教學(xué)實踐中搭建輕量級硬件的虛擬化系統(tǒng)

1、教學(xué)實踐中搭建輕量級硬件的虛擬化系統(tǒng)摘要：許多高校開設(shè)了虛擬化的相關(guān)課程，由于服務(wù)器虛擬化的部署需要大量的硬件設(shè)備，學(xué)生很難有機(jī)會動手實踐，使得理論知識脫離了實際。 本文研究了完整的 vSphere 所能允許的最低硬件配置，設(shè)計出一套目前的高校普遍能承受的硬件方案，并對其進(jìn)行了系統(tǒng)部署和功能測試。關(guān)鍵詞：虛擬化服務(wù)器教學(xué)實踐中圖分類號： TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1007-94162014）04-0204-02Abstract ：Many colleges offer courses related tovirtualization ， because the deploymen

2、t of server virtualization requires many devices， Its difficult extremely the students have opportunity to practice ， and it cause the knowledges were divorced from reality. This paper researched the minimum hardware configuration that allowed by entire architecture of VMware vSphere ， designed a pl

3、an of hardware that colleges and universities generally can bear ， finally the plan was deployed and tested.Key Words ：Virtualization Server Teaching practice緒論現(xiàn)在很多高校都開設(shè)了云計算相關(guān)的專業(yè)，或者在信息管理或網(wǎng)絡(luò)類專業(yè)開設(shè)了云計算基礎(chǔ)課程。作為云計算核心內(nèi)容的虛擬化技術(shù)， 通常在 IaaS 層用于實現(xiàn)硬件資源的抽象化1 ，是教學(xué)的重點和難點。理論學(xué)習(xí)應(yīng)結(jié)合動手實踐，否則就難免脫離實際，還容易遺忘。因此，對于應(yīng)用型本科院校和高職院校

4、來講，應(yīng)當(dāng)為學(xué)生提供搭建虛擬化系統(tǒng)的物質(zhì)條件。然而，如果把一個班級分為5 7 個小組，為每個小組都提供一個完整的實驗環(huán)境是不現(xiàn)實的。這是因為虛擬化系統(tǒng)若要實現(xiàn) IaaS 層的功能，必須用到大量的服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 2 。本文設(shè)計了一個方案，能在硬件上付出最低成本的前提下，搭建一個具備完整功能的服務(wù)器虛擬化系統(tǒng)。相關(guān)技術(shù)虛擬化技術(shù)的分類有很多種，從體系結(jié)構(gòu)的角度來看，常見的分類方法是將虛擬機(jī)管理器（VMM Virtual MachineMonitor，VMM）分為托管型和Hypervisor 。托管型VMM像其它軟件一樣運(yùn)行在操作系統(tǒng)里，在此層面上實現(xiàn)虛擬機(jī)的功能，比較著名的產(chǎn)品有VirtualB

5、ox 和 VMwareWorkstation 。目前高校教學(xué)中如有涉及到獨立的系統(tǒng)環(huán)境，普遍采用托管型的VMM ，在 PC 本地平臺為學(xué)生提供特定的系統(tǒng)環(huán)境。 然而如果涉及到云計算IaaS 層的架設(shè)， 基于托管型 VMM 虛擬化系統(tǒng)無法滿足需要。Hypervisor 類的虛擬化系統(tǒng)相比之下有顯著的優(yōu)勢。由于直接運(yùn)行在硬件層之上，它可以使虛擬機(jī)為用戶提供接近于物理機(jī)的性能，通常還提供了適用于云計算的高級功能，如基于分布式資源調(diào)度（DRS ）的負(fù)載均衡，基于熱遷移技術(shù)的高可用性和雙機(jī)熱備等。由于本文面向云計算的課堂實踐，在此采用Hypervisor 類型的代表產(chǎn)品VMware vSphere 。最

6、小硬件環(huán)境目前的高校普遍無法為每個實驗小組提供多臺高性能服務(wù)器用于實驗環(huán)境的搭建，如何用輕量化的硬件來實現(xiàn)功能，本文采用了三個思路：1）將 vSphere 的基礎(chǔ)構(gòu)架組件放在虛擬機(jī)上。2）使用高性能 PC 機(jī)代替物理服務(wù)器。（3）用舊服務(wù)器搭建基于軟件的iSCSI 磁盤陣列， 實現(xiàn)共享存儲。使用兩臺較新的PC 機(jī)、一臺舊 PC 機(jī)和一臺服務(wù)器， 相比至少四臺服務(wù)器的建議配置，這樣的實驗成本完全是可以接受的。表 1 給出了硬件狀況。下面是基礎(chǔ)構(gòu)架組件：vSphere 的最小化實現(xiàn)只需單個ESXi 主機(jī)，以及在一個臺PC 機(jī)上安裝用于管理的client ；但如果是以“完全功能”為前提的最小化實現(xiàn)，

