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虚拟化与实验室建设
虚拟化与实验室建设
摘要:
就目前实验室建设上、管理上的存在的难题进行了分析,介绍了目前主要的虚拟化技术,提出了基于虚拟化技术的实验室建设构想,为学校的实验室建设提供了新的思路。
关键词:
虚拟化;实验室建设
中图分类号:
TP18文献标识码:
A文章编号:
1009-3044(2011)15-3705-03
VirtualizationandLaboratoryConstruction
LIUMeng1,2,CHENWei-hua1
(1.DongguanScienceandTechnologySchool,Dongguan523016,China;2.Dept.ofComputerScience,GuangdongPolytechnicNormalUniversity,Guangzhou510665,China)
Abstract:
Thepaperanalysesthecurrentproblemsintheconstructionandmanagementoflaboratory,introducesthemainvirtualizationtechnologyatpresent,andoffersthevisualizationoflaboratoryconstructiononthebasisofvirtualizationtechnology,sothatprovidesthenewthoughtofschoollaboratoryconstruction.
Keywords:
virtualization;laboratoryconstruction
1绪论
任何一间学校,实验实训对于学生的动手能力、知识创新和技术创新能力的培养都是有举足轻重的作用。
各种计算机、网络的新设备、新技术层出不穷,而实验室从规划到建设都是需要一段时间的,这对我们实验室的建设提出了较大的挑战;特别是学校实验室要同时承担教学、社会培训和考试等任务,而这些任务对系统的环境,安装的软件也各不相同,这对管理员对实验室的管理也提出了较高的要求。
近年来,虚拟化技术的发展给我们实验室的建设和管理带了新的思路和方案。
2实验室建设和管理上的难题
2.1管理员的烦心事
每个新学期开学伊始,都是机房管理员最忙碌的时候,这个时候需要根据教师和课程的需求安装大量的系统和软件,更多的时候需要多个系统共存,即便是采用网刻技术,ghost一台机器的系统到其它50~60台机器也是需要花费大量的时间,如果出现网络故障,则时间更是要成倍增长。
学校的实验室不但要配合教务部门完成教学任务,也要承担一定的社会责任,比如培训和考证。
这个时候实验室又需要安装针对不同考证的模拟练习软件,又要在考试前停课按照不同的考试环境需求安装考试需要的操作系统,考试软件,并设置好考试环境。
这对管理员来说无疑又增加了很多工作量。
2.2教学资源的存储难题
每个学期结束的时候,机房的服务器积累了大量的教学资源比如:
电子教案、教学素材和试题,学生上交的作业、试题等。
现在的素材和作业特别是图像处理、动画制作、视频处理等都需占用大量的空间。
很多时候机房管理员采取一个学期清理一次服务器的方式来管理,这不利于实验室的管理,教学资源和学生的作业是一个学校的重要资源和教学成果的体现,也有重要的存档价值,利用好这些资源可以减轻教师的负担,促进学生的学习积极性。
2.3网络和设备安全
为了管理上的方便和设备的安全,机房一般都装有还原卡或者还原精灵,在下一次重启机器恢复到原始状态。
这种管理方式有很多缺点,比如很多实验是需要机器重启的,那么这些实验就无法做了;另外一些网络安全方面的实验比如病毒和木马,或者系统管理方面比如分区和格式化等操作,学生只能纸上谈兵了。
同样是为了管理上的方便以及安全的考虑,每个机房是一个规模为50~60台的局域网,局域网内部可以通信,却不可以和外部通信。
学生无法完成较为复杂的实验,比如针对Internet的ACL,代理服务等,更谈不上利用互联网上的资源。
2.4设备、技术的更新
随着硬件技术和网络技术的发展,各种新设备、新技术层出不穷,为了适应社会的人才需求,学校自然也要开设相应的课程,自然也需要配套的实验设备。
而在政府统一采购的背景下,实验室从规划到建设都需要较长的时间,往往规划时是较为先进的实验室,在建设完成后也有所落后了。
这种情况严重制约了学校的发展,很多课程开展了之后也无法进行实验实习。
2.5设备重复购置和利用率低下
现代几乎每个学校都有自己的网络中心、数据中心,为学校提供各种网络服务和数据服务。
为了安全的需要往往一台服务器仅仅提供一种服务比如DHCP服务服务器,WWW服务器,FTP服务器等。
这样导致了设备的重复购置和利用率低下。
3虚拟化技术简介
虚拟化技术(Virtualization)是伴随计算机技术的产生而出现的,从操作系统的虚拟内存到Java语言虚拟机,再到目前基于x86体系结构的服务器虚拟化技术都属于这个范畴。
而随着服务器虚拟化技术的普及,出现了全新的数据中心部署和管理方式,也为管理员带来了高效和便捷的管理。
这种技术可以提高数据中心的利用率,减少能源消耗。
虚拟就是将原本运行在真实环境上的计算机系统或组件运行在虚拟出来的环境中。
虚拟化可以从低到高构建不同层次的虚拟化层,比如基础设施的虚拟化,系统虚拟化和软件虚拟化等。
但无论是在哪一层次上的虚拟化都必须体现这样一个核心理念:
虚拟化提供的抽象底层资源必须是透明的。
4基于虚拟化的实验室建设
虚拟化虚拟出的实体是各种各样的IT资源,这些资源既包括硬件资源又包括软件资源,因此同样也可以把虚拟化资源分成各种类型。
