高职院校精品课程资源服务器虚拟化部署

徐 鹂

浙江医药高等专科学校图书信息中心，浙江 宁波 315100

精品课程建设自2003年启动以来，形成了国家、省、校三级精品课程建设体系。通过近十年的课程建设，各高等院校都拥有一定数量的基础类、专业类精品课程。近年，国家对精品课程的建设与应用要求也在提高，资源的共享应用是今后的趋势。

2012年教育部制定了《精品资源共享课建设工作实施办法》，要求高等学校优质课程教学资源通过现代信息技术手段共建共享，为高校师生和社会学习者提供优质的课程教学资源;《办法》中还规定了技术保障措施，利用先进信息技术，建设具有教、学兼备和互动交流等功能的共享平台［1］。

目前，高职院校精品课程资源在实际部署和利用方面存在着诸多问题:在硬件方面，由于资金有限，硬件投入不足，造成网络信息基础设施建设周期过长，导致硬件建设滞后于精品课程资源建设;缺乏统一规划，服务器资源分配不均，部分精品课程资源服务器利用率偏低，服务器容灾、备份、共享能力偏弱。在软件方面，精品课程资源建设时间跨度大，头绪多，缺少统一部署，导致操作系统多样(Windows及linux)，Web 服务软件多样(IIS，tomcat，apache 等)，数据库软件多样(oracle，sqlserver，mysql等)，软件的种类和版本不统一，管理难度较大。

综合来说，在精品课程资源建设过程中，信息化管理部门除了要满足精品课程建设者购置服务器的需求，还要解决现有服务器资源使用不均衡、利用率低等问题。利用信息技术解决服务器紧缺及管理困难现状，是当前需要认真研究解决的。该文基于高职院校精品课程资源建设现状，讨论了精品课程服务器的虚拟化部署相关问题，以探索适合高职院校的虚拟化管理模式。

1 服务器虚拟化及其部署过程

服务器虚拟化是将系统虚拟化技术应用于服务器上，在一个物理服务器上创建出若干个可独立使用的虚拟机，通过软件方式将单一的物理资源(CPU、内存、I/O等)模拟成多个虚拟资源，并分配给多台虚拟机使用，以满足每台虚拟机的硬件资源需求。模拟出来的设备能有效地模访物理设备的动作，将虚拟机的设备操作转译给物理设备，并将物理设备的运行结果返回给虚拟机。相关测试证明，虚拟服务器在性能及运行方面，与物理服务器并无太大差异［2］。可以看出，服务器虚拟化满足精品课程资源建设过程中对服务器的需求，同时也可避免资源浪费现象。

服务器虚拟化的软件有很多，虚拟化服务器也可在刀片服务器和机架式服务器中选择。刀片服务器具有价格昂贵、机柜承载要求高等特点，而机架式服务器就比较适合于预算不充裕、部署需快速的院校。系统管理员可以根据本校经济及使用环境，选择服务器及虚拟化管理平台工具，部署虚拟化环境。

精品课程资源服务器虚拟化部署的流程:评估虚拟化前的环境—规划虚拟环境—建立虚拟环境—配置虚拟环境—精品课程资源迁移(虚拟机的迁移P2V)—监控虚拟环境—动态维护虚拟机—虚拟机备份—评估虚拟化环境。前三步是部署的关键，涉及到今后精品课程虚拟化服务器的运行性能;虚拟机的备份关系到精品课程资源使用的持续性和完整性，需要认真考虑并选择。

1.1 评估虚拟化前的环境

在采用虚拟化技术前，需要对现有精品课程资源进行评估，收集相关信息(如课程资源服务器的操作系统、Web服务器、中间件版本、数据库、网络配置、课程资源的类型、存储容量等);梳理现有精品课程资源各系统之间的关联关系，建立业务视图，找出对应的配置信息，避免服务器虚拟化整合破坏现有精品课程资源系统之间的关联关系。根据评估，确认需要采用虚拟化技术的精品课程资源，现有精品课程资源的容量，以及近期的扩容需求。

