虚拟机技术在远程教育中的应用

杨倩 高雅洁

新疆信息工程学校，新疆 乌鲁木齐 830013

引言

人才是第一资源，是国家发展的战略资源。教育是人才培养的基础，科技手段在教育上的运用可以改进教学法并推动人才的培养。现代远程教育是随着现代信息技术的发展而产生的一种新型教育方式。计算机技术、多媒体技术、通信技术的发展，特别是因特网(internet)的迅猛发展，使远程教育的手段有了质的飞跃，成为高新技术条件下的远程教育。

远程教育平台一般需要提供音视频课件点播和文件下载等服务，远程学员可以利用这个平台进行在线学习和课件软件等的下载。如果采用传统的服务器架设方式，为实现以上功能，就必须架设三台服务器：包括 WEB服务器、流媒体服务器和FTP服务器。虽然这样可以在服务器版本的操作系统中建立多个服务器角色方式，但是这样会带来两个问题：1）所有的服务都依赖于同一个操作系统，不方便管理也不利于安全；2）服务器一旦例行停机检修将无法继续为用户提供服务。为了解决这两个突出问题，必须架设多个服务器，但是不但会增加能耗，而且购置成本也会大幅上升。业界经过长期摸索和大量实践，虚拟机技术得到了快速推广和应用，在一定程度上提高了服务器硬件资源的利用率，并大大缩减了应用成本。

1 虚拟机技术

1.1 虚拟机技术概况

在一台服务器（通常称为宿主机）上将硬盘和内存的一部分拿出来虚拟出若干台机器（通常称为虚拟主机），每台虚拟主机可以运行单独的操作系统而互不干扰，这些虚拟出来“新”主机各自拥有自己独立的CMOS、硬盘和操作系统，就可以像使用普通服务器一样对它们进行分区、格式化、安装系统和应用软件等操作，还可以将这几个虚拟主机联成一个网络。当任意多的虚拟主机系统崩溃之后可直接删除而不影响宿主机系统，同样的宿主机系统崩溃后也不影响虚拟系统，可以在宿主机重新安装操作系统之后，再加载以前做的虚拟主机系统。利用虚拟机软件可以在不需要重开机的情况下，在同一台宿主机上同时运行好几个虚拟主机。

1.2 虚拟机软件选择

在众多虚拟机软件中，被广泛应用的主要有VMware ESX、Virtual PC和Xen等。浪潮电子信息产业股份限公司支连意工程师，曾使用对照实验法，即在相同的物理条件下，分别测试Xen虚拟机内部应用性能、Xen虚拟机稳定性与VMware ESX虚拟机内部应用性能、VMware ESX虚拟机稳定性。测试结果表明，无论是虚拟主机内部应用的性能还是虚拟主机稳定性，Xen虚拟机均与VMware虚拟机有一定差距。在使用相同硬件通过相同软件测试时，VMware虚拟主机事务的响应时间较Xen虚拟主机均有不同程度的缩短。当Xen虚拟机在测试压力较大时，可能出现不稳定的情况。而Virtual PC对于Linux操作系统和64位操作系统的支持上带有明显的硬伤，所以在选用虚拟机软件的时候，VMware公司的虚拟机产品受到市场的追捧。

1.3 VMware ESX的特性

VMware ESX有很多特性用以支持高可用集群。

1.3.1 快照技术

快照就是将虚拟主机某个时刻的所有服务运行状态作为一个文件备份下来。这种技术可以在虚拟主机中病毒等导致系统崩溃，或者应用被非法篡改导致某些服务中断等情况下，快速恢复到快照记录下的那个时刻。这种恢复不只是虚拟主机硬盘数据的恢复，同时会恢复快照时刻的内存情况，从而可以在极短的时间内恢复服务。

1.3.2 虚拟主机迁移技术

虚拟主机迁移技术可以将在VMware ESX服务器上运行的虚拟主机以在线的方式整体迁移到其他的VMware ESX服务器上。这种技术因为是在线的形式，用户在使用服务的过程中不会感到服务的中断。这个迁移过程就能使得服务在不中断的情况下能够将部分宿主服务器停机维护。

