虚拟化技术在模拟训练实验室管理中的应用

虚拟化技术在模拟训练实验室管理中的应用

黎铁冰　黄高明　李仙茂　周达华

（海军工程大学电子工程学院，湖北武汉430033）

摘　要：模拟训练实验室教学和科研的开展需要更多强有力的信息化技术支持。为提高实验室的资源使用率，更快速有效地部署模拟训练系统，本文构建了基于虚拟化集成技术的模拟训练架构，提出了模拟训练实验室的信息化资源整合方案和实施技术，实现服务器的高可用性和易管理维护性。

关键词：虚拟化　模拟训练　管理

1　引　言

模拟训练实验室的软件管理在很大的程度上影响了实验室教学科研的质量和效率。现代模拟训练软件多为分布式系统，常用方法就是使用PC组建局域网，需要相互配合以完成模拟训练实验。目前，实验室配备十多套自购和自研的模拟训练系统，由于建设的时间和需求不同，这些信息系统由于硬件平台、操作系统、开发语言、通讯协议和数据库结构等都存在不同程度的差异，并且这些系统每个都需要配置独立的物理服务器，占地大、耗电量高、系统资源利用率低，系统维护、数据备份及系统再部署都比较困难，详见表1。

表1　实验室配备模拟训练系统概况

模拟训练实验室的多数模拟训练软件都需要面向教员和学员开放，系统之间的差异性带来很多管理上的问题。

（1）不同仿真系统往往部署在不同的实验室，占用空间大，资源利用率较低。

（2）运行平台不一致，一次教学过程中往往需要多次更换系统。

（3）模拟训练实验室教员开发与学员学习之间共用资源带来管理难、相互干扰等问题。

（4）频繁启动多台计算机相互配合调试、运行，非常耗时耗力。

（5）即使平台相同的，也因开发技术的不同造成相互兼容性差，无法同时部署。

（6）多套异构系统带来安装、部署上的困难，在日常教学和安全保密上也不易管理。

2　虚拟化技术

虚拟化是指计算机元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行。虚拟化技术可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程。CPU的虚拟化技术可以单CPU模拟多CPU并行，允许一个平台同时运行多个操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。

采用虚拟化软件有以下5大理由。

（1）提高现有资源的利用率：通过整合服务器将共用的基础架构资源聚合到池中，打破原有的“一台服务器一个应用程序”模式。

（2）通过缩减物理基础架构和提高服务器/管理员比率，降低数据中心成本：由于服务器及相关IT硬件更少，因此减少了占地空间，也减少了电力和散热需求。采用更出色的管理工具可以提高服务器/管理员比率，因此人员需求也得以减少。

（3）提高硬件和应用程序的可用性，进而提高业务连续性：可安全地备份和迁移整个虚拟环境而不会出现服务中断。消除计划内停机，并可从计划外故障中立即恢复。

（4）实现了运营灵活性：由于采用动态资源管理、加快了服务器部署并改进了桌面和应用程序部署，因此可响应市场的变化。

（5）提高桌面的可管理性和安全性：几乎可在所有标准桌面计算机、笔记本电脑或Tablet PC上部署、管理和监视安全桌面环境，无论是否能连接到网络，用户都可以在本地或以远程方式对这种环境进行访问。

3　仿真软件管理平台

针对上述情况，可以利用虚拟化技术，合理整合服务器，充分提高服务器利用率、维护性和再部署能力。根据实验室教学和科研应用的需求，本文从实验室体系架构、硬件环境、软件环境和管理平台四个方面进行研究和探讨。

3.1　仿真实验室总体架构

结合实验室现有模拟训练系统的技术现状，采用云计算平台框架，建立高性能、可配置、可伸缩、高性价比的模拟训练平台，如图1所示。

图1　云仿真体系结构图

模拟训练系统利用仿真引擎来实现对训练过程的控制。仿真引擎是模拟训练系统的核心，它使用基于时间序和事件序的层次式仿真调度算法控制整个系统的运行，控制时间推进，管理邦元容器，调用实体模型、规则模型和交互模型，负责剧本的判读与执行，支持剧本的动态编辑，对仿真数据进行选择存储。

3.2　实验室硬件架构

基于模拟训练的实际需求，建立三个不同功能的实验室：一为数字仿真实验室，完成相关模拟训练软件的研制、部署和教学使用；二为实装实验室，通过协议转换服务器完成实装与数字仿真的互联互通；三为管理实验室，通过虚拟化管理软件完成模拟训练实验室软件、硬件等基础设施的管理，同时提供对实验室教学科研日常管理功能。实验室硬件架构如图2所示。

图2　模拟训练实验室硬件架构

3.3　实验室软件架构

当前提供服务器虚拟化技术的产品有很多，较为成熟和应用比较广泛的是VMware公司的VM-ware ESX Server。其虚拟服务器架构如图3所示，VMWARE软件把完整的操作系统、应用程序和数据压缩到文件内。这些文件能在实体主机之间被轻易地存储、暂停、还原和传递。由于通过VMWARE软件的隔离担保，多个虚拟服务器能运行在同一个实体主机上而不互相影响。

图3　VMware虚拟机软件架构

3.4　管理平台技术

为保障教员科研和学员学习的需要，实验室需打造一个完整生命周期的管理系统。围绕科研生产涉及到的开发环境、测试环境、部署环境和教学实践涉及到的运行环境、试验环境、训练环境，配置不同的虚拟机，并将所有的软硬件通过管理系统管理起来，以达到动态调度、资源共享、互不干扰的目的。管理平台框架如图4所示。

图4　实验室管理平台框架图

4　小　结

虚拟化是IT业目前最为先进、最受关注，同时也是正在逐步推广的技术之一，它的出现也为学校模拟训练实验室建设提供了新的思路。虚拟化技术在实验室教学和科研中的应用实践证明，在购置高性能服务器的基础上，采用虚拟化技术建设虚拟化的实验教学平台是既节约设备经费，又能够满足模拟训练教学对实验环境的多样性、复杂性、实验性需求的有效手段。今后，我们应该不断更新设备、完善管理，为培养满足部队作战要求人才而不断创新。

参考文献

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