高校虚拟实验室的数据中心建设研究

刘颖+刘淼晶

摘要：分析现有的数据中心的建设方案。依据一个方案，建立了一个小型数据中心，数据中心提供虚拟机，实现基础设施即服务IaaS，为虚拟实验室建设提供支持。对虚拟实验室的基础设施即数据中心的建设提供了可行思路和具体的实现方案。

关键词：数据中心；虚拟实验室；虚拟机

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）26-0003-03

Research of Deploying Data Center of Virtual Library in Campus

LIU Ying，LIU Miao-jing

（School of Information， Beijing Institute of Economic Management， Beijing 100102， China）

Abstract： analyze the existing data center construction method. Based on one construction scheme， setting up a small data center， which provides virtual PC and IaaS in order to support the construction of Virtual Laboratory. It provides a feasible and concrete method for implementing the data center of virtual library.

Key words： data center； virtual library； virtual computer

近年来，在互联网及云计算技术迅速发展的环境下，高等学校信息化建设出现了新局面。高校在计算机实验室建设方面加快了建设和更新速度。本文对高校在云计算环境下建设虚拟实验室时，其基础设施即数据中心的建设进行了研究。分析现有的数据中心的建设方案，并依据其中一个方案，建立了一个小型数据中心，为虚拟实验室提供支持。

1 现有研究分析

建立虚拟实验室是实验室信息化建设的一个发展方向。在现有研究中，基于云计算的虚拟实验室是其中的研究热点。

基于云计算的虚拟计算机实验室[1]-[4]提出基于IaaS服务的虚拟实验室。分析了构建思想和系统框架。但对每个层次的具体实现方法和实现细则没有研究。

基于微软Hyper-V虚拟化技术建设虚拟实验室[5]-[6]提供了一种具体的搭建方案。使用微软提供的WMI接口进行编程，实现用户对虚拟机的操作。虚拟计算机实验室[7]基于Vmware和Citrix的IaaS服务主要设计了资源预约流程。实验资源管理系统[8]为每个实验室划分了虚拟机群。

基于云计算的虚拟实验教学系统[9]利用云计算平台，将本地或异地的不同实验用户与虚拟实验室联结起来，共享一个虚拟的实验空间。基于云计算的虚拟科研环境[10]利用国家网格中可共享的虚拟机资源，通过网格技术来访问和使用资源，实现国家网格资源共享，为不同学科的科研提供在线云服务。其本质是PaaS，PaaS需要为不同的应用开发不同的平台，应用场景有局限性。比如计算机系和化学系的实验不尽相同，所需的虚拟实验室功能就不一样。

本文将研究虚拟实验室拟提供IaaS服务，为此如何建设数据中心。并且建立了一个小型数据中心，为具体部署提供参考。

2 基于虚拟计算机的实验室系统架构

基于云计算的虚拟实验室把虚拟机开放给用户，用户能通过创建虚拟机、删除虚拟机、修改虚拟机等操作来搭建自己的实验网络。虚拟实验室系统架构如图 1所示。

图 1 虚拟实验室系统架构

数据中心实现云计算功能。基于数据中心，把基础的计算和存储资源开放给用户，提供虚拟机，实现基础设施即服务IaaS。

虚拟实验室控制系统向上接收用户命令，向下控制虚拟机的创建、删除和修改。管理与维护用户、课程、虚拟机的关系。

虚拟实验室用户平台包括前端界面和后端系统两部分。前端界面根据课程特点，包含创建虚拟机、删除虚拟机、修改虚拟机等栏目。后端系统支持用户根据需要自主搭建实验网络。

本文对数据中心的实现进行了研究。建立了一个小型数据中心，为虚拟实验室提供虚拟计算机。

3 数据中心部署研究

通过研究虚拟机服务发现，各类技术都有一个共同点，即为数据中心云计算基础架构采用了虚拟化管理解决方案，实现对数据中心云计算环境的集中管理和控制，通过单一的管理界面，轻松地统一管理数据中心内所有的主机和虚拟机，不仅能提高管理员的管控效率、简化日常例行工作，更可降低IT 环境的复杂度和管理成本。下面就H3C的解决方案进行详细分析。

