基于VMware vSphere的云计算智能虚拟实验平台设计

王　焱

(汉江师范学院 教育系, 湖北 十堰　442000)



基于VMware vSphere的云计算智能虚拟实验平台设计

王焱

(汉江师范学院 教育系, 湖北 十堰442000)

分析了建立云计算智能虚拟实验平台的可行性,以VMware vSphere为基础设计了云计算智能虚拟实验平台。该平台采用服务器与桌面虚拟化技术,通过VMware vSphere云平台实现物理机共享存储,利用虚拟化功能将数据中心转换为简化的云计算基础架构,将多个服务器在逻辑上结为一体,能够有效地对虚拟机、终端用户等资源进行在线管理。与传统实验平台对比,云计算智能虚拟实验平台更经济、更环保、更便利。

虚拟实验平台； 云计算； VMware; vSphere

智能虚拟实验平台充分利用虚拟资源,以“软”代“硬”,在培养学生实践能力方面发挥着越来越重要的作用[1-3]。云计算服务模式的兴起,为解决智能虚拟实验平台设计中的问题提供了新的思路和手段。本文基于VMware vSphere,将云计算理念引入智能虚拟实验平台的建设中,提出了云计算智能虚拟实验平台解决方案。

1　云计算与虚拟化技术

云计算是分布式处理、并行处理和网格计算的发展和延伸,具有强大的计算能力和存储能力。云计算包括3个层次的服务,即基础设施即服务(IaaS)、平台即服务(PaaS)、软件即服务(SaaS),用户使用的资源由第三方提供并动态分配和组织资源,用户可以通过终端设备个性化地调度资源[4-6]。近年来,云计算受到企业界和学术界的普遍关注,具有愈来愈广泛的应用空间。云计算资源组织的理念适合计算机实验平台对资源的处理需求,为计算机实验平台管理创新发展提供了新的机遇。

虚拟化技术其实质是一种物理资源封装技术,它屏蔽了软硬件资源的差异性,将物理设备与操作系统、应用软件分离,实现资源利用率的最大化。虚拟化技术改变了计算机系统的架构,根据虚拟化的实现层次,可以分为硬件虚拟化、操作系统虚拟化和应用程序虚拟化；根据应用领域可分为服务器虚拟化、存储虚拟化、网络和桌面虚拟化[7-9]。当前虚拟化技术的架构形式为寄居架构和裸金属架构,寄居架构一般用于桌面级的虚拟化,如VMware Workstation,微软的Virtual PC；裸金属架构用于服务器的虚拟化,如VMware ESX Server服务器,微软的Hyper-V等。

2　基于云计算的智能虚拟实验平台设计

2.1可行性分析

当前,一部分大型企事业单位已建立了云计算办公系统,使用云终端代替原有PC机,为建立智能虚拟化实验平台提供了宝贵的经验；网络技术的发展、计算机硬件性能的提高和软件功能的丰富,为建立基于云计算的实验平台奠定了良好的基础,确保了资源的高效管理和灵活调度。联想、英特尔和微软公司启动战略合作,共同推出了云计算数字校园解决方案。新一轮教育信息化建设提出了建立国家教育云服务模式的发展目标,为教育云的发展带来机遇。政府、企业都对云计算在教育领域的应用具有很高的关注度,云理念逐步深入师生的学习生活中,建立云计算虚拟实验平台已成为资源利用方式的主流方向,能够更好地满足学校师生对资源的需求。

2.2智能虚拟实验平台设计

针对实验平台的特点,提出了一种云计算智能虚拟实验平台设计方案,其模型如图1所示。该方案采用服务器与桌面虚拟化技术,充分利用实验平台现有的设备,用户通过终端使用服务器虚拟资源,达到资源共享的目的[10-12]。

图1　智能虚拟实验平台模型

智能虚拟实验平台分为4层,其中硬件系统层由若干性能较高服务器及网络设备组成,为用户提供计算资源；虚拟系统层通过虚拟化技术将计算机硬件与操作系统分开,提供虚拟硬件接口，并且调度操作系统在计算机硬件上执行；系统管理层负责虚拟资源的管理,包括虚拟资源的生成和销毁、用户与虚拟机之间的映射、系统的安全等工作；云终端层用户借助各种终端设备登录虚拟机并进行实验操作。

2.3智能虚拟实验平台实现

按照云计算的特点对实验平台进行了规划和设计,充分利用现有实验平台的软硬件资源。管理者通过管理客户端远程管理所有的虚拟桌面,各种无线终端和有线终端设备都可以登录个人虚拟桌面使用虚拟资源(见图2)[13-14]。

图2　云计算智能虚拟实验平台结构图

智能虚拟实验平台通过VMware vSphere云平台实现物理机共享存储；利用虚拟化功能将数据中心转换为简化的云计算基础架构,进行服务器虚拟化、存储虚拟化、操作系统虚拟化；将多个服务器在逻辑上结为一体,对虚拟机、终端用户等资源进行在线管理。VMware vSphere能够提供灵活可靠的服务,作为无缝和动态操作环境管理基础架构,还要管理复杂的数据中心。VMwaer产品vSphere主要组件包括:ESX/ESXi(服务器虚拟化基础架构组件),vCenter(集中管理ESX/ESXi及其虚拟机),vSphere Client(VSphere管理客户端),vConverter(虚拟机迁移工作),Data Recovery(虚拟机备份、恢复工具)以及其他管理工具。

