虛擬化構(gòu)建高校計算機管理模型論文
本文針對當前高校開展計算機應用管理與運維工作中面臨的難點與不便，研究分析了基于虛擬化技術(shù)的服務器虛擬化和桌面虛擬化技術(shù)，力求結(jié)合二者特點構(gòu)建一種新型的高校計算機管理模型，為這一領(lǐng)域的計算機管理者開展此項工作提供借鑒。
隨著信息技術(shù)學科以及現(xiàn)代教育技術(shù)的普及和發(fā)展，高校機房、圖書館、教室等教學場所都配置了數(shù)量較多的計算機。
計算機管理作為信息技術(shù)教學的組成部分，對系統(tǒng)運行穩(wěn)定高效、終端操作便捷實用的要求越來越迫切，傳統(tǒng)的計算機管理模式已很難滿足高校計算機管理工作對系統(tǒng)維護、信息安全、快速部署響應等多方面的要求。筆者從研究服務器及桌面虛擬化技術(shù)入手，探討通過構(gòu)建虛擬化管理模型實現(xiàn)對高校計算機的有效管理，為高校計算機管理者開展此項工作提供參考。
1 高校計算機管理及運維工作面臨的問題
隨著教學系統(tǒng)的增加，操作終端的增多，傳統(tǒng)的高校計算機管理模式存在弊端和不便主要體現(xiàn)在以下兩個方面：
服務器端方面：(1)如何降低能耗。越來越多新教學系統(tǒng)的部署帶來一系列問題亟待解決，如：服務器周邊設(shè)施(網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、KVM、UPS等)相應增加，電力消耗(設(shè)備供電和制冷)急劇增長。(2)如何提高服務器利用水平。為防止各業(yè)務系統(tǒng)的相互影響，傳統(tǒng)的做法基本上是一臺或多臺服務器單獨部署一個教學系統(tǒng)，即便是同一網(wǎng)絡(luò)中的不同教學系統(tǒng)也是如此，但各服務器上搭載的教學系統(tǒng)使用率各不相同，造成負載極不均衡，大大的降低了利用率。(3)如何讓關(guān)鍵業(yè)務實現(xiàn)更好的延續(xù)性，如：
高校教學活動近乎全天候的工作狀態(tài)，必然要求維護人員保障各教學系統(tǒng)能不間斷運行或者盡量減少間斷時間，并盡快讓系統(tǒng)從不可預知的災難中恢復。(4)如何解決教學系統(tǒng)與服務器的兼容問題，如：將舊教學系統(tǒng)從宕機的舊服務器遷移到新服務器，新教學系統(tǒng)通過利舊在老服務器上部署等。
客戶端方面：(1)管理難。PC終端管理工作包括部署軟件、更新和修補程序等，同時由于標準化程度不高，支持人員經(jīng)常需要親臨現(xiàn)場解決問題。在PC終端的日常維護方面，計算機維護人員花費了大量的時間和精力。(2)總體擁有成本高：目前，高校很多教學場所基本上通過在每臺PC機上虛擬不同運行環(huán)境來滿足不同教學活動的需求，自然對每臺PC機的配置要求很高。(3)資源利用率低：
由于教學工作不同，每位老師或同學對PC的性能要求不同，且同一個使用者在不同時間段對同一終端的計算處理能力需求也有差別。(4)難以保證數(shù)據(jù)的安全：傳統(tǒng)的高校機房每臺PC終端都是業(yè)務應用系統(tǒng)的客戶端，可接收、處理、存儲各教學系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，容易導致關(guān)鍵信息的'泄露;同時，PC終端擁有本地存儲，教學參與者可隨意安裝各類軟件，容易產(chǎn)生軟件兼容性沖突或受到其他潛在的病毒攻擊，系統(tǒng)安全性較差。
虛擬化技術(shù)以其強大的資源整合及按需分配的特點為解決以上問題提供了一個新的思路。
2 虛擬化技術(shù)概述
虛擬化(Virtualization)是將計算機物理資源如服務器、內(nèi)存及存儲等予以抽象、轉(zhuǎn)換后呈現(xiàn)出來，使用戶可以比原本的組態(tài)更好的方式來應用這些資源。這些資源的新虛擬部分不受現(xiàn)有資源的架設(shè)方式，地域或物理組態(tài)所限制。[1]
虛擬化技術(shù)按照其在傳統(tǒng)領(lǐng)域的應用可分為服務器虛擬化、展現(xiàn)層虛擬化、桌面虛擬化和應用程序虛擬化。伴隨云計算的發(fā)展，出現(xiàn)了存儲虛擬化和網(wǎng)絡(luò)虛擬化兩種應用形式。
