华南师范大学“信息化多应用虚拟支撑平台”的应用

华南师范大学“信息化多应用虚拟支撑平台”的应用

张效严¹　叶惠文²　蒙庆全³

（1.华南师范大学，广州，510631，E-mail：zxyan@scnu.edu.cn；

2.华南师范大学，广州，510631，E-mail：yiehw@scnu.edu.cn；

3.华南师范大学，广州，510631，E-mail：mqqman@163.com）

摘　要：本研究使用当前先进的虚拟主机、虚拟存储技术，以华南师范大学教育信息技术中心的信息化应用为例，构建一个虚拟化的信息化应用支撑平台，实现应用服务与硬件支撑平台相对独立。实现了即时部署应用，避免往常的情况，即上一个应用或教学平台时，必须先购置硬件支撑平台，因此，能较好地解决应用软件与硬件支撑平台的矛盾。

关键词：虚拟服务　虚拟存储　统一部署　动态扩容

the Application of“Information Applivation of Virtual Support”in South China Normal University

Zhang Xiaoyan¹　Ye Huiwen²　Meng Qingquan³

（1.Educational Information Technology Center South China Normal University，Guangzhou，510631，E-mail：zxyan@scnu.edu.cn；2.Educational Information Technology Center South China Normal University，Guangzhou，510631，E-mail：yiehw@scnu.edu.cn；3.Educational Information Technology Center South China Normal University，Guangzhou，510631，E-mail：mqqman@163.com）

Abstract：Using the current advanced virtual mainframe and virtual storage technology and taking the use of information of south China normal university’s education information technology center for example，we build up a virtualization information technology application supporting platform to realize relative independence between application service and hardware supporting platform，and real-time installation and application also come true，so it’s not necessary to purchase hardware supporting system beforehand when seting up an platform for application or teaching as before，thus the conflict of application software and hardware supporting platform is solved.

Key Words：virtual service；virtual storage；unified deployment；dynamic expansion

一、前 言

“信息技术在教育中应用经历了三个发展阶段，即计算机辅助教学阶段、计算机辅助学习阶段、信息技术与课程整合阶段，当前的信息技术教育正在全面进入第三个阶段，即利用信息技术创建理想的学习环境，提供全新的学习方式和教学方式，彻底改变传统的教学结构与教育本质。”^［1］本文把这三阶段在高校的应用重新定义为：探索阶段、试验阶段和全面推广阶段。在全面推广阶段里，随着教育信息化在各教学环节的深入应用，凸显出下列重要特征：

①依托网络的教学平台和辅助教学应用软件越来越多。

②师生交互性、学生协作性的教与学模式越来越广泛。

③基于网络教与学规模大。教师信息技术融入教学模式与手段多了，学生基于信息化的学习群体量大了。

④基于网络的教学、学习资源激增。

⑤各级高效对教育信息化的对教学、教改的作用和认识提高了，随之逐年加大投入。

随着教育教学信息化的迅猛发展，教学过程中大量使用现代教育技术和信息化手段辅助教学；学生基于网络资源的自主化、个性化学习模式越来越多，群体越来越大；各学科专业的课程与信息技术不断深入融合，催生了大量的应用软件和工具软件；因而导致了教育教学信息化的应用与环境支撑平台的矛盾，如：

①服务器较多，品牌较杂、新旧不一，无法实现统一、有效管理。

②应用较多，而且规模不同，应用服务与硬件支撑难以配套，制约实际应用。

③新旧服务器、不同品牌服务器互不兼容，造成应用平台的部署困难，无法保护现有投资。

④存储设备多，无法进行统一管理和按需分配，造成了存储空间的分配不均，也无法实现对存储空间的有效利用与共享。

⑤对各应用平台的备份需要更多的存储资源，由于资金原因大部分应用也无法实现备份，应用平台安全运行有很大的风险。

⑥服务器安装和调试需要较长的时间，而对技术人员的要求也较高。

上述诸多问题，大大制约了信息化的应用发展。虽然这些问题，似乎只要加大投入就可以解决，其实不然，如果按照传统的办法，来一个应用就上一套硬件支撑系统，这样一来系统就越来越大，不仅造成不稳定，给维护带来极大的问题，而且，无法高效、充分利用硬件资源，如有些系统数据量少，不能满负荷运行，有些系统数据增量大，利用率高，很快就需要扩展。由于无法实现硬件资源的共享，因而造成极大的浪费。所以迫切需要探索更好的硬件支撑系统，在解决上述提出的问题的基础上，能实现服务器资源、存储资源统一调度，动态分配、高度共享。

