基于IaaS的博州职院网络中心信息系统改造

王世刚 刘玉强

(1.武汉城市职业学院计算机与电子信息工程学院 湖北 武汉：430064； 2.博尔塔拉职业技术学院电子信息系 新疆 博尔塔拉蒙古自治州博乐市：833400)

博尔塔拉职业技术学院(博州职院)位于新疆博尔塔拉蒙古自治州博乐市，2017年3月由原博州中等职业技术学校升格为高职院校。随着办学层次的提高，对外宣传、学校信息系统整合、管理效率提升等工作逐渐提上日程。网络中心作为核心部门，承担着技术方面的工作，保障着学校网络的运行和维护工作。

博州职院网络中心现有中职和高职2个网站，由于开发时间和开发单位不一致，2个网站需要2台服务器进行管理。教务管理系统采用的平台由2台服务器管理，分别放置数据库和网页程序。图书借阅系统采用1台服务器进行管理，精品课程网站需要1台服务器进行管理。目前教务平台需要升级，由原协同办公，教学管理等模块升级为具有身份认证、信息门户、数据交换、协同办公、教学管理、学生管理等模块，同时需6台服务器管理网站数据和数据库数据，而且网络流量需要根据不同访问量进行分别管理。由于现阶段中、高职还需同时办学，所以中、高职网站还需要同时运行，同时放置在2台服务器非常耗费电力资源，需进行整合。另外，精品资源课程管理系统和图书借阅管理系统也需要整合进入高职网站服务器中。

目前博州职院网络中心服务器数量多且较为分散，常常需要出入网络中心或采用远程桌面的方式进行管理，非常不方便。针对这些管理问题，本文提出利用虚拟化服务器方式，通过集群管理的基础设施即服务(Infrastructure as a Service, IaaS)架构对原有系统平台进行改造，并对改造前后架构进行对比分析，对网络流量、CPU及内存的使用情况进行测试，整体性能达到了预期目标。基于VMware vSphere平台的数据中心为云计算系统提供了基础设施架构，通过VMware公司提供的vSphere SDK和vSphere API等开发工具和接口可以把当前数据中心打造成提供IaaS的云计算系统[1]。

1 基于IaaS的信息系统平台架构原理

传统的高校网络中心信息系统平台采用的是将Web服务及数据库服务等应用放置在1台服务器中，而高校网络中心涵盖了多个Web服务及数据库，需要放置于不同的服务器中，基础设施使用较多，统一管理及资源调度困难。基于IaaS的信息系统平台，将多个Web服务及数据库服务等放置在基础设施架构中，通过统一资源调度和集中平台管理，解决了传统高校网络中心信息系统平台分散，无法集中管理的问题。虚拟化技术避免了“一台服务器、一个操作系统、一种应用”的孤岛模式[2]。

高校聚集有大量的数字资源，云计算可以将资源无缝隙地提供给师生使用，师生以享用服务的形式享用这些资源，这便是云计算的3个核心要素——资源集中、能力发布和服务模式[3]。此次高校网络中心信息系统平台改造正是基于IaaS思想，将传统的服务器进行整合，利用IaaS的基础设施架构，通过虚拟化及构建资源池的方法，将分散的Web服务及数据库服务统一进行管理。原有教务系统，学生管理系统，中、高职网站及后台管理平台迁移至新的基于IaaS的信息系统平台架构，能够对服务器性能进行监控，实时了解和掌握基础架构的性能，为教务系统，学生管理系统，中、高职网站及后台管理平台等提供技术保障。

2 网络中心信息系统平台改造实施方案

博州职院中、高职官方网站访问量较教务管理系统平台少，服务器配置较低。原教务管理系统平台所在服务器配置较高，图书借阅管理系统和精品资源课程管理系统访问量较大，服务器配置较高。经过分析，可以将原有教务管理系统平台从配置较高的服务器中迁移出去，将中职和高职官方网站放置于原教务管理系统平台所在的服务器中。新购置1台高性能服务器，采用服务器虚拟化方式进行教务管理系统的整合，完善管理能力，提高教务管理系统的使用效率。根据现有网络中心服务器多且管理困难的问题，设计改造流程图进行梳理，如图1所示。

图1 网络中心改造流程图

云计算本身具有高性能、高可用性和易用等特点，基于云计算技术构建的云资源管理平台提供统一化多维度的管理功能，能够保证平台管理的可靠性和安全性[4]。

(1)网络架构图设计

根据整个网络中心改造流程，构建出博州职院网络中心改造后的架构图，如图2所示。

图2 改造后的信息系统架构图

(2)搭建中、高职网站新平台

原中、高职网站所需服务器2台。为进行集中管理，采用Vmware Esxi服务器虚拟化平台进行整合，将原有中、高职网站迁移到1台服务器中。

(3)搭建教务管理系统新平台

教务管理系统平台升级需要大量服务器资源，因此新购入1台性能较高的服务器进行服务器虚拟化配置，采用Vmware Esxi版本进行整合。原教务平台数据迁移后，同样采用Vmware Esxi版本进行整合。根据教务管理系统平台要求，需要虚拟化5台服务器，供教务管理系统平台使用，分别为QG1-QG5。将新购置的服务器分别进行服务器的虚拟化工作，并采用Vcenter Server架构进行服务器集群化管理。采用OVP(虚拟机管理平台)，构建硬件资源，可动态调整服务器集群环境，实现统一监控和管理。

