謝 芳，鄒復民

（福建工程學院，福建 福州 350108）

打造私有云平臺上的高校機房管理模式

謝 芳，鄒復民

（福建工程學院，福建 福州 350108）

針對高校公共機房管理現(xiàn)狀，提出了利用私有云和虛擬架構技術維護高校公共機房，探討了私有云在高校公共機房中的應用優(yōu)勢與不足.

高校；公共機房；管理；云計算；私有云；虛擬化

隨著信息時代的飛速發(fā)展,高校公共計算機房已成為教學、科研重要基地.高校公共機房一般承擔著大量的計算機教學任務，而公共機房的計算機設備一般3-5年就需要更新，各間機房計算機配置不統(tǒng)一，計算機軟件升級換代快，計算機系統(tǒng)的維護工作量大等問題，如何提高現(xiàn)有機房資源的利用率，最大限度的延長計算機的使用壽命是很多機房管理人員都在研究的問題.隨著云計算技術的不斷成熟與發(fā)展為高校公共機房的維護管理模式提供了一條新的思路.

1 云計算概述

1.1 什么是云計算

云計算(Cloud Computing)是一種新興的商業(yè)計算模型，它將計算任務分布在大量計算機構成的資源池上，使各種應用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取計算力、存儲空間和各種軟件服務[1].云計算的核心思想，是將大量用網絡連接的計算資源統(tǒng)一管理和調度，構成一個計算資源池向用戶按需服務，并賦予開發(fā)者透明獲取資源、使用資源的自由[2].

1.2 云計算的特點

（1）云計算中的硬件和軟件都是資源，通過虛擬化技術，對存儲、計算、內存、網絡等資源虛擬化，并通過網絡以服務的方式提供給用戶.

（2）云計算支持用戶使用各種終端在任意位置獲取應用服務，用戶可以根據(jù)實際需求快速彈性地請求和購買云計算資源，動態(tài)擴展處理和進行配置[3].

（3）云計算使用了數(shù)據(jù)多副本容錯、計算節(jié)點同構可互換等措施來保障服務的高可靠性，使用云計算比使用本地計算機更加可靠[4].

（4）云計算不針對特定的應用，在“云”的支撐下可以構造出于變萬化的應用，同一片“云”可以同時支撐不同的應用運行[3].

1.3 云計算的分類

按服務方式分類上可以把云計算分成三類：公有云（PublicCloud）、私有云(PrivateCloud）和混合云(HybirdCloud）[5].

公有云指由若干企業(yè)和用戶共同使用的云環(huán)境，IT業(yè)務和功能以服務方式，通過互聯(lián)網來為廣泛的外部用戶提供；用戶無需具備針對該服務在技術層面的知識，無須雇傭相關的技術專家，無須擁有或管理所需的IT基礎設施.在公有云中，用戶所需的服務由一個獨立的、第三方云提供商提供.

私有云是由某個企業(yè)獨立構建和使用的云環(huán)境，IT業(yè)務通過企業(yè)內部網，在防火墻內以服務的形式為企業(yè)內部用戶提供；私有云的所有者不與其他企業(yè)或組織共享任何資源，是企業(yè)或組織所專有的云計算環(huán)境.

混合云是整合了公有云和私有云所提供服務的云環(huán)境.用戶根據(jù)自身因素和業(yè)務需求選擇合適的整合方式，制訂其使用混合云的規(guī)則和策略.

比較云計算的三種服務方式，公有云的服務質量具有更大的不確定性，而私有云服務承載核心業(yè)務，提供快速反應能力和按需定制能力[6].從筆者所在院校公共機房當前的實際情況來看，采用用云計算的私有云模式對機房進行改造是一種可行的方案.云計算中最關鍵技術之一是是采用虛擬化技術.通過虛擬化技術可以將離散的硬件資源統(tǒng)一起來以創(chuàng)建共享動態(tài)平臺，同時實現(xiàn)應用程序的內置可用性、安全性和可擴展性[7].

2 私有云在高校公共機房管理的應用

2.1 軟件選擇

本實驗平臺為140點普通OA辦公、2D/3D設計、多媒體音視頻用戶提供虛擬桌面教學環(huán)境.這里以50用戶/服務器，用戶虛擬桌面使用WinXP操作系統(tǒng)為基數(shù)進行預估，整套系統(tǒng)擁有良好的線性擴展能力；未來用戶數(shù)增加時，可按需添加服務器和評估增加存儲容量以滿足要求.