二、“信息化多应用虚拟支撑平台”设计思想和体系结构

围绕上述提出的问题，我们很自然地想到利用当前的计算机领域的虚拟技术，解决应用中的困惑问题。经过一年多的论证，结合我们当前系统的现状和有限的经费，提出了应用虚拟主机技术和虚拟存储技术构建一个性能价格比高、应用与后台硬件支撑独立、稳定性好、维护方便的“信息化多应用虚拟支撑平台”，较好地解决我们的困惑，适应教育教学信息化的发展。

（一）支撑平台物理拓扑图

本支撑平台的基础是网络，各物理服务器、管理服务器、网络存储和磁盘阵列等通过网络连接到虚拟主机和虚拟存储管理服务器。整个物理拓扑比较简单，易于实现，对当前的物理服务器、存储设备的连接基本没有改动，如图1所示。在实际调试过程中，可以分批次将物理服务器、存储加入到支撑平台中，因此，对当前正在使用的系统、平台没有任何影响。

图1　支撑平台物理拓扑图

（二）支撑平台逻辑拓扑图

根据我校《信息化多应用虚拟支撑平台》的建设及实际部署的经验，我们将该支撑平台的逻辑拓扑划分为5层，依次为：网络层、物理层（含物理服务器层和物理存储层）、虚拟化中间层（虚拟化平台系统和虚拟存储管理系统）、虚拟服务器层及应用层，其相互之间的逻辑关系如图2所示。

图2　支撑平台逻辑拓扑图

网络层：为保证支撑平台的网络带宽及方便管理，由一台专用的交换机（16个千兆电口，4个COMBO口）为支撑平台提供网络服务。

物理层：分物理服务器和物理存储，华师支撑系统的物理服务器当前主要包含：8片HP BL460cG6刀片服务器、2台联想万全R525服务器、1台IBM服务器、1台DELL 2950服务器、1台信核数据虚拟存储控制设备（Tigler SC 8200）；物理存储包括：2台HP P4500G2存储服务器、1台Dell Powervault MD1000磁盘阵列。新的服务器和存储可在不影响当前系统的正常运行的情况下随时加入。

虚拟化中间层：包含虚拟化平台系统和虚拟化存储管理系统。在支撑平台中，虚拟化平台系统是指红帽子的RHEV-H，该系统安装在物理服务器上，是运行虚拟服务器的载体和物理服务器资源的管理者；虚拟化存储管理系统是对各类存储统一管理和分配的应用软件，支撑平台中使用的是信核数据OSNWeb Manager。

虚拟服务器层：就是指各种虚拟服务器，本支撑平台主要安装了2种操作系统：Windows 2003及Linux。

应用层：指安装在虚拟服务器上的各类应用以及为应用服务的负载均衡软件等。支撑平台中当前主要安装了如下应用：“课程中心”网络资源学习平台、移动学习平台、精品课程点播平台、教育信息技术中心网站、机房管理“账务中心”、直播系统平台、教学主楼教学观摩系统目录服务器。

三、华南师范大学“信息化多应用虚拟支撑平台”的实际应用

（一）系统支撑的软硬件集成

（1）物理服务器：8片HP BL460cG6刀片服务器、2台联想万全R525服务器，1台IBM服务器，1台DELL 2950服务器；

（2）存储服务器：2台HP P4500G2存储服务器、1台Dell Powervault MD1000磁盘阵列；

（3）虚拟存储管理服务器：1台信核数据虚拟存储控制设备（Tigler SC 8200）

（4）管理软件：Red Hat Enterprise Virtualization Management System（红帽子RHEV企业级虚拟化管理平台）、OSNSolution开放式网络存储管理系统（信核数据虚拟存储管理系统）、Red Hat Cluster群集套件（红帽子负载均衡集群前置）

（5）操作系统：WINDOWS 2003、REDHAT LINUX

（二）虚拟服务器管理

（1）虚拟服务器一览表如表1所示。

表1　华师信息化多应用虚拟支撑平台服务器一览表

续表

（2）RHEV-M虚拟服务器管理界面如图3所示。

图3　RHEV-M虚拟服务器管理界面

（三）虚拟存储系统管理

（1）虚拟存储分配一览表

本方案主要用了2类存储：2台HP P4500G2存储服务器、1台Dell Powervault MD1000磁盘阵列，存储空间详细分配表如表2所示。

表2　虚拟存储分配一览表

（2）存储虚拟管理平台界面如图4所示。

图4　存储虚拟管理平台界面

（四）系统支撑的教育教学应用软件及平台

目前，在本系统中安装了如下应用系统：“课程中心”网络资源学习平台、移动学习平台、精品课程点播平台、教育信息技术中心网站、机房管理“账务中心”、直播系统平台、教学主楼教学观摩系统目录服务器

目前支撑平台中已经运行了7个应用系统。具体列表如表3所示。

表3　应用系统列表

四、信息化多应用虚拟支撑平台的特点

本解决方案的目的是实现资源的有效利用，通过将新旧资源的重新整合，达到对教学资源众多的应用系统进行有效的支撑，并且，能够根据应用系统自身的实际负载情况，动态协调软硬件资源，实现动态应用支撑调整。通过这样的基础硬件、软件平台支撑，实现如下的特性：

