陳曉平 劉聰穎 張 鵬

（1.河南理工大學(xué) 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，河南 焦作454000；2.河南焦作環(huán)境保護局，河南 焦作454100）

0 引言

隨著計算機及信息技術(shù)的發(fā)展，目前，各大高校甚至中小學(xué)校都在推行和建設(shè)數(shù)字化校園項目，為適應(yīng)數(shù)據(jù)信息量的增大以及各種應(yīng)用系統(tǒng)的需求，傳統(tǒng)的做法是購置更多的服務(wù)器來完成這些工作。然而這樣做又會帶來各種困擾：購置更多的服務(wù)器需要花費不菲的資金；耗費更多的電力；占用更多的機房空間，機房空調(diào)成本增加；給統(tǒng)一管理帶來諸多不便；數(shù)據(jù)遷移不便；故障恢復(fù)較慢；服務(wù)器資源利用率低等等，這些都會對數(shù)字化校園建設(shè)帶來極大的挑戰(zhàn)。那么如果能利用虛擬化技術(shù)將服務(wù)器資源進行有效整合，消除舊的“一臺服務(wù)器一個應(yīng)用系統(tǒng)”模式，采用在每臺物理機上運行多個虛擬機的方式，同時通過統(tǒng)一的管理平臺對虛擬機實現(xiàn)統(tǒng)一控制和管理，充分實現(xiàn)服務(wù)器資源的按需分配，就能在很大程度上解決這些問題[1]。

1 虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)早在20世紀(jì)中期就被人提出來了，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，使得如今虛擬化技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛。虛擬化技術(shù)是一種計算機硬件資源的調(diào)配方法，它可以讓資源更合理地被利用，通過虛擬化技術(shù)可以將一臺單獨的計算機資源分配到若干個虛擬機上，每個虛擬機都有其各自的CPU、內(nèi)存和硬盤等物理資源。這些虛擬機之間是相互獨立的，可以安裝不同的操作系統(tǒng)平臺，從而使得不同的虛擬機可以支持不同的應(yīng)用系統(tǒng)[2]。虛擬化技術(shù)從某種程度上實現(xiàn)了操作系統(tǒng)跟物理硬件的分離，讓計算機硬件資源的使用效率更高，且對用戶透明，其使用過程和使用獨立的服務(wù)器沒有任何區(qū)別。用戶只需在虛擬層環(huán)境上運行自己的系統(tǒng)和軟件，而不需要考慮后臺硬件具體如何實現(xiàn)。這些系統(tǒng)和軟件在運行時也似乎跟后臺的物理平臺無關(guān)。從而能夠有效提高服務(wù)器的利用率，減少服務(wù)器的數(shù)量，降低服務(wù)器的能耗，進而能夠統(tǒng)一管理，極大縮短安裝和配置新系統(tǒng)的時間，降低運營成本[3]。

虛擬機軟件是實現(xiàn)服務(wù)器虛擬化的主要手段。由于各廠商對虛擬化的理解有所不同，所以在虛擬化產(chǎn)品的實現(xiàn)上可能使用了不同的方法，但目的都是一樣：虛擬化后打破了操作系統(tǒng)對物理硬件的依賴，降低了操作系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)的復(fù)雜程度，合理地分配服務(wù)器資源，增強數(shù)據(jù)安全，方便快速隔離系統(tǒng)故障。從而有效地增加了服務(wù)器硬件利用率，提高服務(wù)器的可用性、安全性，達到減少支出、統(tǒng)一管理、提高效率，規(guī)避風(fēng)險的目的[4]。

目前，服務(wù)器虛擬化軟件有很多，比較主流的有VMware的ESX Server、Microsoft的Hyper-V、思杰的Xen Server等等。根據(jù)筆者所在學(xué)校的服務(wù)器管理需求，使用Microsoft的Hyper-V實現(xiàn)對服務(wù)器的虛擬化管理，具有較高的性價比，以下虛擬化技術(shù)的介紹和實現(xiàn)都將圍繞Hyper-v展開。