當前應用最廣泛的當屬服務器虛擬化和桌面虛擬化技術(shù)，本文重點對這兩種技術(shù)在高校計算機管理中的應用進行研究。
2.1 服務器虛擬化技術(shù)
2.1.1 服務器虛擬化的概念
服務器虛擬化是將服務器物理資源抽象成邏輯資源，讓一臺服務器變成幾臺甚至上百臺相互隔離的虛擬服務器，我們不再受限于物理上的界限，而是讓CPU、內(nèi)存、磁盤、I/O等硬件變成可以動態(tài)管理的“資源池”，從而提高資源的利用率，簡化系統(tǒng)管理，實現(xiàn)服務器整合，讓IT對業(yè)務的變化更具適應力。[2]
2.1.2 服務器虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢
服務器虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下方面：(1)降低運營成本：服務器虛擬化降低了IT基礎(chǔ)設(shè)施的運營成本，使系統(tǒng)管理員擺脫了繁重的管理工作，使管理更加強大、便捷。(2)提高應用兼容性：服務器虛擬化提供的封裝性和隔離性使大量應用獨立運行于各種環(huán)境中，管理人員只需構(gòu)建一個應用版本并將其發(fā)布到虛擬化后的不同類型平臺上即可。(3)加速應用部署：采用服務器虛擬化技術(shù)只需輸入激活配置參數(shù)、拷貝虛擬機、啟動虛擬機、激活虛擬機即可完成部署。(4)提高服務可用性：用戶可以方便地備份虛擬機，在進行虛擬機動態(tài)遷移后，可以方便地恢復備份，或者在其他物理機上運行備份。(5)提升資源利用率：通過服務器虛擬化的整合，提高了CPU、內(nèi)存、存儲、網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備的利用率。(6)動態(tài)調(diào)度資源：在服務器虛擬化技術(shù)中，數(shù)據(jù)中心從傳統(tǒng)的單一服務器變成了統(tǒng)一的資源池，數(shù)據(jù)中心管理程序和管理員可以根據(jù)虛擬機內(nèi)部資源使用情況靈活分配調(diào)整給虛擬機的資源。
2.2 桌面虛擬化技術(shù)
2.2.1 桌面虛擬化的概念
桌面虛擬化是將個人計算機桌面環(huán)境通過云計算模式從物理機器分離出來，成為一種可對外提供的桌面服務;個人桌面環(huán)境所需的計算、存儲資源集中于中央服務器上，以取代客戶端的本地計算、存儲資源;中央服務器的計算、存儲資源同時也是共享的、可伸縮的，使不同個人桌面環(huán)境資源按需分配、交付，達到提升資源利用率，降低整體擁有成本的目的。[3]
2.2.2 桌面虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢
桌面虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下方面：(1)易維護：終端本身無需安裝軟件，無論多少個工作站，都只需維護服務器，終端本身零維護。(2)易管理：管理員可限制操作員運行的軟件。普通用戶只能運行管理員指定的軟件。(3)更安全：終端不會感染病毒。也不會向服務器輸入病毒。(4)更穩(wěn)定：終端只有一塊主板，CPU是工業(yè)級芯片，不易損壞。(5)壽命長：終端的壽命周期比PC的生命周期長。(6)升級方便：當原有設(shè)備無法滿足新系統(tǒng)需求時，只需升級服務器。(7)體積�。涸谕庥^上是真正的“瘦”客戶機。
3 構(gòu)建高校計算機虛擬化網(wǎng)絡(luò)管理模型
筆者結(jié)合當前高校計算機網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，基于服務器與桌面虛擬化技術(shù)提出基礎(chǔ)架構(gòu)的整合方案，構(gòu)建了一個穩(wěn)定、動態(tài)、伸縮性好、易于管理維護的高校計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)，并將虛擬架構(gòu)延伸到桌面，實現(xiàn)對用戶桌面的集中管理。通過虛擬化技術(shù)，將數(shù)據(jù)中心的計算資源和存儲備份資源發(fā)布給終端用戶共享使用，大幅提高了服務器資源利用率，同時通過嚴格的訪問控制，確保數(shù)據(jù)中心的訪問安全性。