伊朗的抗压能力和耐力依然较强。历经40年左右的制裁与反制裁后，伊朗对制裁的适应能力和制裁下的生存能力异常坚韧。国内而言，伊朗政教合一的政体有其合理合法性，得到了最广大底层人民的拥戴。伊朗政府的控局能力依然很强，能够将一些潜在的风险和不稳定的苗头控制在初始阶段和萌芽状态，2018年年初的伊朗骚乱在短时间内得到有效管控就是明证。而且，宗教领袖、议会和总统这“三家马车”相互制衡，类似于“三权分立”的机制，加上伊朗总统选举的民主化，都是伊朗政权相对稳定的“压舱石”。

1.2 规划虚拟环境

在规划虚拟环境阶段，需要认真考虑精品课程资源虚拟化服务器的硬件配置。从虚拟化角度来说，多个CPU核心之间分摊虚拟服务器负载的能力，可以转换为所有虚拟机之间的更快、更稳定的性能。因此，物理机中CPU拥有更多的核比具有更高的时钟频率好。如果不考虑经济因素，8核，6核和4核中间，应该考虑选用更多核数的CPU，以避免访问量的剧增给物理主机CPU带来的压力。另外，服务器一般都内置虚拟化功能(如AMD-V和Inter-VT)，启用该功能，可进一步提高虚拟主机的性能。

由于物理内存本身就限制了虚拟化服务器能够分配的虚拟机数据，因此，在初次内存配置上要尽量大，并且尽量选择速度快的RAM。但也不是盲目扩大内存的需求。以Vmware为例，它采用了内存过量功能，可以最大化物理机上的虚拟机数量［3］，避免了部分精品课程持续占用内存资源的现象。

在没有SAN和NAS设备来存储虚拟服务器映象的情况下，虚拟化服务器就承担了虚拟机的存储功能。因此，服务器的磁盘应以大容量为配置原则，可以考虑Raid5阵列的SATA硬盘。当然，SAS盘的性能会更好。在经济许可下，同时考虑配置外部存储设备。

访问量的增加给虚拟化服务器的网络接口也带来不小压力。因此，在布局网络时，应该充分利用以太网交换机的链路聚合功能，或者将虚拟化服务器的两个或多个网络接口聚合起来，构建起更强的虚拟网络接口，从而为精品课程资源使用者提供更大的带宽。

除了硬件本身的因素，还可以将精品课程资源按应用分为处理器密集型(CPU intensive)、内存密集型(memory intersive)、输入输出密集型(I/O intensive)［2］，从应用产生的负荷去综合考虑，为精品课程资源统筹规划出性能良好并具有扩展能力的虚拟环境。

1.3 建立虚拟环境

在建立真实的虚拟化环境时，首先要进行容量及虚拟机规划，尽量做到合理分配，以满足精品课程资源建设及使用的需求。容量规划是一个持续性及动态的过程，有很多规划因素，如:拟采用虚拟化技术的应用需占用服务器的资源数量;虚拟化服务器的硬件资源可分配给多少个虚拟机;为虚拟化服务器分配冗余资源应对额外应用。不合理的规划，很容易造成虚拟机蔓延，从而导致服务器的整合过度。整合过度首先影响到精品课程资源虚拟化服务器的整体性能和稳定性，其次是虚拟机(精品课程资源)使用过程中的实时迁移能力。一般来说，虚拟化服务器资源的利用率达到60% ～70%比较合适，余下的资源可用于服务器之间的虚拟机迁移、平衡工作负载或支持维护等工作。

对于虚拟机数量的确定，系统管理员可以通过使用行业基准测试工具(如VMmark)，得出相应的数据指标。由于很多基准测试工具需要服务器支撑及付费，因此，可以换另一种方式，如用行业标准来估算:一个3.0 GHz四核双CPU的服务器通常可以加载30-80个虚拟机。PC机用户一般可以分为轻量级、中等、重量级、超重量级四种类型，可利用PC机用户来评估需求。不同的用户对CPU资源使用的预期值不同(分别为 300MHz、500MHz、800MHz、1GHz)，其对应的服务器每核比率也不同(分别为10 ∶1，6 ∶1，3.75∶1，2 ∶1)［4］。精品课程资源的用户一般可归为中等用户。当然，这个数据不是绝对的，还要根据精品课程资源访问量等性能指标的情况做综合判断［5］。