①开放性（多品牌服务器）硬件资源的统一管理和使用：通过对服务器的虚拟化，实现了对不同品牌、不同型号、新旧各异的服务器资源的统一和使用，完全脱离了原来对单一服务器的管理和维护模式，整合各类服务器资源，共同为各类应用服务。

②服务器资源统一分配，实现高度共享，节约资源：通过虚拟化技术将服务器资源进行统一整合，形成逻辑虚拟服务器群。因此，实现了运行于虚拟服务器群中的各类应用与具体使用哪台物理服务器的无关性，也就是实现了硬件服务资源与应用用户相互独立，彻底改变了应用与硬件支撑一一对应的依赖性，使之支撑硬件变成可以随意组装的积木，且增删硬件时不影响应用服务。

③存储资源的按需分配：通过虚拟存储管理平台，将所有的硬件存储整合成一个大的逻辑存储，然后根据具体需求，将存储资源动态划分给不同的应用平台，而且，可以随时根据各应用平台对存储资源的实际使用情况进行动态调整。

④服务器资源的动态扩容：考虑到业务的发展，已经部署的应用系统对服务器资源的需求会动态增大，这个时候，传统的方式会停止应用系统，可能还会停止应用服务器、数据库等相关基础软件服务，然后进行硬件的升级和配置变更。而在本支撑系统中，由于具体的应用与物理服务器的无关性，某一台物理服务器的关闭对具体应用无任何影响，而新购服务器也可以在不影响平台中任一应用的前提下加入本支撑系统，因此，可以说本支撑系统实现了服务器资源的动态扩展。

⑤存储资源的动态扩容：随着业务的发展和数据资源的积累，存储空间可能需要扩容，常规做法是将应用系统关闭存储中的数据迁移（前提是有其它存储空间暂存当前数据）对存储扩容或更新数据回迁应用重新启动，而在支撑平台中，只需把新的存储设备纳入到虚拟存储管理系统之中，从而实现了对存储池的扩容，而这个过程对各类应用和现有数据没有任何影响，应用系统只需通过虚拟存储平台扩展自己的逻辑存储空间即可，这个过程既不需停掉应用，也不必迁移数据。

⑥系统的备份和快速恢复：通过虚拟机管理平台可以方便地对虚拟机（其上运行应用系统）进行备份，备份统一存放在存储设备中，当正在运行的虚拟机因病毒或其它原因出现故障而在短期内无法修复或需要重建时，可以删除或停掉当前故障虚拟机，通过备份快速重建虚拟机，以在最短时间内恢复应用。

⑦多操作系统的统一部署和管理：支撑平台支持多种操作系统，只要为每一类操作系统建立一个模板，就可方便地部署多个操作系统，这些操作系统可以在一个管理界面上部署和管理，为服务器的管理提供了极大的方便性。

⑧多应用的统一管理和维护：本支撑平台目前运行着7个学习和管理应用系统，它们可以在统一界面下进行统一备份、统一维护，为应用系统的管理和维护提供了极大的方便，既保证了系统的稳定运行，也节约了大量的人力、规范了系统的管理、提高了对应用平台的维护效率。

⑨应用系统的互不干涉：对于某些小应用平台，为节约服务器资源，传统上是在一台物理服务器上部署多个应用系统，但由于这些应用系统运行于同一个操作系统之上，对某一个应用的调试和配置，可能会影响到其它应用系统的正常运行，而在本支撑平台中，由于每个应用系统都运行于自己专用的操作系统之上，因此对某个应用系统的调试和配置，对其它应用系统不会产生任何影响。

⑩应用系统与后台服务相对独立：通过这样的一个基础平台，安装应用软件无需再具体关心是否具备的应用所需硬件条件，而是随时、随需、随心的，根据教学的需要，即可在该基础平台之上进行部署。而不需要以往那样上一个应用部署一套服务器和存储系统。

五、发展与期望

我校《信息化多应用虚拟支撑平台》从思路提出、软硬件产品的测试，到整个系统调试完毕，经历了九个多月的时间，从目前的使用情况来看，支撑平台的成功上线，为高校多种多样的服务器、存储设备的有效使用和高校管理找到新途径，也是高校多应用平台的发展趋势。当然，任何系统都不是尽善尽美的，但是坚信随着虚拟技术的发展和应用的推广，虚拟技术也将得到进一步的完善和发展，多应用、多平台、多品牌支撑平台的功能将更加强大，各服务器和应用平台的管理也更加高效。

参考文献

［1］ 谷千军，《高校教育中信息技术应用现状及相关问题研究》，北京理工大学，chinjun@bit.edu.cn