基于虚拟化技术的云实验平台的研究与设计

宗小忠

摘要：为了解决公共实验室资源利用率低，管理难度大等问题，提高资源利用率和管理效率，并为业务用户提供应用系统的按需服务，提出了基于虚拟化技术的云实验室平台的解决方案。通过云实验平台基础建设，对底层硬件平台整合利用，提高系统硬件资源利用率，保障业务应用系统的连续性，实现系统资源的动态分配管理、运维监控和安全的集中管理，实现应用系统的个性化服务。

关键词：虚拟化；云技术；客户端/服务端

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）12-2893-02

Research and Design of Cloud Experiment Platform Based on Virtualization Technology

ZONG Xiao-zhong

（Shazhou Polytechnical Institute of Technology， Zhangjiagang 215600， China）

Abstract： In order to solve the problem of low utilization rate of public laboratory resources， management difficulty and so on， to improve resource utilization and management efficiency， and provide application on-demand service for business users， puts forward to design a set of solutions based on cloud laboratory platform virtualization technology. Through the cloud platform infrastructure， the integrated use of the underlying hardware platform， improve the utilization of hardware resources， guarantee the continuity of business system， the centralized management of dynamic allocation management， operation and maintenance of system resources monitoring and security， realize the personalized service system.

Key words： Virtualization； Cloud； B/S

1 概述

虚拟化技术和云算技术的发展带来了教育和教学管理方式的巨大变革，随着信息化技术在高校的不断运用，实现教学管理方式的网络化和智能化成为教学改革的必然趋势。未来以大数据为基础的全新教育云计算模式和以学生为中心开发的云终端在线学习将贯穿家庭、宿舍和学校，其中，数据的标准化将是未来教育大数据融合的基础。

目前，高校公共实验室管理的特点是，使用人数多，开放时间长，用户需求多样，软件环境冲突，管理维护困难，资源利用率低等特点。许多研究者开发了基于B/S模式的实验室管理信息系统，做出了有益的探索。仍然不能满足课程对实验室硬件和软件资源不断增加的需求。为了解决上述问题，并为业务用户提供应用系统的按需服务，提出了设计一套基于虚拟化技术的云实验室平台的解决方案。通过云实验平台基础建设，对底层硬件平台整合利用，提高系统硬件资源利用率，保障业务应用系统的连续性，实现系统资源的动态分配管理、运维监控和安全的集中管理，实现应用系统的个性化服务。

2 虚拟化与云服务

2.1 服务器虚拟化

服务器虚拟是指在一个硬件平台上模拟多个独立的和真实硬件指令集结构相同的虚拟硬件系统。使管理者不再受限于物理上的界限，让CPU、内存、磁盘、I/O等硬件变成可以动态管理的“资源池”，实现资源统一管理，实现资源的按需分配。并为虚拟机提供了良好的隔离性和安全性。

常见的服务器虚拟化软件有VMware ESX Server、Windows Server 2008 Hyper-V、Citrix XenServer等。

2.2 云服务

云计算机是一种能够方便、共享的可配置资源（如服务器、存储、CPU、内存、应用程序和服务）池的模型，且管理方便。云服务器是一种处理能力可弹性伸缩的计算服务，管理方式简单高效。使用户能够更专注于核心业务创新。

基于虚拟化技术和云计算技术，建设云实验室管理平台。通过虚拟化技术对目前的分布式硬件资源进行整合，实现资源按需分配，而用户则不需要知道访问应用的物理位置、资源使用情况等，实现资源透明化。

2.3 桌面虚拟化

桌面虚拟化是关于优化桌面、应用和数据交付的主流技术，操作系统、应用和数据从底层的PC硬件中分离，然后移动到数据中心，之后在这里进行集中的管理和保护。数据中心可以统一管理并更新操作系统和应用，然后向用户交付能满足他们对性能、安全性和移动性需求的个性化桌面和应用。

主要优点如下：

1） 经济性——设备采购、维护成本大大降低

2） 安全性——所有数据都保存在服务器上

3） 便捷性——集中式管理、统一配置

本方案中我们采用了Citrix XenDesktop的桌面虚拟化解决方案。

2.4 存储区域网络

SAN（Storage Area Network）是以光纤信道为基础，使用光纤交换器来共享储存资源，可以解决数据与应用系统紧密结合所产生的结构性限制，以及目前小型计算机系统接口标准的限制。SAN便于集成，能改善数据可用性及网络性能，还可以减轻管理作业。endprint