云计算智能虚拟实验平台的开发平台为Windows Server2010,服务端使用esx4.0,vcenter4.0,开发工具为Eclipse3.2.1。

智能虚拟实验平台的功能实现如下。

采用3台服务器安装ESX服务,实现对服务器虚拟化环境的配置,将应用程序和操作系统与底层硬件分离。ESX服务器应具有较高的性能,采用4路以上多核CPU,16 GB以上内存；一台vCenter Server管理服务器用于访问管理VMware vSphere套件,提供一种可充当网络上连接ESX主机中心管理点的服务,vCenter Server内部即可实现虚拟机的复制迁移。vSphere Client安装在普通的PC机上,为用户提供了管理主机的操作界面,可以选择登录vSphere Server或者vCenter Server，实现与VMware vSphere系统交互,完成管理工作。VMware View 组件主要以托管服务的形式从专门提供虚拟化桌面的平台上交付虚拟桌面,可以快速部署大量虚拟桌面。环境搭建完成后,实验管理人员通过vSphere Client登录vCenter Server完成虚拟资源的管理操作。

3　关键技术

(1) 服务器虚拟化。将系统虚拟化技术应用在服务器上,将服务器物理资源抽象成逻辑资源,将CPU、内存、磁盘、I/O等硬件变成可以动态管理的“资源池”,增加平台的可移植性,是提高服务器性能的重要途径。在云计算环境中,管理员根据用户需求和设备情况,可以将一台物理服务器虚拟成多个相互独立的逻辑环境,也可以将多个独立的物理服务器虚拟成一个逻辑服务器,使多台服务器相互协作,处理同一个业务。

(2) 桌面虚拟化。桌面虚拟化是指将计算机的桌面系统进行虚拟化,为用户创建虚拟化桌面。管理员将教学软件集中部署于服务器端,终端用户使用瘦客户端访问服务器而不保存数据。服务器端根据用户需求向终端推送虚拟桌面,可以为不同专业、不同年级的学生建立不同的虚拟桌面。用户通过简单的云终端连接到服务器,即可灵活、方便地访问自己的桌面系统。

(3) 数据迁移管理。终端用户数据的保存和备份是非常重要的。当物理服务器出现故障,可通过服务器的虚拟机在线迁移到另外的服务器。虚拟机在线迁移时,虚拟机上的在线数据变为离线状态,在线迁移成功后再变为在线状态。数据在线迁移可通过中间数据库过渡的办法实现,也可采用Windows服务方式自动运行,迁移任务统一提交至迁移服务器处理。

4　性能分析

(1) 使用和维护方便简洁,安全可靠。云计算智能虚拟实验平台的系统管理与用户使用实现了分离,管理员可以在数据平台上对所有桌面和应用进行统一配置和管理,而不是像传统实验平台那样需要对每台终端进行维护,减少了维护工作量。而且数据和计算都发生在数据平台,有效地保护了数据的安全性,使用户获取与PC完全一样的体验。

(2) 建设成本降低,资源共享度高。用户可以灵活选用终端设备,可以是台式机、笔记本、智能手机和上网本等,使得实验平台的购置成本和维护成本大大降低。由于终端不承担计算机任务,增加了终端的使用时间,延长了更新周期。各个终端统一使用服务器的虚拟资源,不必专门为每一台终端购置数据和软件资源,极大地提高了资源的共享程度。

(3) 绿色环保。通过低功耗、低噪音的终端取代PC机,使实验平台的噪声减少,耗电量降低。云终端基于ARM构架,功耗低：普通PC主机功率一般在250 W左右,而云终端平均功率在30 W左右，将大大减少机房的能源消耗。与传统实验平台相比,虚拟实验平台具有更低的碳排放量,更符合绿色环保要求。

5　小结与启示

云计算作为一种新型的服务模式,带来了教育资源共享的全新变革,对虚拟实验平台建设和管理都具有重要的意义。云计算智能虚拟实验平台建成后,按需向用户提供资源服务,轻松实现资源的共享,提高了资源的利用率,降低了运营成本,很好地满足了师生对实验资源的需求。但是平台的初期建设成本较高,需要购置服务器和进行实验资源虚拟化工作；对虚拟资源的认证方式、知识产权、平台稳定性亦需要进一步探索[15]。这些问题在一定程度上降低了智能虚拟实验平台的建设进程。但随着云计算的进一步深入,云计算智能虚拟实验平台将会发挥更重要的作用。

References)

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Design of cloud computing intelligent virtual experimental platform based on VMware vSphere

Wang Yan

(Department of Education, Hanjiang Normal Institute, Shiyan 442000, China)

This article analyzes the feasibility of building an intelligent and virtual experiment platform via cloud computing, which has been designed on the basis of VMware vSphere. The platform applies the server and desktop virtualization techniques, implements the storage sharing of physical machines, and converts data center to simplify cloud computing infrastructure by virtualization function. More multiple servers are combined into a coherent whole, the resources on virtual machines, end-user, etc., are managed online effectively. Compared with traditional one, the intelligent and virtual experiment platform is more economical, eco-friendly with great convenience.

virtual experimental platform； cloud computing； VMware vSphere

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.06.032

2015-11-28

湖北省教育科学“十二五”规划项目(2012B454)

王焱(1980—),女,甘肃天水,硕士,副教授,主要研究方向为现代教育技术及信息管理.

E-mail：wangyanwsr@163.com

TP391

A

1002-4956(2016)6-0126-03