而言，虚拟机只是运行在物理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。安装在同一台物理机上的多个虚拟机是相对独立的，尽管它们共用同一套硬件设备，但是它们在软件层面上不会互相影响，各个虚拟机中可以安装不同的操作系统，使用不同的应用软件，完成独立的功能和应用，如果其中一个系统出现问题甚至崩溃，也不会对这个物理机上的其他虚拟机造成任何影响。

二、当前校园网服务器建设中面临的问题

校园网除了包含学校网站外，还包括众多业务系统，如：教务管理、资源平台、数字图书馆、选修课报名、点播、电视直播、监控、招生考试等。这些系统丰富了校园网的功能，同时也对校园网服务器的建设与管理提出了新的要求。由于各系统复杂多样，对服务器性能、操作系统、数据库、存储、备份甚至是安全管理等方面的需求存在差异，因此，如何将这些系统有效地整合，更方便地管理，在解决不同系统之间的兼容性，保障其应用的前提下降低成本，合理地配置服务器资源就显得尤为重要。

传统的校园服务器建设有两种方式：其一，安装大量的服务器，保证各应用系统的独立性，这种管理方式缺点在于耗费了大量的资金，每个系统的硬件资源却不能有效利用；其二，多个系统安装在同一个服务器上，靠管理员的经验来配置资源，缺点是性能的稳定性很难保障，兼容性问题频出，系统更新升级更是小心翼翼，一旦系统出现故障，数据的备份和系统的恢复都需要大量时间和人力。因此，需要引入新的方法和手段来解决这些问题。虚拟机的出现，为这些问题的解决提供了可能。

三、虚拟机在校园网服务器建设中的优势

虚拟机的安装、配置和管理都比较方便，尤其是部署后的日常管理，更是体现出其巨大优势。虚拟机能够非常方便地迁移、更新、备份和恢复，能够最大限度地利用和分配硬件资源，节约成本，同时也能够很方便地实现高可用性集群（HA）。

（一）节省了大量的物理机

通过将各应用系统统一部署到虚拟机中，将数台服务器承担的工作集中分配到1台服务器上，而且各应用系统之间相互独立、互不影响，且没有兼容性问题。多个操作系统可同时在同一台物理机上运行，减少了物理机的投入量，每个操作系统都有自己独立的一个虚拟机，就如同网络上一个独立的服务器。

（二）提高了服务器资源利用率

以往，当服务器只安装了一个应用系统时，系统的主要资源如：CPU、内存和硬盘等，总有一定的余量，而这些余量无法再被利用。通过虚拟机技术，能够充分地利用服务器的硬件资源，将剩余的系统资源分配给其他系统使用。同时，剩余的系统资源也可以留给各类测试系统使用，降低了成本。

（三）提高了管理效率

在非虚拟机架构的情况下，如果各应用系统共用1台服务器，由于各系统的运行环境有差异，兼容性问题十分突出。一旦一个应用系统出问题，系统需要重新安装和配置，那么，服务器上所有的系统都要全部重新备份、安装、配置和更新，大大增加了工作量，影响了管理维护效率。

（四）增加系统的稳定性和安全性

利用虚拟机的相关管理工具，可以很方便地对各个应用系统实行监控，了解系统的运行状况，及时做出调整，增强了系统的稳定性。通过动态迁移、虚拟机备份等手段，不仅能有效地保护各应用系统的基础数据，同时可方便地保存该应用系统的系统配置和操作系统配置。

四、虚拟机在校园网服务器建设中的应用

本文以VMware ESX Server为例，介绍虚拟机在校园网服务器建设中的应用。

（一）建立虚拟机，动态分配系统资源

网络技术、通信技术的发展对校园网建设中的硬件设备性能不断提出新的要求，传统的校园网建设方式都是用大量资金购买多个服务器，以增大硬件投入来满足技术更新的需求。但是，这种方式带来了新的难题：一方面，技术的更新是日新月异的，一次性投入，往往跟不上需求的变化；另一方面，如果一次性增大的硬件投入超过了需求量，则会造成大量的资金浪费，而这些硬件资源一旦经过长时间的闲置，就会出现硬件性能不符合新的技术要求的情况。利用虚拟机技术，最大限度地分配现有资源，尤其是动态利用和共享资源，能够提高资源利用率。初次使用 VMware ESX Server建立新的虚拟机，分配服务器资源，步骤如下：