3 云实验室平台方案设计

3.1 技术平台架构

通过虚拟化技术，在数量更少、可高度扩展并可靠的高配置服务器上的运行多个工作任务，可以将服务器硬件资源的利用率从 15-20% 提高到80%，避免过度部署。

根据我院实验情况，制定如下方案，此方案需配置六台IBM X3850 X5服务器（为服务器虚拟化和桌面虚拟化提供服务）、一台EMC VNX5300存储、两台IBM 2498-B24光纤交换机。IBM X3850 X5 服务器配置4颗6核CPU、128GB内存。EMC VNX5300存储为双控制器，服务器分别配置1块8GB双通道HBA卡，如图1所示。

六台IBM X3850 X5服务器组成集群，利用VMware vSphere提供坚实的虚拟化层，可以创建功能强大的多核虚拟机，以及虚拟机集群。通过利用动态、自动化、基于策略的资源分配，vSphere可以将应用程序性能提高近50%。vSphere利用自动故障切换、零停机维护、虚拟化容错和经济高效的数据保护等“IT，永不停机”功能，帮助IT组织确保业务连续性并防止数据丢失。

此方案配置两台IBM2498-B24光纤交换机做冗余，业务数据存放在EMC VNX5300存储里。

4 关键技术实现

4.1 FlexCast?桌面虚拟化交付技术

思杰是桌面虚拟化解决方案领域中的领导者。思杰的XenDesktop桌面虚拟化结合了思杰特有的FlexCast?交付技术，可通过单一解决方案满足各种要求。可以根据客户的不同需求配置个性化的桌面以及业务应用系统。

5 结束语

借助虚拟化技术和云计算技术，打破原有实验管理模式，提高资源利用率，降低运营成本。实现网络服务的实时备份和无缝迁移，从而大幅度提高业务连续性。云实验平台是为解决资源不均衡和利用率低，提供了重要技术手段。云实验平台数据安全问题仍需改进。

基于云计算、大数据、物联网等新兴IT技术与新商业模式的结合正在潜移默化地改变着教育方式，可以预见，教育的各个细分领域，从入学、学习、实习、到就业都将全面开启一个智能化的时代，教育改革之智慧时代因高科技的发展而悄然来临！

参考文献：

[1] Mell P，Grance T.The NIST Definition of Cloud Computing[M].[S.l.]：NIST Special Publication，2011.

[2] 刘鹛程，陈椿.面向云计算的虚拟机动态迁移框架[J].计算机工程，2010，36（5）：37-39.

[3] 孙艺权.基于语义云实验资源共享平台的研究[J].实验室研究与探索，2012，31（7）：216-219.

[4] 邢剑锋，王鹏飞，沈松.基于虚拟机的可信云计算平台研究与设计[J].微型机与应用，2010， 29（16）：75-78.endprint

3 云实验室平台方案设计

3.1 技术平台架构

通过虚拟化技术，在数量更少、可高度扩展并可靠的高配置服务器上的运行多个工作任务，可以将服务器硬件资源的利用率从 15-20% 提高到80%，避免过度部署。

根据我院实验情况，制定如下方案，此方案需配置六台IBM X3850 X5服务器（为服务器虚拟化和桌面虚拟化提供服务）、一台EMC VNX5300存储、两台IBM 2498-B24光纤交换机。IBM X3850 X5 服务器配置4颗6核CPU、128GB内存。EMC VNX5300存储为双控制器，服务器分别配置1块8GB双通道HBA卡，如图1所示。

六台IBM X3850 X5服务器组成集群，利用VMware vSphere提供坚实的虚拟化层，可以创建功能强大的多核虚拟机，以及虚拟机集群。通过利用动态、自动化、基于策略的资源分配，vSphere可以将应用程序性能提高近50%。vSphere利用自动故障切换、零停机维护、虚拟化容错和经济高效的数据保护等“IT，永不停机”功能，帮助IT组织确保业务连续性并防止数据丢失。