2 Hyper-v虛擬化技術(shù)

微軟的Hyper-v是伴隨Windows Server 2008操作系統(tǒng)所推出的一種服務(wù)器虛擬化解決方案，Hyper-v底層的虛擬機監(jiān)視器代碼量較小，不包含任何第三方的驅(qū)動，具有較高的安全性。由于它使用的是現(xiàn)有Windows驅(qū)動來運行Guest OS，只要物理硬件能在Windows Server 2008下工作，那么Hyper-V虛擬機就能使用這些硬件資源，所以Hyper-v可以兼容大量的驅(qū)動程序，而不必為虛擬機開發(fā)專用的硬件驅(qū)動程序，因此在硬件支持上Hyper-V與其他虛擬技術(shù)相比具有很大的優(yōu)勢[5]。

要正常安裝和實現(xiàn)Hyper-v有三個先決條件，首先虛擬化功能只在64位版本的Windows Server 2008中提供，其次需要處理器支持硬件輔助虛擬化，即處理器要支持Intel-VT(Vanderpool Technology)或AMD Virtualization(AMD-V)功能，最后，處理器必須支持硬件數(shù)據(jù)執(zhí)行保護(DEP)，而且被開啟(如果處理器支持DEP，Windows Server 2008將會默認(rèn)開啟)[6]。目前，絕大多數(shù)服務(wù)器都能滿足上述三個要求，Hyper-v只是Windows Server 2008操作系統(tǒng)中的一個角色，通過服務(wù)管理器就可以添加Hyper-v角色，如圖1所示。

通過Hyper-v安裝的虛擬機最多支持4個虛擬的CPU，最大可以使用64GB內(nèi)存，可以安裝各類windows及l(fā)inux系統(tǒng)，并且還可以支持64位的操作系統(tǒng)。完成hyper-v安裝后，需要對虛擬網(wǎng)絡(luò)進行配置，hyper-v提供三種虛擬網(wǎng)卡，分別是外部虛擬網(wǎng)卡、內(nèi)部虛擬網(wǎng)卡和專用虛擬網(wǎng)卡，鑒于虛擬服務(wù)器需要對外提供服務(wù)，需要固定的IP地址，使用外部虛擬網(wǎng)卡可以實現(xiàn)通過internet對虛擬機上的資源的訪問。此外，由于多臺虛擬機同時運行時需要硬盤有較快的讀寫速度，服務(wù)器最好使用高速SAS硬盤組成的RAID5或外部磁盤陣列。完成Hyper-v的配置以后，就可以新建或者從存儲上導(dǎo)入虛擬機了。配置好的虛擬機運行狀態(tài)如圖2所示。

圖1 添加Hyper-v角色

圖2 虛擬機運行狀態(tài)

圖3 未虛擬化之前簡單示意圖

圖4 虛擬化之后簡單示意圖

3 數(shù)字化校園建設(shè)中引入Hyper-v虛擬化技術(shù)

在數(shù)字化校園建設(shè)中引入虛擬化技術(shù)主要通過服務(wù)器資源整合、存儲資源整合、網(wǎng)絡(luò)資源整合，形成校園物理資源的虛擬化資源池[7]。利用Hyper-v虛擬化技術(shù)可以將服務(wù)器資源整合——首先把全校分散的服務(wù)器集中起來，統(tǒng)一管理，實現(xiàn)服務(wù)器資源的共享，然后通過虛擬化軟件Hyper-v的虛擬化技術(shù)把CPU虛擬化、內(nèi)存虛擬化和I/O設(shè)備虛擬化，形成多個獨立的虛擬機。