服務器虛擬化軟件可采用VMWre公司的vSphere產品，vSphere是VMware推出的基于云的新一代數(shù)據(jù)中心虛擬化套件，提供了虛擬化基礎架構、高可用性、集中管理、監(jiān)控等一整套解決方案[10].本實驗平臺桌面虛擬化方案構建在VMwarevSphere5之上.VMwarevSphere允許多個用戶桌面以虛擬機的形式獨立運行，同時共享CPU、內存、網絡連接和存儲器等底層物理硬件資源[11].這種架構將用戶彼此隔離開來，使每位用戶都擁有自己的操作系統(tǒng)，同時可以實現(xiàn)精確的資源分配.經過虛擬化的服務器與通常我們使用的物理服務器是一樣的，可以安裝任何應用軟件[12].通過服務器虛擬化可以將一臺服務器當做多臺服務器來使用.VMwarevSphere包括下列組件和功能：（1）VMware ESXi其功能是在一臺主機上虛擬出若干臺虛擬機并實現(xiàn)主機資源管理,按需將資源分配給上層的虛擬機.虛擬化基礎平臺服務器提供用戶桌面應用所需的計算資源，通過虛擬化系統(tǒng)虛擬出若干臺虛擬機并提供給不同的用戶.（2）VMware vCenter Server：它是管理Hosts和VMs的核心，安裝后可選安裝如下組件：(a)VMware Data Recovery：實現(xiàn)對虛擬機的自動定期備份.(b)VMware vCenter Update Manager組件：實現(xiàn)對Hosts和VMs的升級和補丁管理.(c)vCenter Converter：該組件實現(xiàn)將物理機、虛擬機轉換成可在E S X上運行的虛擬機.虛擬化基礎平臺管理服務器（vCenter Server）用于安裝虛擬化基礎平臺的可視化管理工具，實現(xiàn)對虛擬化基礎平臺服務器及虛擬機等的管理.（3）vSphereHighAvailability(H A)可為虛擬機提供高可用性的功能.如果服務器出現(xiàn)故障，受到影響的虛擬機會在其他擁有多余容量的可用服務器上重新啟動.（4）vSpherevMotionv Motion支持虛擬機在主機之間的實時遷移.作為動態(tài)、自動化并自我優(yōu)化的數(shù)據(jù)中心的一個關鍵啟動組件，vMotion支持在物理服務器之間實時遷移運行中的虛擬機，同時又可以避免宕機、確保連續(xù)的服務供應以及處理過程的完整性.vMotion還可以使資源池內的虛擬機持續(xù)進行自動優(yōu)化，最大程度地提高硬件的利用率、靈活性和可用性.

2.2 硬件選擇

2.2.1 虛擬化平臺與外界的通訊網絡

采用本虛擬化方案后，用戶與托管的虛擬桌面及虛擬服務器間采用PC-over-IP協(xié)議或RDP協(xié)議連接，為了達到較流暢的體驗效果，每個客戶端平均需要帶寬如下：

PCoIP：100-150kbps，RDP：150-200kbps.

桌面設備接入

（a）辦公/機房交換機與匯聚交換機之間采用1000Mbps網絡連接.

（b）客戶端與機房交換機之間采用100Mbps網絡連接.

匯聚交換機與虛擬化基礎服務器間網絡連接

匯聚交換機與虛擬化基礎服務器間的網絡帶寬需求為所有客戶端需求的總和，以每個用戶200Kbps計算，140個用戶需要28M以上的帶寬，考慮到未來的擴容、及大文件拷貝速度需求，方案中采用1000M網絡連接.

2.2.2 存儲設計

桌面云與開發(fā)測試云平臺需要有存儲來提供存儲資源，不同類型用戶所需求的計算資源有一定的差異，以常見的桌面用戶的存儲資源需求為基礎，針對筆者所在高校實驗平臺應用場景的規(guī)模對存儲的容量、性能進行規(guī)劃設計.

(1)I/O性能規(guī)劃

據(jù)辦公、教學設計中用戶習慣分析，一般用戶對IO性能要求在20個IOPS左右，以140用戶計算，共需要2800IOPS,以每塊1.5萬轉盤120個IOPS計算，當磁盤配置為RAID0+1時需要至少2 4塊磁盤.

(2)容量規(guī)劃設計

以每個用戶30GB系統(tǒng)空間，20GB數(shù)據(jù)存儲空間計算，140個用戶共需7TB空間；其中系統(tǒng)需要4.2TB，數(shù)據(jù)需要2.8TB.

