【虚拟化技术在高校信息化建设中的应用】 高校信息化建设

虚拟化技术在高校信息化建设中的应用

1 高校信息化建设现状分析 高校信息化建设是一项基础性、经常性和长期性的工作， 涉及学校建设与管理的方方面面。国内一些顶尖高校已取得 进展。但仍有不少高校在服务器管理、一卡通建设、网站建 设及实验室建设中暴露出一些问题，制约了信息化建设的深 入进行。

发展不均衡 我国高校的信息化建设跟国外发达国家高 校的信息化建设有很大的不同。国外高校的信息化建设顺势 而为，在工业化之后加快了步伐，而我国高校的信息化建设 带有运动型性质，其中政府占了主导作用。随着时间的慢慢推移，一些跑得稍快并具有很强的后续保障能力的高校克服 了困难，取得一些不错成绩，但仍有很大一部分高校处在大 量的低水平重复建设、资金浪费严重的状态，甚至有高校因 为资金、技术等问题而陷入难以为继的窘境。

投资金额大 信息化建设是一项需要不断投入资金的工 程，最多的校园网建设投资是北京大学，投入的资金达到 5000多万元，最少的校园网建设投资是中央财大，也有700 多万元。因此，对校园网进行建设过程中首先要确定投入的 资金。此外，除了校园建设的前期投资之外，还需要对高校 的信息系统进行维护，也需要高额的资金。管理人员在维护 过程中需要单独对每个物理服务器进行维护，所以费用十分 高昂。根据相关的报道可知，中国人民大学每年花在设备维 护更新和人才培养方面的费用已经高达500万元[1]。

利用程度低 当前，高校中的各类信息化平台越来越多， 服务器、存储设备、网络、客户端等在不断增加，这需要更 多的布线和空间，更多的通风、制冷设备等。单台服务器只 运行单个信息化系统，导致服务器的计算资源使用效率较低。

据有关统计，服务器平均利用率仅为15%，存储利用率仅在 30%～40%[2]。甚至有的服务器在等待用户的使用，大量的 时间其实都在空转之中。尤其在夜间，业务系统的访问量明 显降低，所以降低了承载业务的服务器计算资源使用率，通常情况下，其使用率低于10%。

系统易故障 由于费用投入太高，很多高校一般不会选 择高可用性的集群环境。单个应用如果面对安全攻击、自然 灾害、硬件故障（含降温、通风设备等故障）、网络攻击等 威胁，系统均会出现故障。中断时间随故障大小而定，有时 甚至引起整个高校的信息化系统的中断运行。系统恢复正常 往往也需要花费大量的时间。

2 虚拟化技术 虚拟化（Virtualization）的通常理解是把操作系统和 机器硬件分离开来，即采用技术手段将不在同一物理实体上 的各种运用进行整合，使它们处于同一环境中，这样用户可 以较少地受现有资源的架设方式、地域、物理组态等限制， 可以实现在一个硬件平台上同时运行多个操作系统的目的。

对高校信息化建设而言，主要可以通过服务器虚拟化、桌面 虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化四类来进行。

服务器虚拟化 也可以称作系统虚拟化，指在同一台服 务器上采用操作系统虚拟化技术和硬件虚拟化技术安装并 能同时运行一个以上的操作系统（也有把几台物理服务器变 成一台逻辑服务器来用），但是用户面对的其实仅是一个物理服务器（或一台逻辑服务器）。究其原理，就是把服务器 拥有的各类资源抽象出来，使应用不再受到物理限制。该技 术能使一台物理服务器变成好几台逻辑上相互隔离的虚拟 服务器，这样可以把CPU和内存等硬件变成可以动态管理的 “资源池”。管理者根据业务类型的不同、需求的大小，决 定CPU个数的分配、内存大小的设置以及存储容量的安排， 从而实现服务器的整合。

桌面虚拟化 借用传统的瘦客户端模型，可以将服务器 上的桌面环境传输到客户端电脑上，而客户端如果已经成功 安装了操作系统，接收到了服务器传递过来的虚拟桌面，那 么该项技术就会让所有使用者的桌面系统由数据中心进行 统一管理，共享服务器上的资源。通过桌面虚拟化促使大量 降低对终端设备的要求，用户的机器可以不需要强大的计算 能力，甚至一些老式PC也能延长使用寿命。如此，设备更新 的费用大大减少，管理人员工作效率也大大提高。借助该技 术，学校的管理人员、教师、学生就可以随时随地通过借助 电脑、平板电脑、智能手机、瘦客户端等来访问桌面系统， 而用户能够获得与传统PC一致的体验。

存储虚拟化 存储虚拟化技术就是把原本分散在各个单 独服务器（如RAID、JBOD、磁带库等）的存储资源集中起来， 在不同的端口采用不同的端口协议，从而构成一个共同虚拟存储池。该项技术的的应用把所有的资源放置在同一存储池， 达到资源共享的目的。这样不仅有利于资源的有效管理、统 一备份，而且满足了大存储容量的应用需求，提高系统的应 用性，提升了用户使用体验。

