校园服务器虚拟化平台的搭建与应用研究
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摘要：随着校园网业务不断增长的需求，通过构建云计算环境下的校园网络服务器虚拟化平台，运用虚拟化平台开展数字化校园应用业务。
关键词：云计算;数字化校园;虚拟化技术;虚拟机;服务器虚拟化
中图分类号：TP311 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2019）18-0315-02
Abstract： With the growing demand of campus network services， the virtualized platform is used to develop digital campus application services by building a campus network server virtualization platform in a cloud computing environment.Key words： cloud computing; digital campus; virtualization technology; virtual machine; server virtualization
云计算是以数据为中心的一种数据密集型的超级计算，“云”中的资源在外界看来是可以无限扩展的，可以及时获取云端的资源，随时扩展或缩小，根据需要来使用云端的资源。微软在Windows Server操作系统中提供了Hyper-V虚拟化技术，它是基于微软操作系统开发的一套虚拟化管理组件，目前的“虚拟化”技术已经广泛应用于计算机技术领域的各个层面。
随着校园网络应用需求的增长，网络业务和网络资源的应用越来越广泛，云计算机环境下虚拟化平台的搭建使得校园网络资源的分配更加合理。
1 校园中的云计算
随着智慧校园数字化工程的建设，门户信息发布系统、网络教学系统、学生工作管理、教务管理系统、校园后勤服务管理系统以及一卡通管理系统等应用平台不断完善，从而推动校园相关公共数据的整合与共享。校园云计算的“云”是一种私有云，就是存在于校园局域网上的服务器集群上的资源，它包括硬件资源（CPU、GPU、内存、存储器、网络等）和软件资源（如应用软件、集成开发环境等），通过虚拟化平台进行统一管理，它们就像只有一台计算机在工作，所有的计算处理工作都在云端所提供的服务器群协调完成。
在云计算环境中，虚拟化技术按系统层级划分，可以分为：服务器虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化、应用虚拟化以及客户端虚拟化。这些虚拟化技术都是为了解决计算机系统中各种性能问题。虚拟化技术应用到云计算中，不仅简化了资源管理的复杂度，还提高了计算机资源的利用率。智慧校园数字化工程建设里，就是要解决这些性能问题，充分利用虚拟化技术，优化服务器环境、存储环境、网络环境等资源，提高工作效率。
2 校园服务器虚拟化平台的搭建
2.1 虚拟化平台的硬件搭建
基于“软件定义数据中心”的思想，以虚拟化技术为核心，利用服务器虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化、安全虚拟化等组件，将计算、存储、网络和安全等资源完全资源池化，把这些虚拟资源融合到一台标准X86服务器中，形成模块化的基准架构单元，通过网络聚合，实现硬件模块化的横向扩展。这就要求服务器具有高性能的特点，配置上一般采用英特尔至强系列多路CPU，内存由多条DDR4高容量内存条组成，硬盘阵列由多个SSD固态硬盘和多个10TB以上充氦气体的机械硬盘组成，网络支持万兆光纤口和电口，双电源冗余供电，只有保障虚拟化平台基础硬件的稳定性，才能更好地为应用软件平台服务。
2.2 虚拟化平台的软件搭建
目前主流的虚拟化平台有Hyper-V、XenSystem、VMware ESXi以及 KVM，其中 Hyper-V是微软的管理虚拟机的功能组件，在启用Hyper-V功能之后，操作系统会自动安装可视化的虚拟机Hyper-V管理工具。在同一台物理机上，能够使用Hyper-V可以创建多个虚拟机，每一个虚拟机根据分配资源的不同从而执行不同的工作负载，各自运行独立的系统工作环境。
2.2.1 安装Hyper-V功能组件
在物理机的操作系统环境是Windows Server 2019，默认情况下，Hyper-V功能组件是不会被安装的。首先安装Hyper-V功能组件，才能在一台物理机上创建多个虚拟机。打开“服务器管理器”，添加Hyper-V角色，通过“添加角色与功能”按钮，在“安装类型”上选择“基于角色或基于功能的安装”，在“服务器角色”上勾选“Hyper-V”并安装。其中在“创建虚拟交换机”界面选择虚拟机需要连接网络的物理网卡，系统将对应创建一个虚拟交换机，以后物理机上的网络链接都通过这个虚拟交换机进行传输数据。配置完成后开始安装，等待Hyper-V安装完成后，需要将服务器物理机重新启动。
