徐 鸝

浙江醫(yī)藥高等?？茖W校圖書信息中心，浙江 寧波 315100

精品課程建設自2003年啟動以來，形成了國家、省、校三級精品課程建設體系。通過近十年的課程建設，各高等院校都擁有一定數(shù)量的基礎類、專業(yè)類精品課程。近年，國家對精品課程的建設與應用要求也在提高，資源的共享應用是今后的趨勢。

2012年教育部制定了《精品資源共享課建設工作實施辦法》，要求高等學校優(yōu)質(zhì)課程教學資源通過現(xiàn)代信息技術(shù)手段共建共享，為高校師生和社會學習者提供優(yōu)質(zhì)的課程教學資源;《辦法》中還規(guī)定了技術(shù)保障措施，利用先進信息技術(shù)，建設具有教、學兼?zhèn)浜突咏涣鞯裙δ艿墓蚕砥脚_［1］。

目前，高職院校精品課程資源在實際部署和利用方面存在著諸多問題:在硬件方面，由于資金有限，硬件投入不足，造成網(wǎng)絡信息基礎設施建設周期過長，導致硬件建設滯后于精品課程資源建設;缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，服務器資源分配不均，部分精品課程資源服務器利用率偏低，服務器容災、備份、共享能力偏弱。在軟件方面，精品課程資源建設時間跨度大，頭緒多，缺少統(tǒng)一部署，導致操作系統(tǒng)多樣(Windows及l(fā)inux)，Web 服務軟件多樣(IIS，tomcat，apache 等)，數(shù)據(jù)庫軟件多樣(oracle，sqlserver，mysql等)，軟件的種類和版本不統(tǒng)一，管理難度較大。

綜合來說，在精品課程資源建設過程中，信息化管理部門除了要滿足精品課程建設者購置服務器的需求，還要解決現(xiàn)有服務器資源使用不均衡、利用率低等問題。利用信息技術(shù)解決服務器緊缺及管理困難現(xiàn)狀，是當前需要認真研究解決的。該文基于高職院校精品課程資源建設現(xiàn)狀，討論了精品課程服務器的虛擬化部署相關(guān)問題，以探索適合高職院校的虛擬化管理模式。

1 服務器虛擬化及其部署過程

服務器虛擬化是將系統(tǒng)虛擬化技術(shù)應用于服務器上，在一個物理服務器上創(chuàng)建出若干個可獨立使用的虛擬機，通過軟件方式將單一的物理資源(CPU、內(nèi)存、I/O等)模擬成多個虛擬資源，并分配給多臺虛擬機使用，以滿足每臺虛擬機的硬件資源需求。模擬出來的設備能有效地模訪物理設備的動作，將虛擬機的設備操作轉(zhuǎn)譯給物理設備，并將物理設備的運行結(jié)果返回給虛擬機。相關(guān)測試證明，虛擬服務器在性能及運行方面，與物理服務器并無太大差異［2］?？梢钥闯?，服務器虛擬化滿足精品課程資源建設過程中對服務器的需求，同時也可避免資源浪費現(xiàn)象。

服務器虛擬化的軟件有很多，虛擬化服務器也可在刀片服務器和機架式服務器中選擇。刀片服務器具有價格昂貴、機柜承載要求高等特點，而機架式服務器就比較適合于預算不充裕、部署需快速的院校。系統(tǒng)管理員可以根據(jù)本校經(jīng)濟及使用環(huán)境，選擇服務器及虛擬化管理平臺工具，部署虛擬化環(huán)境。

精品課程資源服務器虛擬化部署的流程:評估虛擬化前的環(huán)境—規(guī)劃虛擬環(huán)境—建立虛擬環(huán)境—配置虛擬環(huán)境—精品課程資源遷移(虛擬機的遷移P2V)—監(jiān)控虛擬環(huán)境—動態(tài)維護虛擬機—虛擬機備份—評估虛擬化環(huán)境。前三步是部署的關(guān)鍵，涉及到今后精品課程虛擬化服務器的運行性能;虛擬機的備份關(guān)系到精品課程資源使用的持續(xù)性和完整性，需要認真考慮并選擇。