（1）做好前期准备工作，如：Ip地址分配、物理机及虚拟机的命名规则、硬件系统资源分配方案等。

（2）用安装光盘在物理机上安装ESX Server。

（3）在管理计算机上安装远程管理工具VMware vSphere Client。

（4）建立新的虚拟机，通过VMware vSphere Client登录ESX Server服务器，根据应用系统的需要建立虚拟机，并合理分配服务器资源，重点关注CPU、内存和硬盘资源的分配。

（二）虚拟机的迁移提高系统可用性

在校园网服务器管理中，硬件故障或者软件故障导致的应用中断是不可避免的，如何最大限度地保障系统的可用性、降低故障率、出现故障后能尽快处理是管理工作中的一大难题。以往的服务器管理中，重新安装一台服务器需要备份数据、重新安装、软件配置和调试等一系列工作，耗费很长时间，最后还要将备份的数据恢复，整个过程非常耗时，降低了系统的可用性。而利用虚拟机，可以将重新安装一台服务器的过程变成一个简单的数据导入的过程，相当便捷。尤其是维护故障服务器，通过导入以前备份的虚拟机，操作系统、系统配置和数据就会一并恢复。

1.迁移物理机上应用系统到虚拟机

使用VMware Converter工具迁移基于Windows的应用系统，即把物理机系统转化为一个虚拟机映像文件。基于Windows的应用系统可以热迁移，即不关机直接将应用系统转移到运行ESX Server的虚拟机上；基于Linux的应用系统只能冷迁移，即重新启动后用Converter Boot CD引导，进入基于WinPE的界面，设置网卡Ip地址和指定ESX Server后进行迁移。

2.虚拟机导入导出

在某些情况下，如：更换设备、增加备份、重新分配资源等，需要将虚拟机从一台服务器复制或者迁移到另一台服务器，这样就需要通过从存储中导出虚拟机，再导入到新的物理机上来实现。

可通过VMware vSphere Client登录虚拟机管理界面，在数据存储中选中这台虚拟机，单击“导出”，选择相应的目录即可，导出的数据以文件形式存储在计算机中。如果要将这个本地的虚拟机文件上传至某台物理机上，则按照同样的方式登录，选中这个虚拟机文件，单击“导入”即可。虚拟机无法在运行的过程中导出，如果需要导出，需要先将虚拟机关闭或者挂起。但是，挂起虚拟机存在风险，如果将该虚拟机导入到另一台主机上，若这台主机的CPU与原主机CPU差别较大，可能无法启动，所以，建议在关闭状态下导出虚拟机。

（三）虚拟机的备份和恢复防止数据丢失

校园网的内容繁多，数据的保存尤为重要，经过长期积累的数据需要定期备份，仅靠虚拟机导出的备份方式对于数据长期无多大更新的系统较为有用，但是，对于数据长期变化很大的系统来说则很不方便。因此，必须引入数据备份和恢复的机制。和物理机上的应用系统一样，虚拟机系统也有一整套数据备份和恢复工具，方便数据中心进行备份和恢复工作。

虚拟机的备份内容包括虚拟磁盘、裸设备映射（Raw Device Mapping，RDM）、配置文件等等。与物理机一样，虚拟机数据也必须定期备份以防止由于人为或者技术错误造成的潜在损坏和丢失。一般情况下，虚拟机的备份计划，在映像级别，要定期为操作系统执行备份；在文件级别，要定期备份各硬盘驱动器上的文件。

执行备份时，需要使用备份软件中的三个组件：备份客户端（备份代理）、备份服务器和调度程序。将备份客户端部署到需要备份服务的每个系统，然后可以定期调度自动备份。利用VMware Consolidated Backup与SAN存储器配合使用，则可以为ESX Server上运行的虚拟机提供卸载的无影响备份。同时，Consolidated Backup可以帮助用户从虚拟磁盘内部执行整个虚拟机的映像级还原或文件的文件级还原，从而根据需要定制还原的状态，实现数据恢复。