目前使用最多的是系统虚拟化,但这不是虚拟化的全部,我们在实验室的虚拟化建设中,要使用到很多不同的虚拟化技术,现就这些虚拟技术和这些虚拟技术在实验室中的应用介绍如下:
4.1基础设施虚拟化
网络和存储是一个实验中心最重要的基础设施,网络的管理和教学资源的存储一直也是困扰实验室管理的难题。
4.1.1网络虚拟化
网络虚拟化是将网络的硬件和软件资源整合,提供虚拟网络连接的技术。
网络虚拟化主要有局域网虚拟化技术VLAN(VirtualLocalAreaNetwork,虚拟局域网)和广域网虚拟化技术VPN(VirtualPrivateNetwork,虚拟专用网)。
局域网虚拟化主要是将多个物理位置不同的网络组合成一个逻辑网络,也可以将一个本地网络分割成多个逻辑网络,这样可以提供灵活的用户/主机管理、带宽分配以及资源优化等服务。
广域网虚拟化技术是让师生不管身处何地都可以远程访问学校的内部网络,这种连接对用户来说是透明的,用户感觉不到物理连接和虚拟连接的差异,并保证这种连接的安全性和私密性。
在实验室的建设中可以通过部署VLAN来防范广播风暴,减少不必要的流量来提高性能,可以使现有带宽和上行链路的利用率更高;另外可以加强局域网的安全性,不同VLAN间必须通过路由才可以通信,这样可以保证教师机和学生机即可以互联又有很好的安全性。
另外VLAN是从逻辑上划分的,这样可以使不同地点、不同网络、不同用户组合在一起,像使用本地LAN一样方便,这样就大大降低管理的难度,也不会增加因工作站移动或者地理位置变更的费用,教师也不用因为课室或者实验室的改变而不停的需要更改自己的IP等信息。
VPN技术可以使用公共网络来建立虚拟私有网,可以帮助教师在家里或者出差时仍可以与学校的内部网络建立可信的、安全的连接,进行办公、教学或者远程管理。
同样学生在开放权限的情况下在家里也可以使用学校的数据资源,实现在任意时间、任意地点的开放式学习。
4.1.2存储虚拟化
存储虚拟化是指为物理的存储设备提供一个抽象的逻辑视图,用户通过该视图中的统一逻辑接口来访问被整合的存储资源,方便用户访问,提高文件管理效率。
存储虚拟化有基于设备的存储虚拟化和基于网络的存储虚拟化。
基于设备的存储虚拟化的典型代表有RAID(RedundantArrayofInexpensiveDisks,磁盘阵列技术),这个技术使多块物理磁盘组合成为磁盘阵列,实现了一个统一的、大容量的、高性能的容错存储空间。
基于网络的存储虚拟化的典型代表有SAN(StorageAreaNetwork,存储局域网)和NAS(NetworkAttachedStorage,网络附加存储)。
SAN能将服务器和远程的计算机存储设备(如磁盘阵列等)连接起来,使得这些存储设备看起来就像是本地一样。
NAS则不同,它使用基于文件(file-based)的协议,如Unix下的NFS(NetworkFileSystem)、Windows下的SMB(ServerMessageBlock)等,在这里仍然是远程存储,但计算机请求的是抽象文件中的一部分,而不是一个磁盘块。
在实验室建设中,存储虚拟化是解决教学资源存储难题的一个有效途径。
我们可以将基于设备的存储虚拟化和基于网络的存储虚拟化综合应用,存储服务器使用RAID,然后再通过基于网络的存储虚拟化将多个服务器的有效存储资源利用起来,使得无论是教师还是学生都可以无需关心自己的数据到底存储到哪里,也使管理员能在一个控制台上管理分散于不同位置甚至是异构设备上的数据。
4.2系统虚拟化
系统虚拟化就是使用虚拟化软件在一台物理机上虚拟出一台或者多台虚拟机(VirtualMachine,VM)。
多个系统可以互不影响的在同一台物理机上运行,共用物理机的资源。
目前有许多虚拟化平台厂商和产品,比如VMware公司的VMwareserver和VMwareWorkStation等,Microsoft公司的WindowsVirtualServer、Hyper-V以及VirtualPC等,其它的厂商还有IBM和Xen等。
最重要的是VMware公司的VMwareserver和VMwareWorkStation,Microsoft公司的WindowsVirtualServer以及VirtualPC都是免费的。
虚拟机是具有完整的硬件功能的逻辑计算机系统,包括客户操作系统和运行在其中的程序。
因此在学校的实验室建设中,我们可以使用系统虚拟化来完成很多原来在物理机上无法完成的教学和实验,比如Linux、Windows等操作系统的安装,磁盘的格式化等,甚至是病毒、木马等破坏性实验。
管理员在新学期的时候需要安装操作系统、设置环境、安装应用软件、测试并部署到其它物理机上。
如果硬件平台不同,上述步骤还要重复很多遍,费时又费力。
而使用虚拟机可以在一台物理机上部署好虚拟机后,将该虚拟机映像快速的部署到其它电脑上,只需要其它电脑上安装了虚拟机软件就可以了,不用再考虑硬件平台问题。
另外虚拟机具有快照功能,可以迅速备份和还原。
这样大大降低了管理员的工作强度和管理复杂度,无论是新学期还是社会培训或者考试都可以轻松应对。
系统虚拟化的更大价值在于服务器虚拟化,出于安全和性能的考虑一般来说一个服务器运行一个应用服务,利用率极其低下。
而服务器通常具有较好的硬件配置,如果在一台物理服务器上虚拟出多个虚拟服务器,每个虚拟服务器运行不同的服务,这样既可以提高利用率,又可以达到经济环保的目的。
如果发生故障,其它的服务器可以使用备份的虚拟机映像快速恢复服务,这保证了数据中心的高可用性。
4.3桌面虚拟化
学生喜欢按照自己的喜好在终端上设置桌面,比如快捷方式、背景等,另外桌面上太多其它课程
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- 关 键 词:
- 虚拟 实验室 建设