1.1 評估虛擬化前的環(huán)境

在采用虛擬化技術(shù)前，需要對現(xiàn)有精品課程資源進行評估，收集相關(guān)信息(如課程資源服務器的操作系統(tǒng)、Web服務器、中間件版本、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡配置、課程資源的類型、存儲容量等);梳理現(xiàn)有精品課程資源各系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立業(yè)務視圖，找出對應的配置信息，避免服務器虛擬化整合破壞現(xiàn)有精品課程資源系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。根據(jù)評估，確認需要采用虛擬化技術(shù)的精品課程資源，現(xiàn)有精品課程資源的容量，以及近期的擴容需求。

伊朗的抗壓能力和耐力依然較強。歷經(jīng)40年左右的制裁與反制裁后，伊朗對制裁的適應能力和制裁下的生存能力異常堅韌。國內(nèi)而言，伊朗政教合一的政體有其合理合法性，得到了最廣大底層人民的擁戴。伊朗政府的控局能力依然很強，能夠?qū)⒁恍撛诘娘L險和不穩(wěn)定的苗頭控制在初始階段和萌芽狀態(tài)，2018年年初的伊朗騷亂在短時間內(nèi)得到有效管控就是明證。而且，宗教領(lǐng)袖、議會和總統(tǒng)這“三家馬車”相互制衡，類似于“三權(quán)分立”的機制，加上伊朗總統(tǒng)選舉的民主化，都是伊朗政權(quán)相對穩(wěn)定的“壓艙石”。

1.2 規(guī)劃虛擬環(huán)境

在規(guī)劃虛擬環(huán)境階段，需要認真考慮精品課程資源虛擬化服務器的硬件配置。從虛擬化角度來說，多個CPU核心之間分攤虛擬服務器負載的能力，可以轉(zhuǎn)換為所有虛擬機之間的更快、更穩(wěn)定的性能。因此，物理機中CPU擁有更多的核比具有更高的時鐘頻率好。如果不考慮經(jīng)濟因素，8核，6核和4核中間，應該考慮選用更多核數(shù)的CPU，以避免訪問量的劇增給物理主機CPU帶來的壓力。另外，服務器一般都內(nèi)置虛擬化功能(如AMD-V和Inter-VT)，啟用該功能，可進一步提高虛擬主機的性能。

由于物理內(nèi)存本身就限制了虛擬化服務器能夠分配的虛擬機數(shù)據(jù)，因此，在初次內(nèi)存配置上要盡量大，并且盡量選擇速度快的RAM。但也不是盲目擴大內(nèi)存的需求。以Vmware為例，它采用了內(nèi)存過量功能，可以最大化物理機上的虛擬機數(shù)量［3］，避免了部分精品課程持續(xù)占用內(nèi)存資源的現(xiàn)象。

在沒有SAN和NAS設備來存儲虛擬服務器映象的情況下，虛擬化服務器就承擔了虛擬機的存儲功能。因此，服務器的磁盤應以大容量為配置原則，可以考慮Raid5陣列的SATA硬盤。當然，SAS盤的性能會更好。在經(jīng)濟許可下，同時考慮配置外部存儲設備。

訪問量的增加給虛擬化服務器的網(wǎng)絡接口也帶來不小壓力。因此，在布局網(wǎng)絡時，應該充分利用以太網(wǎng)交換機的鏈路聚合功能，或者將虛擬化服務器的兩個或多個網(wǎng)絡接口聚合起來，構(gòu)建起更強的虛擬網(wǎng)絡接口，從而為精品課程資源使用者提供更大的帶寬。