如果采用Composer技術時，多個用戶可共享系統(tǒng)空間，如最終用可以用10類用戶系統(tǒng)模板滿足需求，實際磁盤需求容量為30*10+20×140=3.1TB.

如20塊磁盤均為450G1.5萬轉磁盤，采用RAID0＋1模式，總容量約4.5TB滿足容量需求.

2.3 技術架構

（1）將公共機房原先已搭建好的的局域網作為公共機房私有云的數(shù)據(jù)中心，并選用一臺高性能服務器作為數(shù)據(jù)中心管理的主機.接著對物理資源進行虛擬化以建立計算虛擬化池和存儲虛擬化池[10].計算虛擬化池是采用服務器虛擬化技術.在服務器上安裝VMware vCenter Server系統(tǒng)即安裝虛擬化主機程序的物理服務器搭建集中管理平臺，通過虛擬化基礎平臺的可視化管理工具，對虛擬化基礎平臺服務器及虛擬機等的管理來實現(xiàn)對資源管理、配置管理，自助服務管理等.

（2）在主機上安裝虛擬化主機程序的物理服務器搭建集中管理平臺ESXi5.0；在一臺主機上虛擬出若干臺虛擬機并實現(xiàn)主機資源管理,按需將資源分配給上層的虛擬機.在ESXi中部署虛擬機有兩種方法，第一種是使用VMwarev SphereClient連接到VMwarevCenter中，在VMwarevCenter中建立虛擬機，第二種方法是使用VMwarevSphereClient直接連接到ESXi中，在ESXi中建立虛擬機，但是每次只能連接1臺ESXi服務器，不能同時連接.這種情況適用于沒有VMwarevCenter或者VMwarevCenter出現(xiàn)故障時后進行連接.以上方法都可以登錄到虛擬化平臺來管理虛擬機，方便管理員來管理.這里是采用最常用的方法使用VMwarevSphereClient來進行登錄.使用VMwarevSphereClient連接到VMwarevCenter中，創(chuàng)建完成數(shù)據(jù)中心后，通過VMwarevCenter來管理1臺或者多臺ESXi主機.

（3）在私有云的架構中，存儲體系結構是十分重要的.在設計云計算平臺的存儲體系結構時，不能只考慮存儲容量問題，磁盤數(shù)據(jù)的讀寫速度是一個更重要的問題.因為隨著電子集成技術不斷發(fā)展，硬盤價格在不斷下降，存儲容量擴充問題可以通過多個磁盤組合實現(xiàn).而提高讀寫速度就要對多個磁盤進行同時讀寫將數(shù)據(jù)分配到多個節(jié)點的多個磁盤當中，為此存儲技術選擇基于塊設備的存儲區(qū)域網絡SAN系統(tǒng).存儲陣列為用戶虛擬桌面應用提供存儲支持，所有虛擬化系統(tǒng)、應用數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)均存儲在存儲上.

3 私有云平臺功能優(yōu)點與不足

3.1 公共機房采用私有云平臺的優(yōu)勢

3.1.1 降低了公共機房建設以及使用成本

傳統(tǒng)機房管理模式下采購計算機時要考慮計算機的CPU、內存、硬盤、顯卡等配件的級別，級別越高整機價就越貴.采用云計算技術平臺的公共機房管理模式，桌面虛擬化改造后，集中的虛擬桌面更容易管理，實驗室管理人員可以管理的虛擬桌面數(shù)量可以比傳統(tǒng)PC多出十倍以上；桌面虛擬化改造后可以延長桌面設備的使用周期，例如很舊的P C機都可以訪問運行在后臺服務器上的最新桌面操作系統(tǒng)；如果云終端使用瘦客戶機（ThinClient）時，可以真正實現(xiàn)客戶端零管理，病毒、誤操作都不會對系統(tǒng)產生太大影響，瘦客戶機耗電量只有20瓦左右，尤其是在學校大規(guī)模終端設備的場景下，省電效果尤為明顯.

3.1.2 大大減少了系統(tǒng)維護的工作量

采用云計算技術平臺的公共機房管理模式，對軟件的維護升級只需要在云中的一臺機器進行，不需在本地計算機上更新維護.當學生實驗桌面所需的開發(fā)測試桌面系統(tǒng)具有較高一致性時（即用戶不需要有太多自已的個性設置），還可以利用學生實驗桌面一致性的特點來創(chuàng)建標準的虛擬桌面模板，并通過Composer技術來置備虛擬桌面.通過Composer技術可以實現(xiàn)多個用戶共享同一個“桌面池復制鏡像”，而無需為每個用戶分配獨立的系統(tǒng)盤，這能大幅降低存儲成本.日常管理維護時也只需對父虛擬機進行維護即可，能降低管理維護工作量.

