楊倩 高雅潔

新疆信息工程學(xué)校，新疆 烏魯木齊 830013

引言

人才是第一資源，是國家發(fā)展的戰(zhàn)略資源。教育是人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)，科技手段在教育上的運(yùn)用可以改進(jìn)教學(xué)法并推動人才的培養(yǎng)?，F(xiàn)代遠(yuǎn)程教育是隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新型教育方式。計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，特別是因特網(wǎng)(internet)的迅猛發(fā)展，使遠(yuǎn)程教育的手段有了質(zhì)的飛躍，成為高新技術(shù)條件下的遠(yuǎn)程教育。

遠(yuǎn)程教育平臺一般需要提供音視頻課件點(diǎn)播和文件下載等服務(wù)，遠(yuǎn)程學(xué)員可以利用這個(gè)平臺進(jìn)行在線學(xué)習(xí)和課件軟件等的下載。如果采用傳統(tǒng)的服務(wù)器架設(shè)方式，為實(shí)現(xiàn)以上功能，就必須架設(shè)三臺服務(wù)器：包括 WEB服務(wù)器、流媒體服務(wù)器和FTP服務(wù)器。雖然這樣可以在服務(wù)器版本的操作系統(tǒng)中建立多個(gè)服務(wù)器角色方式，但是這樣會帶來兩個(gè)問題：1）所有的服務(wù)都依賴于同一個(gè)操作系統(tǒng)，不方便管理也不利于安全；2）服務(wù)器一旦例行停機(jī)檢修將無法繼續(xù)為用戶提供服務(wù)。為了解決這兩個(gè)突出問題，必須架設(shè)多個(gè)服務(wù)器，但是不但會增加能耗，而且購置成本也會大幅上升。業(yè)界經(jīng)過長期摸索和大量實(shí)踐，虛擬機(jī)技術(shù)得到了快速推廣和應(yīng)用，在一定程度上提高了服務(wù)器硬件資源的利用率，并大大縮減了應(yīng)用成本。

1 虛擬機(jī)技術(shù)

1.1 虛擬機(jī)技術(shù)概況

在一臺服務(wù)器（通常稱為宿主機(jī)）上將硬盤和內(nèi)存的一部分拿出來虛擬出若干臺機(jī)器（通常稱為虛擬主機(jī)），每臺虛擬主機(jī)可以運(yùn)行單獨(dú)的操作系統(tǒng)而互不干擾，這些虛擬出來“新”主機(jī)各自擁有自己獨(dú)立的CMOS、硬盤和操作系統(tǒng)，就可以像使用普通服務(wù)器一樣對它們進(jìn)行分區(qū)、格式化、安裝系統(tǒng)和應(yīng)用軟件等操作，還可以將這幾個(gè)虛擬主機(jī)聯(lián)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)任意多的虛擬主機(jī)系統(tǒng)崩潰之后可直接刪除而不影響宿主機(jī)系統(tǒng)，同樣的宿主機(jī)系統(tǒng)崩潰后也不影響虛擬系統(tǒng)，可以在宿主機(jī)重新安裝操作系統(tǒng)之后，再加載以前做的虛擬主機(jī)系統(tǒng)。利用虛擬機(jī)軟件可以在不需要重開機(jī)的情況下，在同一臺宿主機(jī)上同時(shí)運(yùn)行好幾個(gè)虛擬主機(jī)。

1.2 虛擬機(jī)軟件選擇

在眾多虛擬機(jī)軟件中，被廣泛應(yīng)用的主要有VMware ESX、Virtual PC和Xen等。浪潮電子信息產(chǎn)業(yè)股份限公司支連意工程師，曾使用對照實(shí)驗(yàn)法，即在相同的物理?xiàng)l件下，分別測試Xen虛擬機(jī)內(nèi)部應(yīng)用性能、Xen虛擬機(jī)穩(wěn)定性與VMware ESX虛擬機(jī)內(nèi)部應(yīng)用性能、VMware ESX虛擬機(jī)穩(wěn)定性。測試結(jié)果表明，無論是虛擬主機(jī)內(nèi)部應(yīng)用的性能還是虛擬主機(jī)穩(wěn)定性，Xen虛擬機(jī)均與VMware虛擬機(jī)有一定差距。在使用相同硬件通過相同軟件測試時(shí)，VMware虛擬主機(jī)事務(wù)的響應(yīng)時(shí)間較Xen虛擬主機(jī)均有不同程度的縮短。當(dāng)Xen虛擬機(jī)在測試壓力較大時(shí)，可能出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。而Virtual PC對于Linux操作系統(tǒng)和64位操作系統(tǒng)的支持上帶有明顯的硬傷，所以在選用虛擬機(jī)軟件的時(shí)候，VMware公司的虛擬機(jī)產(chǎn)品受到市場的追捧。