2.2.2 在Hyper-V中创建虚拟机
在安装Hyper-V功能组件之后，系统会自动安装Hyper-V管理器，默认将本机添加到服务列表中，也可以通过右侧菜单“连接到服务器”将其他Windows服务器（已安装Hyper-V功能组件）添加到Hyper-V管理器中，通過“Hyper-V管理器”来创建和管理虚拟机：
1）打开“新建”“虚拟机”向导。
2）指定虚拟机的“名称”和虚拟机数据存储的位置。
3）选择虚拟机的版本。Hyper-V的版本共有2代：“第一代”和“第二代”。第一代虚拟机是Hyper-V的前一个版本，第二代虚拟机启动（boot）更快，模拟加载的硬件资源更少，性能更高，但并不是所有的操作系统都支持第二代虚拟机。 因此，可以选择“第二代”，如果创建第二代虚拟机后安装操作系统失败，再选择“第一代”。 4）为虚拟机分配开机内存。为新建的虚拟机分配开机内存，勾选动态分配内存，虚拟机会动态使用系统内存，能够在所指内存范围内自动分配使用物理内存大小。
5）配置网络适配器，从“连接”列表中选择网络适配器。
6）为虚拟机分配存储数据的磁盘空间。创建虚拟硬盘，设置文件名称，后缀名是.vhdx，是实体硬盘中的一个文件，能够动态扩张，用于存储虚拟机的操作系统和数据文件。
7）为虚拟机安装操作系统。选项“以后安装操作系统”，在虚拟机创建完成之后，等到虚拟机启动时再安装操作系统，本文使用该选项。其他两个选项都是在创建虚拟机时安装操作系统，从镜像文件（ISO）或从网络上安装。如果有相关Linux或者Windows操作系统的ISO镜像文件，可以选择“从可启动的映像文件安装操作系统”。
8）最后显示的是概要，描述虚拟机的配置信息，点击“完成”按钮，开始创建虚拟机。
2.2.3 配置虚拟机并安装操作系统
由于在创建虚拟机时，选择的是“以后安装操作系统”，因此，在虚拟机创建成功之后，需要配置虚拟机并且安装相关的操作系统。在 “虚拟机”面板中，会罗列出在特定服务器上创建的所有虚拟机，选择需要安装操作系统的一个虚拟机：
1）点击“连接”，打开虚拟机界面。
2）点击“启动”按钮，启动虚拟机。
3）从镜像文件（ISO）安装操作系统。首先，点击菜单“媒体”，选项“ DVD驱动器”，选择“插入磁盘”，选择操作系统的安装镜像文件（ISO）;进入安装界面开展安装操作系统，直到安装完成。
这时把Hyper-V虚拟化平台的软件环境搭建出来后，再根据需求来创建多个虚拟机，在每一个虚拟机里继续部署操作系统和应用平台。
3 校园虚拟化平台的应用
校园虚拟化平台的应用建设包括统一信息门户、统一身份认证系统、公共数据交换系统，应用服务系统包括协同办公平台、教学管理平台、学生工作管理平台、科研管理台平台、人事管理平台、资源管理平台、掌上校园平台、就业服务平台、招生入学管理平台、计费认证系统、门禁系统、一卡通系统、图书管理系统、精品课程教学系统、各类实训教学应用系统的统一规划整合。使用虚拟化技术后，对相类似的应用系统进行一一整合，比如根据不同操作系统的业务和具体的应用服务可以在虚拟化管理平台中进行系统与业务分类，依据CPU使用率、负载数量、并发数等指标规划相应的虚拟机，按照实际情况合理分配主机CPU、内存、硬盘存储和网络等资源。
每一个虚拟机上运行着一个或多个应用系统，通过数据库集中式管理与分布式管理并列，把公共数据统一起来，子数据库分开管理，提高资源使用效率。根据智慧校园数字化工程建设要求的高稳定性和高可用性，还要构建校园服务器虚拟化平台的集群，通过分布式存储让服务器在迁移后能简化服务器的维护和管理操作，可以利用虚拟化技术按照系统规划方案对应用系统进行实时备份和迁移，提高系统负载均衡，增强系统错误容忍度和优化虚拟化平台的网络性能。
4 结束语
在云计算环境下，应用服务器虚拟化技术将校园众多的服务器和应用服务集成到少数的物理硬件上，灵活调度计算机系统的各种资源，实现硬件资源的动态分配，可以加快校园各种应用服务和系统业务的部署，降低了校园硬件的投入成本，同时保证不同系统业务间的逻辑分离，提高了数据与信息安全水平，提高了应用服务对服务器CPU资源、内存、磁盘、网络等资源的利用率，简化了资源管理模式，也使得系统故障恢复和数据备份更加快捷，整體提升了智慧校园数字化工程的运行质量，为全校师生提供更优质的服务。
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【通联编辑：梁书】
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