此方案配置两台IBM2498-B24光纤交换机做冗余，业务数据存放在EMC VNX5300存储里。

4 关键技术实现

4.1 FlexCast?桌面虚拟化交付技术

思杰是桌面虚拟化解决方案领域中的领导者。思杰的XenDesktop桌面虚拟化结合了思杰特有的FlexCast?交付技术，可通过单一解决方案满足各种要求。可以根据客户的不同需求配置个性化的桌面以及业务应用系统。

5 结束语

借助虚拟化技术和云计算技术，打破原有实验管理模式，提高资源利用率，降低运营成本。实现网络服务的实时备份和无缝迁移，从而大幅度提高业务连续性。云实验平台是为解决资源不均衡和利用率低，提供了重要技术手段。云实验平台数据安全问题仍需改进。

基于云计算、大数据、物联网等新兴IT技术与新商业模式的结合正在潜移默化地改变着教育方式，可以预见，教育的各个细分领域，从入学、学习、实习、到就业都将全面开启一个智能化的时代，教育改革之智慧时代因高科技的发展而悄然来临！

参考文献：

[1] Mell P，Grance T.The NIST Definition of Cloud Computing[M].[S.l.]：NIST Special Publication，2011.

[2] 刘鹛程，陈椿.面向云计算的虚拟机动态迁移框架[J].计算机工程，2010，36（5）：37-39.

[3] 孙艺权.基于语义云实验资源共享平台的研究[J].实验室研究与探索，2012，31（7）：216-219.

[4] 邢剑锋，王鹏飞，沈松.基于虚拟机的可信云计算平台研究与设计[J].微型机与应用，2010， 29（16）：75-78.endprint

3 云实验室平台方案设计

3.1 技术平台架构

通过虚拟化技术，在数量更少、可高度扩展并可靠的高配置服务器上的运行多个工作任务，可以将服务器硬件资源的利用率从 15-20% 提高到80%，避免过度部署。

根据我院实验情况，制定如下方案，此方案需配置六台IBM X3850 X5服务器（为服务器虚拟化和桌面虚拟化提供服务）、一台EMC VNX5300存储、两台IBM 2498-B24光纤交换机。IBM X3850 X5 服务器配置4颗6核CPU、128GB内存。EMC VNX5300存储为双控制器，服务器分别配置1块8GB双通道HBA卡，如图1所示。

六台IBM X3850 X5服务器组成集群，利用VMware vSphere提供坚实的虚拟化层，可以创建功能强大的多核虚拟机，以及虚拟机集群。通过利用动态、自动化、基于策略的资源分配，vSphere可以将应用程序性能提高近50%。vSphere利用自动故障切换、零停机维护、虚拟化容错和经济高效的数据保护等“IT，永不停机”功能，帮助IT组织确保业务连续性并防止数据丢失。

此方案配置两台IBM2498-B24光纤交换机做冗余，业务数据存放在EMC VNX5300存储里。

4 关键技术实现

4.1 FlexCast?桌面虚拟化交付技术

思杰是桌面虚拟化解决方案领域中的领导者。思杰的XenDesktop桌面虚拟化结合了思杰特有的FlexCast?交付技术，可通过单一解决方案满足各种要求。可以根据客户的不同需求配置个性化的桌面以及业务应用系统。

5 结束语

借助虚拟化技术和云计算技术，打破原有实验管理模式，提高资源利用率，降低运营成本。实现网络服务的实时备份和无缝迁移，从而大幅度提高业务连续性。云实验平台是为解决资源不均衡和利用率低，提供了重要技术手段。云实验平台数据安全问题仍需改进。

基于云计算、大数据、物联网等新兴IT技术与新商业模式的结合正在潜移默化地改变着教育方式，可以预见，教育的各个细分领域，从入学、学习、实习、到就业都将全面开启一个智能化的时代，教育改革之智慧时代因高科技的发展而悄然来临！

参考文献：

[1] Mell P，Grance T.The NIST Definition of Cloud Computing[M].[S.l.]：NIST Special Publication，2011.

[2] 刘鹛程，陈椿.面向云计算的虚拟机动态迁移框架[J].计算机工程，2010，36（5）：37-39.

[3] 孙艺权.基于语义云实验资源共享平台的研究[J].实验室研究与探索，2012，31（7）：216-219.

[4] 邢剑锋，王鹏飞，沈松.基于虚拟机的可信云计算平台研究与设计[J].微型机与应用，2010， 29（16）：75-78.endprint