除了硬件本身的因素，還可以將精品課程資源按應用分為處理器密集型(CPU intensive)、內(nèi)存密集型(memory intersive)、輸入輸出密集型(I/O intensive)［2］，從應用產(chǎn)生的負荷去綜合考慮，為精品課程資源統(tǒng)籌規(guī)劃出性能良好并具有擴展能力的虛擬環(huán)境。

1.3 建立虛擬環(huán)境

在建立真實的虛擬化環(huán)境時，首先要進行容量及虛擬機規(guī)劃，盡量做到合理分配，以滿足精品課程資源建設及使用的需求。容量規(guī)劃是一個持續(xù)性及動態(tài)的過程，有很多規(guī)劃因素，如:擬采用虛擬化技術(shù)的應用需占用服務器的資源數(shù)量;虛擬化服務器的硬件資源可分配給多少個虛擬機;為虛擬化服務器分配冗余資源應對額外應用。不合理的規(guī)劃，很容易造成虛擬機蔓延，從而導致服務器的整合過度。整合過度首先影響到精品課程資源虛擬化服務器的整體性能和穩(wěn)定性，其次是虛擬機(精品課程資源)使用過程中的實時遷移能力。一般來說，虛擬化服務器資源的利用率達到60% ～70%比較合適，余下的資源可用于服務器之間的虛擬機遷移、平衡工作負載或支持維護等工作。

對于虛擬機數(shù)量的確定，系統(tǒng)管理員可以通過使用行業(yè)基準測試工具(如VMmark)，得出相應的數(shù)據(jù)指標。由于很多基準測試工具需要服務器支撐及付費，因此，可以換另一種方式，如用行業(yè)標準來估算:一個3.0 GHz四核雙CPU的服務器通常可以加載30-80個虛擬機。PC機用戶一般可以分為輕量級、中等、重量級、超重量級四種類型，可利用PC機用戶來評估需求。不同的用戶對CPU資源使用的預期值不同(分別為 300MHz、500MHz、800MHz、1GHz)，其對應的服務器每核比率也不同(分別為10 ∶1，6 ∶1，3.75∶1，2 ∶1)［4］。精品課程資源的用戶一般可歸為中等用戶。當然，這個數(shù)據(jù)不是絕對的，還要根據(jù)精品課程資源訪問量等性能指標的情況做綜合判斷［5］。

1.4 虛擬機的備份

傳統(tǒng)的非虛擬服務器備份過程通常會消耗大部分的CPU及I/O資源，在備份期間，會影響其他應用的正常進行。虛擬化的備份是在分配給各個虛擬機的資源范圍內(nèi)進行的，某個虛擬機的備份過程不會影響到別的進程。因此，在虛擬化環(huán)境中對部分精品課程資源進行備份維護時，并不會影響其他課程資源的正常使用。值得注意的是，虛擬機在備份期間會占用大量的網(wǎng)絡帶寬、存儲帶寬和吞吐量。因此，選擇備份的時間就很關(guān)鍵，應該盡量避開課程資源的訪問高峰期(如早上8點到下午5點)，以免降低精品課程資源系統(tǒng)的性能。

在確定備份時間后，就要選擇備份方式。如在vSphere虛擬環(huán)境中，每一個虛擬機都是由nvram、vmx、vmdx三個文件組成，它們是構(gòu)成虛擬機的基礎，分別包含了虛擬機的硬件引導程序、所有配置信息和硬件設置、數(shù)據(jù)文件(虛擬機真實使用的磁盤存儲空間)［6］。在了解虛擬機的組成后，就可以在快照、增量備份、虛擬模板、增量備份虛擬模板等方法中選擇最適合的方法。

vSphere虛擬化環(huán)境下最常用的增量備份工具是Vmware Data Recovery(VDR)［7］。VDR 僅適用于對特定虛擬機的周期性滾動的增量備份，無法直接用于復制和新的虛擬機。