1.3.3 高可用性技术

宿主服务器不能保证长时间的7×24小时全年服务而不出故障。如果某台宿主服务器的硬件出现故障而导致其停机，工作与其上的所有虚拟主机将全部停止。高可用性技术可以迅速让这些虚拟主机在其他VMware ESX宿主服务器上重新启动，保证了服务的可靠性。

1.3.4 资源调度技术

资源调度技术是以虚拟主机迁移技术为基础的。VMware ESX利用虚拟主机迁移技术自动的监测各ESX宿主服务器的资源运行情况，将运行压力比较大的虚拟主机通过迁移，让较为空闲的ESX宿主服务器来完成服务，提高了服务器的资源利用率。

以上的功能除快照外都是通过VMware的集群技术实现的。这种集群技术一般要求宿主服务器采用共享存储网络才能实现切换，也正是因为虚拟主机采用了共用存储才能使得某台宿主服务器因为故障停机时不会影响服务的提供。

采用了虚拟机迁移、高可用性以及资源调度技术的VMware ESX，在组成了具有高可用性的集群之后非常适合作为远程教育平台的服务器端。这样的方案非常容易实现冗余，提升了整体的可靠性，同时还能有效的降低设备的投入成本。

2 基于VMware ESX的远程教育服务端方案

根据远程教育的服务器需求（WEB、流媒体和FTP服务三大功能），结合虚拟机技术，制定出如下负载均衡、安全可靠的方案。

两台装好VMware ESX软件的宿主服务器，将其中的每台宿主服务器划分成三个虚拟主机，一个实现WEB服务，一个实现FTP服务，一个实现流媒体服务。每个宿主服务器需要双网卡，每块网卡都接到一个智能三层千兆交换机上。其中的一个三层交换机和存储数据的磁盘阵列连接上，同时接一台课件存储服务器于其上，实现数据资源能方便的导入到支持IP-SAN方式的磁盘阵列中；另一台三层交换机上接上一台管理VMware ESX宿主服务器的PC。通过这台三层交换机，两台ESX宿主服务器就在负载均衡之后连接到内网与外部互联网交界的边界路由器(如图1所示)。

当需要对两台ESX宿主服务器进行例行停机维护的时候，利用虚拟主机迁移技术先将一台宿主服务器上的虚拟主机迁移到另一台宿主服务器上，就可以对迁出的那台服务器进行停机维护，极大方便了硬件维护。

图1 远程教育服务器虚拟化示意图

3 实验与分析

笔者在评价虚拟化整合价值时，主要以用户的访问受虚拟化影响程度为指标，对该平台的虚拟主机迁移和高可用性功能的切换时间进行15次对比测试。得下表1的结果：

表1 虚拟化整合价值评价参数表

从上表1可以看出，在负载一般的情况下，一台虚拟主机在两台宿主服务器间迁移需要的总时间平均为27秒，用户体验到的服务中断时间平均为2秒。如果意外关闭其中一台宿主服务器，高可用性功能将于约4秒左右在另一台宿主服务器上，开启没有工作的虚拟主机，而虚拟主机启动到提供正常服务又需要一段时间（时间长短主要受宿主服务器分配给虚拟主机硬件资源的制约）。试验表明，试验的硬件条件平均耽误用户享受服务的时间为76秒，这均小于人的等待耐受时间90秒，即虚拟化整合后，服务器能基本满足远程教育对服务可靠性的需求。

4 结束语

基于VMware ESX共享存储的虚拟机迁移及高可用性在千兆级别的局域网中已经可以基本满足用户对于服务可靠性的需求了。但是这种快速迁移需要高带宽来保证用户等待服务时间的短暂，所以在广域网中还不能实现，宿主服务器的空间距离还需要在局域网范围之中。VMware的虚拟化产品已经越来越明显的适应云计算时代的到来，相信在未来以云计算为基础的按需学习，以及以移动云为基础的泛在学习将给教育和学习方式带来更为深刻的变化。

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