1.3 VMware ESX的特性

VMware ESX有很多特性用以支持高可用集群。

1.3.1 快照技術(shù)

快照就是將虛擬主機(jī)某個(gè)時(shí)刻的所有服務(wù)運(yùn)行狀態(tài)作為一個(gè)文件備份下來。這種技術(shù)可以在虛擬主機(jī)中病毒等導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，或者應(yīng)用被非法篡改導(dǎo)致某些服務(wù)中斷等情況下，快速恢復(fù)到快照記錄下的那個(gè)時(shí)刻。這種恢復(fù)不只是虛擬主機(jī)硬盤數(shù)據(jù)的恢復(fù)，同時(shí)會恢復(fù)快照時(shí)刻的內(nèi)存情況，從而可以在極短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)服務(wù)。

1.3.2 虛擬主機(jī)遷移技術(shù)

虛擬主機(jī)遷移技術(shù)可以將在VMware ESX服務(wù)器上運(yùn)行的虛擬主機(jī)以在線的方式整體遷移到其他的VMware ESX服務(wù)器上。這種技術(shù)因?yàn)槭窃诰€的形式，用戶在使用服務(wù)的過程中不會感到服務(wù)的中斷。這個(gè)遷移過程就能使得服務(wù)在不中斷的情況下能夠?qū)⒉糠炙拗鞣?wù)器停機(jī)維護(hù)。

1.3.3 高可用性技術(shù)

宿主服務(wù)器不能保證長時(shí)間的7×24小時(shí)全年服務(wù)而不出故障。如果某臺宿主服務(wù)器的硬件出現(xiàn)故障而導(dǎo)致其停機(jī)，工作與其上的所有虛擬主機(jī)將全部停止。高可用性技術(shù)可以迅速讓這些虛擬主機(jī)在其他VMware ESX宿主服務(wù)器上重新啟動，保證了服務(wù)的可靠性。

1.3.4 資源調(diào)度技術(shù)

資源調(diào)度技術(shù)是以虛擬主機(jī)遷移技術(shù)為基礎(chǔ)的。VMware ESX利用虛擬主機(jī)遷移技術(shù)自動的監(jiān)測各ESX宿主服務(wù)器的資源運(yùn)行情況，將運(yùn)行壓力比較大的虛擬主機(jī)通過遷移，讓較為空閑的ESX宿主服務(wù)器來完成服務(wù)，提高了服務(wù)器的資源利用率。

以上的功能除快照外都是通過VMware的集群技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。這種集群技術(shù)一般要求宿主服務(wù)器采用共享存儲網(wǎng)絡(luò)才能實(shí)現(xiàn)切換，也正是因?yàn)樘摂M主機(jī)采用了共用存儲才能使得某臺宿主服務(wù)器因?yàn)楣收贤C(jī)時(shí)不會影響服務(wù)的提供。

采用了虛擬機(jī)遷移、高可用性以及資源調(diào)度技術(shù)的VMware ESX，在組成了具有高可用性的集群之后非常適合作為遠(yuǎn)程教育平臺的服務(wù)器端。這樣的方案非常容易實(shí)現(xiàn)冗余，提升了整體的可靠性，同時(shí)還能有效的降低設(shè)備的投入成本。

2 基于VMware ESX的遠(yuǎn)程教育服務(wù)端方案

根據(jù)遠(yuǎn)程教育的服務(wù)器需求（WEB、流媒體和FTP服務(wù)三大功能），結(jié)合虛擬機(jī)技術(shù)，制定出如下負(fù)載均衡、安全可靠的方案。