3.1.3 實現(xiàn)大范圍的資源共享

通過私有云技術對機房的改造，可以將學校各個院系內的機房資源共同構筑一個虛擬資源池，這樣所有院系就可以共享這個資源池中的資源.將實驗平臺“學生實驗桌面資源”和“服務器資源”納入統(tǒng)一資源池進行管理.實驗管理人員根據(jù)實驗項目的要求不同的而分配不同的資源，資源分配可以動態(tài)調配，解決資源分布不均等問題，同時還能大幅度的提高資源利用率.

3.1.4 減少計算機病毒的影響，提高信息安全性

在公共機房維護管理中，病毒的防控一直是實驗室維護管理人員十分頭疼的問題，特別是U盤的廣泛使用以及局域網的互訪常常會造成一臺計算機中毒很快就會使整個局域網內其他計算機都被感染．使用私有云技術平臺的機房管理模式有效解決了這一問題．在云計算環(huán)境下，采用的虛擬桌面系統(tǒng)和瘦客戶機的組合作為學生實驗桌面終端，不再存儲任何數(shù)據(jù)，所有的數(shù)據(jù)都統(tǒng)一保存在“云端”中的某一位置，不需要通過U盤保存文件，當云中節(jié)點出現(xiàn)故障時，云系統(tǒng)會自動訪問其他節(jié)點進行備份，有效地保證廣大師生數(shù)據(jù)信息的安全．

3.2 私有云在高校公共機房應用存在的問題

目前云計算還是一種科技前沿技術，在使用過程還存在著許多問題，有待于我們詳細細致考慮解決：

（1）基于云計算技術的機房管理模式，它的各項服務都是依托于網絡而發(fā)揮作用的，一旦網絡出現(xiàn)連接問題，可能會導致終端訪問不到任何機房資源而影響正常的教學.

（2）云計算可能會大幅度增加網絡流量，由此引發(fā)的服務中斷、網絡延遲等問題會嚴重制約云計算的發(fā)展.對于學校目前的網絡性能來說，還面臨著很大的挑戰(zhàn).假若學校網絡帶寬難以保障，那么“云”所帶來的實際效果將會大打折扣，就會成為制約云計算發(fā)展的“隱形殺手”.所以如何保障良好的網絡環(huán)境和網絡性能是成為云計算能否在高校機房中得到廣泛應用的重要前提.

（3）目前一些比較大型的圖形圖像軟件、數(shù)據(jù)庫軟件以及考試平臺等還不能在云端運行，還需要進行進一步的探索與大量的測試.

4 結束語

云計算技術模式的出現(xiàn)，給我國高校實驗室發(fā)展帶來機遇.雖然目前云計算技術應用還處于不斷完善的階段，但筆者相信隨著科技日新月異的發(fā)展，云計算技術應用會日趨成熟，云計算技術在高校實驗室的優(yōu)化應用會越來越普及，高校實驗室資源會更加合理配置和安全可靠，以適應未來培養(yǎng)更多高素質科技人才的需要.

〔1〕劉鵬.云計算[M].北京電子工業(yè)出版社,2010.

〔2〕王慶波.云計算寶典與技術實現(xiàn)[M].北京電子工業(yè)出版社,2011.

〔3〕袁文成,朱怡安,陸偉.面向虛擬資源的云計算資源管理機制[J].西北工業(yè)大學學報,2010,28(5):705-708.

〔4〕王聰,王翠榮.面向云計算的數(shù)據(jù)中心網絡體系結構設計[J].計算機研究與發(fā)展,2012,49(2)：286-293.

〔5〕張建勛,古志民,鄭超.云計算研究進展綜述[J].Application Research of Computer,2010,21(2):429-433.

〔6〕羅軍舟,金嘉暉,宋愛波,等.云計算:體系架構與關鍵技術[J].通信學報，2011,32(7):3-21.

〔7〕陳康,鄭緯民.云計算:系統(tǒng)實例與研究現(xiàn)狀[J].軟件學報，2009,20(5):1337-1348.

TP393.07

A

1673-260 X（2013）10-0024-03

福建省杰出青年基金項目(2012J06015)