网络虚拟化 当前大多高校均存在学生管理网络、后勤 服务网络（如实验室、图书、餐饮）、科研网络、办公网络 等多个网络，然后这些网络通过MPLS VPN、VPN、VLAN等网 络虚拟化技术将多个局域网虚拟成一个局域网进行电脑互 访。这样可以同时满足集中管理、访问控制、路径隔离等要 求，确保用户在自己的访问权限内访问各自的网络服务。另 外也实现了集中访问策略，提升了服务器的使用效率，降低 了设备和网络的管理成本，避免了重复建设物理网络。

3 高校信息化建设中采用虚拟化技术的路径 服务器虚拟化技术 实践中，可以将高校中的PC服务器 进行统一虚拟整合，使其形成一个服务资源池，并且根据高 校中每个业务系统的不同需求，为它们分配合适的内存、CPU 及存储资源等。比如高校中在多个服务器上存放的各个院系 的主页、Web服务、资深教师专属空间及学生实验用的空间 等，将这些资源都整合到一个服务器上，并且每个应用都安 装有相应的逻辑上的独立操作系统。这样可以节省服务器， 并且可以解决一些弊端，如用虚拟目录方法解决子网站出现 的安全稳定问题。当前，市场上很多产品都能够完美地提供完整的服务器 虚拟解决方案，如Microsoft、VMware、Citrix、IBM等。这 些技术可以实现所有PC服务器的整合，然后根据不同的业务 系统的不同需求，在同一个服务器上安装不同的操作系统环 境。而且这些虚拟解决方案完全支持主流的操作系统。在我 国校园网上比较流行的服务器虚拟化软件主要包括微软公 司的Hyper-v、思杰的Xen Server、VMware公司的VMware v Sphere等[3]。其中VMware公司是虚拟化技术的龙头企业， 在技术上相对比较成熟，体系也比较完整。

桌面虚拟化技术 实践中，高校可以通过在办公区域统 一配置瘦客户端，将不同学院、不同办公室中的操作系统和 不同的办公软件及处理能力要求较低的网络连接到服务器， 以满足学校的日常办公需求。但是一些对计算机处理能力要 求较高的如图像处理能力等，则不适合采用瘦客户机办公。

此外，在高校机房的建设过程中，还可以提高服务器上虚拟 主机的部署数量，这样通过相应的授权，学生可以通过瘦客 户机或者PC机连接到虚拟操作系统进行相应的保存资料、毕 业设计、课程设计、安装软件等学习。如此可以在受保护的 真实操作系统上创建多个虚拟操作系统，而不需要占用独立 的硬盘空间。即使在使用过程中被破坏掉，数据变化也能被 永久保留。Virtual Box、VMware View等都可以为桌面虚拟 化提供可靠方案。

存储虚拟化技术 实践中，可以根据业务系统的不同需求，配置不同的存储资源。为了实现存储资源的高速率访问， 则需要提高传输速率，采用FC SAN架构来存储[4]，如高性 能计算平台、存储系统、高校网络计费系统及邮件系统等。

FC SAN通过光纤通道交换机连接存储和服务器主机的HBA卡， 提高数据传输任务的安全性和稳定性，以确保核心任务的高 效；
还可以通过聚集技术和负载均衡提供更大存取带宽。对 于要求不高的业务系统，可以采用IP SAN架构访问统一整合 之后的存储环境。IP SAN使用iSCSI协议，该协议是一种在 TCP/IP上进行数据块传输的标准，它是由Cisco和IBM两家发 起，由于可以充分利好既有网络架构，且不用额外购买光纤 交换机等优势，得到各大存储厂商和广大用户的青睐。

网络虚拟化技术 实践中，可以通过一个网络把行政、 办公、财务等职能部门计算机系统纳入进去，像真实局域网 一样进行电脑互访。同时可以加入VPN、VLAN等技术实现网 络隔离，从而降低广播风暴带来的影响，提升系统的应用安 全，该虚拟技术可以使用户在学校的实验室、网络中心、教 室、图书馆、宿舍等任意地方访问校内的资源，也能够方便 校内行政人员的办公。另外，对特殊访问要求的访问，可以 采用端口聚合模式，连接物理上的多个端口使其形成一个逻 辑端口，以提供更高的传输速率及物理链路的冗余和负载均 衡。在某一个物理网络端口出现故障时，也可以保证网络服 务的通畅。

参考文献[1]吴倚天.中国高校信息化建设的困境及成因 [EB/OL].http：//ito.hit.edu.cn/news/sub_jszt.asp？ id=145. [2]姚嵩.浅析虚拟化技术在高校信息化建设中的应用 [J].天津职业院校联合学报，2011（5）：35-38. [3]王宇，刘小锋，王兴伟.虚拟化技术在高校信息化建 设中的应用[J].计算机科学与探索，2010（4）：353-358. [4]程三艳.虚拟化技术及其应用 [EB/OL].[2010-09-16].http：
//www.hyqb.sh.cn/publish/portal2/tab227/info5417.ht m. 中国教育技术装备