目前，建設(shè)一套比較完善數(shù)字化校園少則需要幾十臺服務(wù)器，多則需要上百臺服務(wù)器，這些服務(wù)器放在機房每年將耗費大量的電力，還要占用大量的機房空間以及與之配套的空調(diào)系統(tǒng)，UPS（不間斷電源）系統(tǒng)以及硬件購置和維護成本也相應(yīng)的增加。圖3是未使用虛擬化技術(shù)之前的簡單示意圖，為了保證數(shù)字化校園中各個應(yīng)用系統(tǒng)之間相互獨立和正常運行，通常一臺服務(wù)器只安裝一個應(yīng)用系統(tǒng)，據(jù)統(tǒng)計，這些普通服務(wù)器的資源利用率一般都在百分之十左右或者更低。利用Hyper-v虛擬化技術(shù)，這幾十臺服務(wù)器完全可以整合在幾臺性能較高的服務(wù)器上面，相應(yīng)的硬件成本以及管理成本就會得到很好的控制。在安全方面，如果某臺虛擬服務(wù)器發(fā)生故障，可以利用Hyper-v快速遷移技術(shù)保證應(yīng)用系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運行[8]。圖4是使用Hyper-v虛擬化技術(shù)對服務(wù)器進行整合后的簡單示意圖。

服務(wù)器整合是引入虛擬化的主要原因，服務(wù)器整合能提升資源利用率，滿足復(fù)雜系統(tǒng)環(huán)境下各種應(yīng)用系統(tǒng)并存的需求，同時獲得降低能耗以及統(tǒng)一管理等種種優(yōu)勢。Hyper-V采用微內(nèi)核的架構(gòu)，兼顧了安全性和性能的要求，集成了多種特性，能夠在各種不同虛擬化環(huán)境中實現(xiàn)高效率的自動化控制。通過現(xiàn)場的測試與部署安裝證明，Hyper-V虛擬化技術(shù)的應(yīng)用為提高設(shè)備性能利用率、降低硬件更新成本、簡化系統(tǒng)管理提供了一個切實可行的解決方案。

4 結(jié)束語

利用微軟的Hyper-V虛擬化技術(shù)可以通過增加硬件的利用率降低運行和維護物理服務(wù)器的成本?？梢詼p少運行服務(wù)器工作負(fù)載所需的硬件數(shù)量，縮短安裝、配置和部署新系統(tǒng)的時間，提高服務(wù)器的開發(fā)和運行效率，并且能在某個系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時候快速遷移，進而提高服務(wù)器的安全性、穩(wěn)定性和可用性。

目前，以Intel和AMD為代表的硬件和軟件公司都在自己推出的新產(chǎn)品中加入了對虛擬化的支持，這勢必會推動以Hyper-v為代表的虛擬化技術(shù)快速發(fā)展和推廣，隨著數(shù)字化校園建設(shè)的進一步推進，相信Hyper-v虛擬化技術(shù)會得到更廣泛的應(yīng)用。

［1］黃昌華，康慕寧，韓樸杰.計算機與現(xiàn)代化[J].Hyper_v虛擬機集群管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，2013，212(4)：166-170.

［2］廣小明，胡杰，陳龍，等.虛擬化技術(shù)原理與實現(xiàn)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

［3］胡耀義，陶宏才.一種基于Hyper-V和WSFC集群的主機多路徑網(wǎng)絡(luò)存儲架構(gòu)方案[J].一鐵路計算機應(yīng)用，2012,21(6):80-82.

［4］張寓琛，張小芳.x86服務(wù)器虛擬化平臺性能測試[J].計算機與現(xiàn)代化，2014,2:166-170.

［5］郭培源，馮博.基于云計算平臺的虛擬實驗室設(shè)計與實現(xiàn)[J].軟件，2012，33(10)：106-115.

［6］董嘉男.Windows Server 2008 Hyper-V配置與管理[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.

［7］徐琦.服務(wù)器虛擬化技術(shù)在高校校園網(wǎng)中的應(yīng)用[J].中國教育信息化，2013，2：66-68.

［8］孫永清，林九川，錢偉，金波.Hyper_V微內(nèi)核架構(gòu)安全性分析[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報，2010,32(15):130-13.