1.4 虚拟机的备份

传统的非虚拟服务器备份过程通常会消耗大部分的CPU及I/O资源，在备份期间，会影响其他应用的正常进行。虚拟化的备份是在分配给各个虚拟机的资源范围内进行的，某个虚拟机的备份过程不会影响到别的进程。因此，在虚拟化环境中对部分精品课程资源进行备份维护时，并不会影响其他课程资源的正常使用。值得注意的是，虚拟机在备份期间会占用大量的网络带宽、存储带宽和吞吐量。因此，选择备份的时间就很关键，应该尽量避开课程资源的访问高峰期(如早上8点到下午5点)，以免降低精品课程资源系统的性能。

在确定备份时间后，就要选择备份方式。如在vSphere虚拟环境中，每一个虚拟机都是由nvram、vmx、vmdx三个文件组成，它们是构成虚拟机的基础，分别包含了虚拟机的硬件引导程序、所有配置信息和硬件设置、数据文件(虚拟机真实使用的磁盘存储空间)［6］。在了解虚拟机的组成后，就可以在快照、增量备份、虚拟模板、增量备份虚拟模板等方法中选择最适合的方法。

vSphere虚拟化环境下最常用的增量备份工具是Vmware Data Recovery(VDR)［7］。VDR 仅适用于对特定虚拟机的周期性滚动的增量备份，无法直接用于复制和新的虚拟机。

快速部署是使用虚拟机模板创建新虚拟机。虚拟机模板是虚拟机某个状态的镜像备份，通常被认为是一种特殊的虚拟机。通过快速部署可以简化虚拟机构建的过程，节省构建软硬件组件到部署应用系统的一系列过程，从而真正提高数据中心的服务能力和水平。但这种方式的缺点在于无法将增量备份的虚拟机直接作为模板实现虚拟机的快速部署。

2 搭建虚拟化平台

VMware ESXi是VMware公司推出的虚拟化平台。笔者在x86服务器上利用vSphere搭建了精品课程资源虚拟化平台，并在客户端安装了管理工具vSphere Client［8］。

2.1 规划并配置虚拟机

在使用过程中，笔者新建虚拟机jpkc-server-01(分配2个虚拟2.0G CPU，4G虚拟内存)，采用Microsoft Web Application Stress Tool(WAS)压力测试工具，对迁移到其中的精品课程资源网站(含视频)进行压力测试(设置1000个并发连接数，测试时间10 min)，结果在VMware vSphere Client平台的性能界面呈现。笔者希望通过性能分析，进一步掌握虚拟机的应用特点，测试调优，从而保证精品课程资源的服务质量。

在图1的10 min压力测试中，CPU的使用情况受到了影响，最高超过了50%，但还是处于正常范围。

图1 虚拟机CPU的负载情况

在图2中，内存的使用情况并没有随着并发连接数的变化而大幅波动。

图2 虚拟机内存的负载情况

根据图1和图2的虚拟机CPU与内存负载变化特点，调整配置虚拟机的硬件参数;参考行业标准，结合精品课程资源的应用特点，规划出适合虚拟化服务器的虚拟机数量。

图3中，虚拟机的网络利用率(传输和接收速度)受并发连接数影响较大。在布局虚拟网络时，可以利用以太网交换机的链路聚合功能，或者将物理主机的两个或多个网络接口聚合起来，为用户提供更大的带宽，以避免网络堵塞。

图3 虚拟机网络负载情况

2.2 P2V 迁移

将物理服务器上的精品课程资源转移到虚拟机上，也就是物理机到虚拟机的迁移(P2V)。

P2V的过程非常简单，可以选择免费的工具来完成，如 VMware vCenter［8］。一般来说，迁移要考虑四个因素:虚拟机容量需满足物理服务器的实际容量;P2V的服务器迁移;检查并更新虚拟机的操作系统及虚拟硬件;虚拟机IP地址的设置。通过重启新建虚拟机，并关闭物理服务器，一个精品课程资源的虚拟环境就被创建，进入日常使用及管理阶段。