快速部署是使用虛擬機模板創(chuàng)建新虛擬機。虛擬機模板是虛擬機某個狀態(tài)的鏡像備份，通常被認為是一種特殊的虛擬機。通過快速部署可以簡化虛擬機構(gòu)建的過程，節(jié)省構(gòu)建軟硬件組件到部署應用系統(tǒng)的一系列過程，從而真正提高數(shù)據(jù)中心的服務能力和水平。但這種方式的缺點在于無法將增量備份的虛擬機直接作為模板實現(xiàn)虛擬機的快速部署。

2 搭建虛擬化平臺

VMware ESXi是VMware公司推出的虛擬化平臺。筆者在x86服務器上利用vSphere搭建了精品課程資源虛擬化平臺，并在客戶端安裝了管理工具vSphere Client［8］。

2.1 規(guī)劃并配置虛擬機

在使用過程中，筆者新建虛擬機jpkc-server-01(分配2個虛擬2.0G CPU，4G虛擬內(nèi)存)，采用Microsoft Web Application Stress Tool(WAS)壓力測試工具，對遷移到其中的精品課程資源網(wǎng)站(含視頻)進行壓力測試(設置1000個并發(fā)連接數(shù)，測試時間10 min)，結(jié)果在VMware vSphere Client平臺的性能界面呈現(xiàn)。筆者希望通過性能分析，進一步掌握虛擬機的應用特點，測試調(diào)優(yōu)，從而保證精品課程資源的服務質(zhì)量。

在圖1的10 min壓力測試中，CPU的使用情況受到了影響，最高超過了50%，但還是處于正常范圍。

圖1 虛擬機CPU的負載情況

在圖2中，內(nèi)存的使用情況并沒有隨著并發(fā)連接數(shù)的變化而大幅波動。

圖2 虛擬機內(nèi)存的負載情況

根據(jù)圖1和圖2的虛擬機CPU與內(nèi)存負載變化特點，調(diào)整配置虛擬機的硬件參數(shù);參考行業(yè)標準，結(jié)合精品課程資源的應用特點，規(guī)劃出適合虛擬化服務器的虛擬機數(shù)量。

圖3中，虛擬機的網(wǎng)絡利用率(傳輸和接收速度)受并發(fā)連接數(shù)影響較大。在布局虛擬網(wǎng)絡時，可以利用以太網(wǎng)交換機的鏈路聚合功能，或者將物理主機的兩個或多個網(wǎng)絡接口聚合起來，為用戶提供更大的帶寬，以避免網(wǎng)絡堵塞。

圖3 虛擬機網(wǎng)絡負載情況

2.2 P2V 遷移

將物理服務器上的精品課程資源轉(zhuǎn)移到虛擬機上，也就是物理機到虛擬機的遷移(P2V)。

P2V的過程非常簡單，可以選擇免費的工具來完成，如 VMware vCenter［8］。一般來說，遷移要考慮四個因素:虛擬機容量需滿足物理服務器的實際容量;P2V的服務器遷移;檢查并更新虛擬機的操作系統(tǒng)及虛擬硬件;虛擬機IP地址的設置。通過重啟新建虛擬機，并關(guān)閉物理服務器，一個精品課程資源的虛擬環(huán)境就被創(chuàng)建，進入日常使用及管理階段。