(4)教务平台整合后网络分配情况，教务平台整合后网络流量基本平稳，偶尔有峰值出现。通过分析发现，峰值情况的出现是因为在此期间教职工及学生大量登录录入成绩、查看成绩以及选课等。这多发生在学期初和学期末。为避免期初和期末教职工及学生大量登录录入成绩、查看成绩以及选课情况造成网络拥塞，决定对QG1-QG4这4台服务器中的网络流量进行分流。如图3所示，可以看到将QG1-QG2通过虚拟交换机的方式放在一个网络端口下，将QG3-QG4通过再虚拟一台交换机的方式放在另一个网络端口下，实现了网络流量分流处理。

(5)网络中心改造出现的问题及对策

服务器虚拟化过程中，出现的问题比较多，需要根据实际情况进行排查解决，主要体现在两个方面。

一是虚拟化安装过程中出现服务器RAID卡识别不了的问题。这种情况需要查询兼容性列表，查询VMware ESXi对应的版本所支持的RAID卡。此次改造中就出现了对联想RD430服务器软RAID不支持的情况。安装VMware Esxi版本过程中，服务器首先需要进行RAID阵列的配置。配置后，可以正常安装VMware ESXi，但安装到检测磁盘位置时，找不到磁盘。此问题根本原因是由于RAID驱动无法在ESXi中找到。解决办法是购买硬RAID卡，安装到服务器中即可。

二是虚拟化过程中有硬RAID卡，配置后仍然不能在VMware ESXi安装过程中找到磁盘。此情况是由于不同厂家对于VMware ESXi中的驱动封装不一致导致，这种情况就要去服务器厂商的官方网站，下载对应的VMware ESXi版本。此次改造遇到这样的问题，DELL R730服务器在安装VMware ESXi时，使用的是硬RAID卡，并进行配置，但安装过程中仍旧无法找到磁盘。到戴尔官方网站下载了对应的DELL R730 VMWARE ESXi 5.5定制版本update3，问题解决。

3 实施效果对比

计算机的运行能耗最具备云计算平台能耗特性的即为虚拟机运行能耗。云计算平台的虚拟化技术使其具备服务器整合、在线迁移、可隔离、高可用性、低管理开销特性[6]。

网络中心改造前有7台服务器同时在运行，采用KVM平台进行管理，不具备远程集中管理能力，无法根据服务器资源使用情况进行有效调度。根据教务管理系统平台需求，还需新增4台服务器，如采用改造前方案，则服务器需要达到11台，并需增加1台KVM进行统一管理。改造后，使用4台服务器便可将原有架构的11台服务器所需功能全部完成，降低能源消耗，可进行集中管理。采用虚拟化服务器方式，使用Vcenter server进行服务器集群管理，虚拟机可根据不同资源使用情况进行有效调度和迁移，同时可以通过远程进行实时管理虚拟服务器。

开启分布式资源调度程序根据对资源池资源负载的动态监控，合理触发均匀分配规则，最终实现资源池中的物理服务器之间重新分布虚拟机的目的，解决了原来网络中心服务器不具备远程集中管理能力。

采用虚拟化之前，只能逐一查看单个服务器CPU、内存及网络流量情况。当CPU、内存和网络流量资源使用率达到90%，只能等待资源完全释放，否则业务访问将变得非常缓慢，甚至无法访问的情况。比如当学生同时浏览教务系统进行选课，虚拟化前的单台服务器会由于瞬时访问人员增多，导致CPU、内存及网络流量达到峰值，将服务器资源消耗完，导致无法访问的情况，采用虚拟化方式，将业务服务器虚拟化，并使用分布式资源调度DRS，当瞬时访问人数增多时，把资源耗尽的这台虚拟机迁移到空闲资源中，这时，大量学生选课仍然可以继续正常访问服务器资源，不会感觉到无法访问或者很慢的情况发生。

对于网络中心进行虚拟化改造还可以对管理效率及能耗进行改善，如表2所示。

表2 网络中心改造前后管理效率及能耗说明

4 结语

(1)新疆博州职院网络中心改造项目，对原有传统的网络中心进行改造，通过系统集成，使用虚拟化及资源池技术，极大提升了网络中心的管理能力，提高了信息系统管理能力，减少了采购成本，降低了能耗。

(2)在平台整合的需求分析、系统规划、实施过程中，碰到了一些问题，需要和网络中心管理人员进行有效沟通。

(3)改造后的信息系统平台运行稳定，能通过监测手段对基础架构的设施进行有效监控，防止单点故障的产生。同时，为下一步的更多信息化平台扩充提供了技术保障。