（四）创建高可用性（HA）集群，降低建设成本

校园网在学校日常工作管理中扮演着重要的角色，教务管理、信息发布、报名等一系列的工作离不开校园网的支持。在每年的特定时期，招生、考试等工作会在短时间内让校园网的负荷徒增，从而对系统的性能、速度、安全性和稳定性等方面都提出了新的要求。因此，学校需要在特定的时间内进行系统的升级。然而，这类应用往往具有一定的时效性，可能在一年之中只使用两个月，如果配置大量软硬件设备而每年只用两个月时间，则系统资源浪费太严重。这样，如何在需要的时候最大限度调度已有资源，完成工作后再将这些资源分配到其他应用中使用成为信息管理工作中的难题。在传统的资源配置方案中，如：分布式系统、基于服务器的高可用集群、基于软件的高可用集群等等，要么投入太高，要么管理复杂，要么效果不理想。利用虚拟机创建高可用性集群的方案为我们提供了一种新的解决方法。

利用虚拟机创建高可用性（HA）集群，可以在较短的时间内大幅提升系统性能。虚拟化架构创建的高可用性集群，与传统的双机热备比较具有很多优势。它可以降低设备的采购成本，提高资源的利用率，提高业务系统的可用性，增强业务的连续性。

创建HA集群，需要在安装完ESX Server和VSphere client后，在一台服务器上安装VCenter Server。Server是配置、管理IT环境的中央点，通过此软件可以建立数据中心及集群，从而实现 HA、DRS、FT等多种功能。VCenter Server能够管理中心内多个虚拟机系统，并对其进行监控和动态资源的调配，因此，要尽量部署在独立的服务器上，以保证其性能和稳定性。

通过VCenter Server控制台登陆后，选择“新建数据中心”，并根据事先的规划添加相应的虚拟机，再根据需要为主机附加存储，最后创建VMware HA。VMware HA可以将虚拟机及其所驻留的主机集中在集群内，从而为虚拟机提供高可用性。集群中的主机均会受到监控，如果发生故障，故障主机上的虚拟机在备用主机上重新启动。通过VMwareHA和DistributedResourceScheduler（DRS） 相结合，可将自动故障切换与负载平衡结合起来。这种结合可在VMware HA将虚拟机移至其他主机后更快地平衡虚拟机。VMware HA具有非常强大的方便实用的功能，当ESX Server主机发生硬件故障时，将为故障切换容量范围内所有正在运行的虚拟机提供自动故障切换；利用DRS在故障切换后提供动态的、智能的资源分配和虚拟机优化；可利用VCenter Server进行监控，确保该容量总是可用的，以便重启所有受服务器故障影响的虚拟机；能不间断地监控容量利用率，并“预留”备用容量以便能够重启虚拟机。

五、结束语

虚拟机的出现，为校园网服务器的建设与管理带来了新的手段，其核心就是通过整合硬件和提高服务器利用率降低IT成本，从单一控制点管理逐渐转变为自动化虚拟基础架构以实现峰值性能，从而实现更强的控制力和更高的灵活性。

虚拟机为校园网服务器的维护带来了更大便利。虚拟机服务器管理简便、技术门槛不高、灵活性强，尤其适合学校使用。而随着虚拟化技术的进一步延伸，云计算的出现，将进一步提供能够避开IT复杂性的新模式，它可将按需提供的自助管理虚拟基础架构汇集成高效池，以服务的形式提供计算，让信息技术改头换面。

[1]罗国富,查贵庭,李恒贝.虚拟化技术在校园网中的应用研究[J].中国教育信息化,2010,(3).

[2]数据中心虚拟化与数据中心管理[EB/OL].http://www.vmware.com/cn/.

[3]Vmware虚拟机备份指南[EB/OL].http://www.vmware.com/cn/support.