2.3 性能監(jiān)測與資源管理

對虛擬化管理平臺的運行狀況進行全面監(jiān)控，并及時動態(tài)調(diào)整資源分配，是精品課程資源正常運行使用的技術(shù)保障手段。

系統(tǒng)管理員可以根據(jù)實際情況選用合適的軟件，對虛擬化管理平臺進行性能監(jiān)控。筆者采用了Manage Engine Applications Manager的最新版本(10)，它可以監(jiān)控vSphere虛擬化管理平臺。在客戶端下載安裝軟件，登錄管理平臺，將虛擬化服務器(ESXi主機)添加到監(jiān)視器列表中，通過可用性、性能、ESX/ESXi排名等視圖同時監(jiān)控各虛擬機的運行情況。性能視圖向用戶展示所有虛擬機的CPU利用率、內(nèi)存利用率、磁盤I/O、網(wǎng)絡利用率情況，使得系統(tǒng)管理員可以全面了解虛擬機的運行狀況;虛擬機排名視圖按各虛擬機的CPU利用率、內(nèi)存利用率、磁盤I/O、網(wǎng)絡利用率進行排名，以便系統(tǒng)管理員發(fā)現(xiàn)最占用資源的虛擬機，及時發(fā)現(xiàn)精品課程資源運行過程中的性能瓶頸。

根據(jù)監(jiān)測情況，重新調(diào)整各虛擬機的硬件分配(如CPU、內(nèi)存等)。在VMware vSphere Client平臺中，對各虛擬機的硬件屬性進行編輯，以保證精品課程資源的正常使用。

隨著虛擬機數(shù)量的增加，優(yōu)化虛擬化服務器的網(wǎng)絡性能也很重要。系統(tǒng)管理員可以通過技術(shù)手段來提升精品課程資源的網(wǎng)絡性能，如:在虛擬交換機上進行流量整形、分離虛擬機網(wǎng)絡和管理網(wǎng)絡、配置備份管理網(wǎng)絡、恢復默認網(wǎng)絡設置及使用PCI passthrough技術(shù)。

2.4 虛擬機的備份

數(shù)據(jù)備份是精品課程資源容災及恢復的前提。筆者選擇OVF［5］模板作為備份方式。OVF模板是vSphere模板形式之一，它是一種開放的虛擬硬件和數(shù)據(jù)封裝模式，可在不同的虛擬化環(huán)境之間交換虛擬機模板，并生成新的虛擬機。在vSphere環(huán)境下，筆者通過VMware vSphere Client，關(guān)閉需要備份的虛擬機，將虛擬機直接導到OVF模板，從而完成精品課程資源的快速備份。

在一臺虛擬化服務器上創(chuàng)建虛擬機，具有耗時少，成本低，IT的決策和響應速度快等特點。在精品課程建設中，利用虛擬化服務器技術(shù)，能實現(xiàn)按需分配資源。虛擬機較強的容災備份能力，保證了精品課程資源的持續(xù)共享應用及快速恢復?？旖莸倪w移方式，可以將原有分散的精品課程資源遷移到虛擬化服務器中，實現(xiàn)統(tǒng)一管理和維護。通過對精品課程資源系統(tǒng)的服務器虛擬化的研究，為今后高職院校IT資源的虛擬化，建立高效的數(shù)據(jù)中心，提供了理論及實踐基礎。

［1］教育部.精品資源共享課建設工作實施辦法［EB/OL］.http://news.jingpinke.com/details?uuid=f11c87e6-137c-1000-bad4-9bd9a94f2948，2012

［2］虛擬化與云計算小組.云計算寶典技術(shù)與實踐［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2011:153-164

［3］Posey BM.技術(shù)分析Hyper-V Dynamic Memory與VMware內(nèi)存過量使用［EB/OL］.http://www.search-virtual.com.cn/showcontent_42183.htm，2010-11-08

［4］Maltz B.如何確定一個CPU核上的虛擬機數(shù)量?［EB/OL］.http://www.searchvirtual.com.cn/showcontent_26316.htm，2009-03-05

［5］虛擬化與云計算小組.虛擬化與云計算［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2009:45-46，61-62

［6］萬林.快速虛擬機的新方法［EB/OL］.http://www.edu.cn/ji_shu_ying_yong_1643/20110527/t20110527_623050.shtml，2011-05

［7］Seibert E.VMware數(shù)據(jù)恢復管理員:安裝和使用VDR指導手冊［EB/OL］.http://www.searchstorage.com.cn/shoonwctent_23602.htm，2009-08

［8］王春海.中小企業(yè)虛擬機解決方案大全［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2010:135-155，95-97