7、則至少需要域環(huán)境、 vCenter 服務(wù)器、 vCenter 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和一個額外的磁盤陣列用于共享存儲3 。本文將除了存儲之外的所有組件全部放入虛擬機(jī)。系統(tǒng)實現(xiàn)環(huán)境搭建過程如下：1）首先在兩臺 HP Pro3340 上安裝 ESXi ，雖然官方建議的配置是“受支持的服務(wù)器型號” ，但經(jīng)證實，一線品牌PC機(jī)的硬件均可被完美支持。從VMware官網(wǎng)下載ESXi安裝鏡像，ESXi直接運(yùn)行在硬件層上，必須將鏡像制作成U盤啟動（或刻錄成光盤）進(jìn)行安裝。為了支持更輕量級的WinServer 2003 ，選用4.0 版。2）在舊 PC 上安裝 vSphere client，在 ESXi 主機(jī)上創(chuàng)建虛擬機(jī)

8、并安裝 Win Server 2003 ，將其提升為域控制器。3）為兩臺 ESXi 主機(jī)設(shè)置域名并加入域。4）創(chuàng)建虛擬機(jī)安裝 WinServer 2003 ，然后安裝 vCenter 和 SQL server 2005。這里使用 vCenter 自帶的數(shù)據(jù)庫實例。5）安裝完成之后，用域控制器提供的用戶名登錄到vCenter，把兩臺ESXi 主機(jī)加入到vCenter 中，一個最小化的“完成的” vSphere 就部署完成了。6）為戴爾 Power Edge R410 服務(wù)器接上四塊硬盤，一塊用于安裝 Openfiler ，另三塊做 RAID 5 。 Openfiler 是一款基于 Linux 的

9、開源存儲管理系統(tǒng)， 支持 SAN 、NAS 等網(wǎng)絡(luò)存儲方案 4 。從 http ：下載安裝鏡像之后，同樣制作成 USB 安裝盤，安裝完成后在 Volume 菜單下配置RAID 5 ，在三塊硬盤上創(chuàng)建同樣大小的RAID array member格式分區(qū)。 接下來依次創(chuàng)建卷組，創(chuàng)建 iSCSI 卷，啟動 iSCSITarget 服務(wù)。（ 7）在 Openfiler 控制臺里提供ESXi主機(jī)的 IP 地址，在 vSphere Client 中添加 iSCSI 適配器，然后將其與 VMkernel 適配器綁定。功能測試由于本文搭建的是“完全功能”的虛擬化系統(tǒng)，因此可以實現(xiàn)諸多高級功能，下面選擇對其中的

10、RDS 進(jìn)行測試。類似于 B/S 模式下的服務(wù)端將并發(fā)訪問分配給空閑的服務(wù)器， DRS 實現(xiàn)負(fù)載均衡的手段是在ESXi 主機(jī)之間遷移虛擬機(jī)。 VMware vMotion熱遷移技術(shù)的底層實現(xiàn)機(jī)制基于pre-copy 算法 5 ，不但保證了遷移過程中持續(xù)提供服務(wù)，而且其過程對最終用戶完全透明。由于虛擬機(jī)的文件系統(tǒng)放在共享存儲上， 因此遷移只涉及到虛擬機(jī)的CPU 狀態(tài)信息、 I/O信息和內(nèi)存數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移。測試前先通過vSphere Client 把兩臺主機(jī)加入群集，將DRS 默認(rèn)的自動化級別設(shè)為全自動，閾值設(shè)為“激進(jìn)” 。后面是創(chuàng)建 DRS 組，創(chuàng)建虛擬機(jī) -虛擬機(jī)關(guān)聯(lián)性規(guī)則，并添加虛擬機(jī)到該規(guī)則里

11、。在本次測試中， ESXi-1 上面運(yùn)行著三臺虛擬機(jī)，分別是域控制器、 帶有數(shù)據(jù)庫實例的vCenter，以及一個用于測試的XP 虛擬機(jī)；與此同時，ESXi-2 則是空載，沒有任何虛擬機(jī)。最后一個環(huán)節(jié)就是增加XP 虛擬機(jī)的負(fù)載，這里只作簡單測試：通過同時打開多個程序增加CPU 利用率和常駐內(nèi)存，當(dāng) ESXi-1 的 CPU 占用達(dá)到 77%，內(nèi)存占用達(dá)到84%的時候，遷移被激活了，遷移過程歷時96 秒，遷移過程中通過持續(xù)的 ping 來訪問該虛擬機(jī)，只有一次超時， 可視作零停機(jī)時間。6 結(jié)語本文通過單臺服務(wù)器和少量PC機(jī)，完成了對完整vSphere 環(huán)境的搭建。對于高校教學(xué)中涉及到云計算IaaS層的相關(guān)教學(xué)實踐，本文提供了廉價、簡潔的實現(xiàn)方法，使得那些硬件資源相對短缺的院校也能提供條件，讓學(xué)生在教學(xué)活動中真正經(jīng)歷服務(wù)器虛擬化的運(yùn)維，以避免理論脫離實際。參考文獻(xiàn)張耀祥 .云計算和虛擬化技術(shù) J. 計算機(jī)安全， 2011，05： 80.馬博峰 .VMware 、Citrix 和 Microsoft 虛擬化技術(shù)詳解與應(yīng)用實踐 M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2012： 11-1