3.1 高校計算機虛擬化網(wǎng)絡(luò)管理模型
將現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心的服務器、存儲的分散資源整合為一個資源池，再分別將資源按需分配到虛擬服務器模塊和虛擬桌面模塊中。
3.1.1 數(shù)據(jù)中心的資源整合
建立虛擬化模塊首先需在服務器端進行資源整合，數(shù)據(jù)中心資源整合主要分為：存儲整合和服務器整合。
(1)存儲整合：將現(xiàn)有分散的存儲集中到數(shù)據(jù)中心，且新增的存儲盡量采用SAN存儲架構(gòu)。組建SAN后，所有存儲被整合成一個存儲池，物理和虛擬服務器可同時訪問不同陣列上的磁盤空間。(2)服務器整合：對現(xiàn)有服務器進行分類整理，并充分利用現(xiàn)有的較高檔次的服務器作為虛擬化平臺服務器，實現(xiàn)在單臺物理服務器上虛擬多臺相互獨立的虛擬服務器，利用物理服務器強大的處理能力，為每一臺虛擬服務器提供計算資源，并利用和物理服務器連接的SAN存儲為每一臺虛擬服務器提供存儲資源。
3.1.2 服務器虛擬化模塊
實施服務器虛擬化的過程可以按其生命周期來簡單劃分為三個階段：創(chuàng)建、部署和管理。
3.1.3 桌面虛擬化模塊
通過將桌面PC虛擬化后托管在數(shù)據(jù)中心，并使用小巧、節(jié)能的云計算終端作為桌面設(shè)備，桌面用戶訪問托管在數(shù)據(jù)中心的虛擬桌面，并完成所需的各項工作。這樣，所有系統(tǒng)與應用的維護管理均可以在數(shù)據(jù)中心完成。通過虛擬桌面與硬件的無關(guān)性，還可實現(xiàn)桌面管理的標準化。
在高校的各個學院中，同一專業(yè)的教學系統(tǒng)所需應用相近，因此可以利用這一特點為相同類型的用戶創(chuàng)建標準的虛擬桌面模板，并為相同類型的用戶配置虛擬桌面。
3.3 高校計算機虛擬化網(wǎng)絡(luò)管理工作需要注意的幾個問題
3.3.1 虛擬化部署前應做好總體規(guī)劃
在部署虛擬化之前，缺乏總體規(guī)劃是當前虛擬化存在的最大陷阱。
3.3.2 虛擬化應用須避免虛擬機負載過重
虛擬化可以對資源進行動態(tài)配置，從而處理更多，或者更少的負載，這種作法似乎可以解決虛擬設(shè)施可能負載過重的問題。但這并不意味著虛擬服務器就是永遠壓不垮的。虛擬技術(shù)有其自身的限制，在基礎(chǔ)設(shè)施中添加其無法應付的太多虛擬機會適得其反。因此，在高校計算機網(wǎng)絡(luò)中配置虛擬機時應對物理機的承受能力進行深入分析，建立最佳方案。
3.3.3 虛擬化方案需要持續(xù)優(yōu)化
在虛擬化中，大量的需求都是動態(tài)的。這也意味著高校計算機管理人員人員在部署虛擬化的相關(guān)解決方案之后，需要進行持續(xù)的管理與優(yōu)化。項目負責人必須從一開始就做好虛擬機生命周期管理規(guī)劃，并同時配備相關(guān)虛擬化管理機制。
3.3.4 虛擬化建設(shè)應充分考慮容災備份
虛擬化技術(shù)數(shù)據(jù)的集中存儲處理，使得原本分散在用戶終端計算機的數(shù)據(jù)安全風險全部向中心機房集中。因此，必須制定科學合理的備份恢復和應急相應預案，做足容災備份措施，確保高校計算機虛擬化網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定運行。
3.3.5 虛擬化網(wǎng)絡(luò)應強化技術(shù)防護
同傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)一樣，基于虛擬化技術(shù)的高校計算機網(wǎng)絡(luò)，仍應當按照標準要求，采取身份鑒別、訪問控制、安全審計、密碼保護、邊界安全防護、信息流轉(zhuǎn)控制等技術(shù)防護措施。傳統(tǒng)的高校計算機網(wǎng)絡(luò)，需要現(xiàn)場為用戶終端計算機安裝各種各樣的安全保密技術(shù)防護軟件，并逐一設(shè)置安全保密策略�；谔摂M技術(shù)的高校計算機網(wǎng)絡(luò)，要考慮的則是如何在后臺集中對中央服務器集群及虛擬計算機進行安全保密技術(shù)防護。
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