兩臺裝好VMware ESX軟件的宿主服務(wù)器，將其中的每臺宿主服務(wù)器劃分成三個(gè)虛擬主機(jī)，一個(gè)實(shí)現(xiàn)WEB服務(wù)，一個(gè)實(shí)現(xiàn)FTP服務(wù)，一個(gè)實(shí)現(xiàn)流媒體服務(wù)。每個(gè)宿主服務(wù)器需要雙網(wǎng)卡，每塊網(wǎng)卡都接到一個(gè)智能三層千兆交換機(jī)上。其中的一個(gè)三層交換機(jī)和存儲數(shù)據(jù)的磁盤陣列連接上，同時(shí)接一臺課件存儲服務(wù)器于其上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源能方便的導(dǎo)入到支持IP-SAN方式的磁盤陣列中；另一臺三層交換機(jī)上接上一臺管理VMware ESX宿主服務(wù)器的PC。通過這臺三層交換機(jī)，兩臺ESX宿主服務(wù)器就在負(fù)載均衡之后連接到內(nèi)網(wǎng)與外部互聯(lián)網(wǎng)交界的邊界路由器(如圖1所示)。

當(dāng)需要對兩臺ESX宿主服務(wù)器進(jìn)行例行停機(jī)維護(hù)的時(shí)候，利用虛擬主機(jī)遷移技術(shù)先將一臺宿主服務(wù)器上的虛擬主機(jī)遷移到另一臺宿主服務(wù)器上，就可以對遷出的那臺服務(wù)器進(jìn)行停機(jī)維護(hù)，極大方便了硬件維護(hù)。

圖1 遠(yuǎn)程教育服務(wù)器虛擬化示意圖

3 實(shí)驗(yàn)與分析

筆者在評價(jià)虛擬化整合價(jià)值時(shí)，主要以用戶的訪問受虛擬化影響程度為指標(biāo)，對該平臺的虛擬主機(jī)遷移和高可用性功能的切換時(shí)間進(jìn)行15次對比測試。得下表1的結(jié)果：

表1 虛擬化整合價(jià)值評價(jià)參數(shù)表

從上表1可以看出，在負(fù)載一般的情況下，一臺虛擬主機(jī)在兩臺宿主服務(wù)器間遷移需要的總時(shí)間平均為27秒，用戶體驗(yàn)到的服務(wù)中斷時(shí)間平均為2秒。如果意外關(guān)閉其中一臺宿主服務(wù)器，高可用性功能將于約4秒左右在另一臺宿主服務(wù)器上，開啟沒有工作的虛擬主機(jī)，而虛擬主機(jī)啟動到提供正常服務(wù)又需要一段時(shí)間（時(shí)間長短主要受宿主服務(wù)器分配給虛擬主機(jī)硬件資源的制約）。試驗(yàn)表明，試驗(yàn)的硬件條件平均耽誤用戶享受服務(wù)的時(shí)間為76秒，這均小于人的等待耐受時(shí)間90秒，即虛擬化整合后，服務(wù)器能基本滿足遠(yuǎn)程教育對服務(wù)可靠性的需求。

4 結(jié)束語

基于VMware ESX共享存儲的虛擬機(jī)遷移及高可用性在千兆級別的局域網(wǎng)中已經(jīng)可以基本滿足用戶對于服務(wù)可靠性的需求了。但是這種快速遷移需要高帶寬來保證用戶等待服務(wù)時(shí)間的短暫，所以在廣域網(wǎng)中還不能實(shí)現(xiàn)，宿主服務(wù)器的空間距離還需要在局域網(wǎng)范圍之中。VMware的虛擬化產(chǎn)品已經(jīng)越來越明顯的適應(yīng)云計(jì)算時(shí)代的到來，相信在未來以云計(jì)算為基礎(chǔ)的按需學(xué)習(xí)，以及以移動云為基礎(chǔ)的泛在學(xué)習(xí)將給教育和學(xué)習(xí)方式帶來更為深刻的變化。

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