2.3 性能监测与资源管理

对虚拟化管理平台的运行状况进行全面监控，并及时动态调整资源分配，是精品课程资源正常运行使用的技术保障手段。

系统管理员可以根据实际情况选用合适的软件，对虚拟化管理平台进行性能监控。笔者采用了Manage Engine Applications Manager的最新版本(10)，它可以监控vSphere虚拟化管理平台。在客户端下载安装软件，登录管理平台，将虚拟化服务器(ESXi主机)添加到监视器列表中，通过可用性、性能、ESX/ESXi排名等视图同时监控各虚拟机的运行情况。性能视图向用户展示所有虚拟机的CPU利用率、内存利用率、磁盘I/O、网络利用率情况，使得系统管理员可以全面了解虚拟机的运行状况;虚拟机排名视图按各虚拟机的CPU利用率、内存利用率、磁盘I/O、网络利用率进行排名，以便系统管理员发现最占用资源的虚拟机，及时发现精品课程资源运行过程中的性能瓶颈。

根据监测情况，重新调整各虚拟机的硬件分配(如CPU、内存等)。在VMware vSphere Client平台中，对各虚拟机的硬件属性进行编辑，以保证精品课程资源的正常使用。

随着虚拟机数量的增加，优化虚拟化服务器的网络性能也很重要。系统管理员可以通过技术手段来提升精品课程资源的网络性能，如:在虚拟交换机上进行流量整形、分离虚拟机网络和管理网络、配置备份管理网络、恢复默认网络设置及使用PCI passthrough技术。

2.4 虚拟机的备份

数据备份是精品课程资源容灾及恢复的前提。笔者选择OVF［5］模板作为备份方式。OVF模板是vSphere模板形式之一，它是一种开放的虚拟硬件和数据封装模式，可在不同的虚拟化环境之间交换虚拟机模板，并生成新的虚拟机。在vSphere环境下，笔者通过VMware vSphere Client，关闭需要备份的虚拟机，将虚拟机直接导到OVF模板，从而完成精品课程资源的快速备份。

在一台虚拟化服务器上创建虚拟机，具有耗时少，成本低，IT的决策和响应速度快等特点。在精品课程建设中，利用虚拟化服务器技术，能实现按需分配资源。虚拟机较强的容灾备份能力，保证了精品课程资源的持续共享应用及快速恢复。快捷的迁移方式，可以将原有分散的精品课程资源迁移到虚拟化服务器中，实现统一管理和维护。通过对精品课程资源系统的服务器虚拟化的研究，为今后高职院校IT资源的虚拟化，建立高效的数据中心，提供了理论及实践基础。

［1］教育部.精品资源共享课建设工作实施办法［EB/OL］.http://news.jingpinke.com/details?uuid=f11c87e6-137c-1000-bad4-9bd9a94f2948，2012

［2］虚拟化与云计算小组.云计算宝典技术与实践［M］.北京:电子工业出版社，2011:153-164

［3］Posey BM.技术分析Hyper-V Dynamic Memory与VMware内存过量使用［EB/OL］.http://www.search-virtual.com.cn/showcontent_42183.htm，2010-11-08

［4］Maltz B.如何确定一个CPU核上的虚拟机数量?［EB/OL］.http://www.searchvirtual.com.cn/showcontent_26316.htm，2009-03-05

［5］虚拟化与云计算小组.虚拟化与云计算［M］.北京:电子工业出版社，2009:45-46，61-62

［6］万林.快速虚拟机的新方法［EB/OL］.http://www.edu.cn/ji_shu_ying_yong_1643/20110527/t20110527_623050.shtml，2011-05

［7］Seibert E.VMware数据恢复管理员:安装和使用VDR指导手册［EB/OL］.http://www.searchstorage.com.cn/shoonwctent_23602.htm，2009-08

［8］王春海.中小企业虚拟机解决方案大全［M］.北京:电子工业出版社，2010:135-155，95-97