H3C CAS云计算管理平台是H3C公司推出的构建云计算基础架构的管理软件，H3C CAS云计算管理平台由三个组件构成：

CVK：Cloud Virtualization Kernel，虚拟化内核平台

运行在基础设施层和上层操作系统之间的“元”操作系统，用于协调上层操作系统对底层硬件资源的访问，减轻软件对硬件设备以及驱动的依赖性，同时对虚拟化运行环境中的硬件兼容性、高可靠性、高可用性、可扩展性、性能优化等问题进行加固处理。

CVM：Cloud Virtualization Manager，虚拟化管理系统

主要实现对数据中心内的计算、网络和存储等硬件资源的软件虚拟化，形成虚拟资源池，对上层应用提供自动化服务。其业务范围包括：虚拟计算、虚拟网络、虚拟存储、高可靠性（HA）、动态资源调度（DRS）、虚拟机容灾与备份、虚拟机模板管理、集群文件系统、虚拟交换机策略等。

CIC：Cloud Intelligence Center，云业务管理中心

由一系列云基础业务模块组成，通过将基础架构资源（包括计算、存储和网络）及其相关策略整合成虚拟数据中心资源池，并允许用户按需消费这些资源，从而构建安全多租户混合云。其业务范围包括：组织（虚拟数据中心）、多租户数据和业务安全、云业务工作流、自助式服务门户、兼容OpenStack的REST API接口等。其架构如图 2所示。

图2 CAS架构

CVM典型应用场景：

利用H3C CAS CVM的服务器虚拟化能力，将非关键性业务和非大负载业务分步骤迁移到虚拟化环境中。

通过统一的虚拟机模板，对企业内的办公桌面实施集中部署，帮助企业实现安全和隐私合规问题。

利用H3C CAS CVM的虚拟交换机和网络策略模板功能，对虚拟机进行VLAN划分与Qos流量控制。

系统管理员通过H3C CAS CVM控制台集中管理和监控业务系统与虚拟桌面的资源使用情况。

CIC典型应用场景：

通过H3C CAS CIC云业务管理软件提供的虚拟化资源池功能，将数据中心内的计算、存储和网络等物理资源抽象成按需提供的弹性虚拟资源池，以消费单元（即组织或虚拟数据中心）的形式对外提供服务。

通过H3C CAS CIC内置的数据安全隔离功能，确保虚拟化、多租户环境下的用户隐私信息及数据的安全。不同组织的业务系统和应用系统独立部署，互不干扰。

最终用户通过自助服务门户申请和使用组织管理员分配的虚拟资源，组织管理员对最终用户的申请进行审批与自动化部署。

4 搭建小型数据中心

由于H3C CAS系统提供了可编程的REST接口，便与用户二次开发，满足特定服务需求，所以，本研究使用H3C CAS软件平台，搭建了虚拟实验室的数据中心，数据中心拓扑如图 3所示。

图 3 实验拓扑

在管理服务器和业务服务器上安装CAS软件。管理服务器用于对主机进行集中化统一管理，安装CAS的CVK、CVM、CIC三个组件。业务服务器即虚拟机所在的物理主机，用于支撑数据中心运行。业务服务器上只需安装CAS的CVK组件。管理服务器将对业务服务器进行虚拟机的划分、控制和管理。

安装完成后，在管理服务器上看到的云管理平台登录界面如图 4所示。

图4 云管理平台登录界面

在管理服务器上进入管理平台，依次创建主机池、集群，在集群里添加业务服务器。然后在业务服务器上创建虚拟机。在虚拟机上安装操作系统。配置完成后，管理平台界面如图 5所示。虚拟机有独立的IP地址，用户可以远程登录虚拟机。

图5 虚拟机配置管理界面

创建好虚拟机后，在课堂上就能分配给学生使用，供学生实验使用。比如《网络攻防技术》这门课每位学生需要两台虚拟机进行实验。上课前，教师预先分配好虚拟机，课后再释放虚拟机。实现实验资源的高效使用。

5 结束语

本研究为虚拟实验室的基础设施即数据中心的建设提出了可行方案。选择H3C CAS云计算平台搭建数据中心。后续继续研究基于CAS系统的二次开发，实现虚拟实验室管理系统和虚拟实验室用户平台。

参考文献：

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[10] 于建军，狄焰亮，董科军，等. 科研在线：云服务模式的网络虚拟科研环境[J]. 华中科技大学学报：自然科学版，2011，39（增刊I）：33-37.