◆张玲

虚拟化技术在高校信息化建设中的应用*

◆张玲

虚拟化技术在各校信息化建设中以其成本低、兼容好、弹性大、效率高等特性受到许多高校的青睐。对我国高校的信息化现状进行分析，提出高校信息化建设中采用虚拟化技术的四个具体路径。

虚拟化技术；信息化建设；高校

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.16.046

随着互联网时代的到来，信息化的优势越来越显现。许多高校将信息化建设作为提升学校办学实力的战略手段，加大投入，强力开发，已有很多高校推出“数字化校园”及更高版本的“智慧校园”建设，依托大数据技术，集中力量优化信息化应用与服务环境，促进信息化与学校教学、科研、管理和服务的深度融合，充分发挥了信息化在学校改革发展过程中的驱动作用。当前，虚拟化技术在各校的信息化建设中以其成本低、兼容好、弹性大、效率高等特性而受到许多高校的青睐。

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。

［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.htm.

TP391.9

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1671-489X（2016）16-0046-02

2014年度至2016年度浙江省教育厅科研项目“虚拟化技术在高校信息化建设中的研究”（课题编号：Y201431827）。

作者：张玲，公安海警学院训练部工程师（315800）。