基于网络云平台的虚拟化实训资源池研究

张鸰

摘要：本课题起源于“基于网络云平台的虚拟实验教学研究”项目，但在课题的研究过程中发现，关于实验资源调配、利用效率等方面出现了一些亟待解决的问题，基于以上该文在研究虚拟化的相关技术的基础上，通过分析传统实验室的不足，结合虚拟化技术的优势提出了虚拟化实训资源池模型，希望能为高校虚拟实训室的建设提供一些参考。

关键词：云计算；虚拟化；实验实训；资源池

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）26-0221-02

1 虚拟化技术简析

虚拟化技术就是把相对有限的既定资源，通过需求测算和科学规划，合理分配资源使之利用率最大的技术手段。主要的形式就是提供必要的运行环境支撑软件执行，而这种必要的运行环境就是实现底层资源共享，即底层资源对使用者来说是透明的。可以从高到低划分虚拟化层次：应用虚拟化、操作系统虚拟化、网络虚拟化等。虚拟机（Virtual Machine，VM）可以理解为由虚拟器模拟出来的一台虚拟的计算机，也可以理解为逻辑中的计算机。使用宿主机的资源但又完全独立于宿主机，并和其它虚拟机隔离开。相当于在同一台硬件上同时运行运行多个操作系统，它们完全独立互不影响，并且从使用者的视角来看是独占资源的。虚拟化技术的優势有以下几点：1）虚拟化技术使得多台虚拟机共享同一物理资源，有效减少物理机数量，在减少管理难度的同时，极大地提升了资源利用率；2）虚拟化技术支持动态迁移，虚拟机可以在不影响用户使用的情况下迁移到其它物理节点；3）虚拟化技术可以方便的实现快速部署，服务商可以快速提供定制虚拟机给用户使用。

2 传统实训室存在问题

目前，在高校实际教学中由于实训建设成本高、设备老化快、实训资源不足等原因使得实训教学难以开展，从而直接影响了教学效果。主要表现在以下几个方面的问题：1）管理上的难题：各种设备型号复杂、数量繁多、操纵系统不统一、运行环境部署费时费力，还存在实验资源利用率不均衡的问题；2）教学资源的存储难题：每学期实验室机房的服务器积累了大量的教学资源管理起来非常繁琐；3）网络和设备安全，因为还原卡的存在，安全、互联类的实验无法进行；4）设备、技术的更新：实验室软硬件升级频率较快，一方面需要大量资金投入，另一方面会对正常教学活动造成影响；5）无法实现对学生上机行为的实时监管；6）能耗高，不符合绿色低碳的社会理念。虚拟化技术可以方便的解决以上问题，提高管理效率，缩短各种应用的部署时间，增加可用性，还可以动态迁移提高容灾和业务的连续性。

3 虚拟化实训资源池理论模型研究

根据前文，现在我们就构建基于网络云平台的虚拟化实训资源池。我们可以把基于网络云平台的虚拟化实训体系从技术上划分为4层结构：面向服务体系（Service-Oriented Architecture，SOA）的构建层、管理中间件层、资源池层、物理资源层。SOA构建层直接面向应用，封装云计算能力成为标准Web Services；管理中间件层服务于SOA构建层，提供必要的云计算资源支持与管理；资源池层利用虚拟化技术集成底层硬件系统，形成一个虚拟化的资源池，包含各种硬件资源、操作系统、数据库系统和应用程序集合；物理资源层涉及到所有的硬件资源，包括服务器硬件系统、网络硬件系统等。

依托于虚拟化技术，实训室中的各种资源实现虚拟化以后，传统的物理主机成为计算资源池中的虚拟机，用户利用客户终端远程登录完成对虚拟机的操作，得到计算机资源池的服务支持。涉及到的相关操作、计算均在高性能服务器上进行，借助虚拟化技术真正实现了对实训室维护管理工作的集中化控制，由原来的管理物理机变为管理虚拟机。通过对云环境下实训室的虚拟化计算资源配置、调度、管理等方面的分析，形成如图1的虚拟化实训资源池模型。

用户应用层：此层用户利用客户终端远程登录到虚拟机进行操作，直接面向具体应用展开实验任务，可以采用无盘工作站、瘦客户机等作为客户端。

虚拟机资源管理层：由虚拟机及相关管理系统构成。这一层，基于虚拟硬件资源层之上，满足需求的大量虚拟机将被创建，在管理系统控制下并发处理数据。同时，本层承担着对系统虚拟化的管理工作，负责依据需求选择合适的虚拟机模板生成、销毁虚拟机；建立用户终端与虚拟机之间的映射关系，实现用户对虚拟机的访问任务；解决服务器间的负载均衡，以满足学生虚拟实训的需求。比如，根据课表安排中课程、课时、地点、班级、学生数等相关要素，课前准备时主动创建满足需求的虚机，下课后自动删除虚拟机。这样，实现了针对不同的课程需求，自动生成相应配置的虚拟机，满足不同课程的实训教学需求。

虚拟硬件资源层：由硬件资源层和虚拟化层构成，其中运算器、存储设备、网络设备等资源构成了硬件资源层；虚拟化层为上一层虚拟机资源管理层提供运行的环境和资源，它利用虚拟化分层抽象技术完成对硬件资源层的虚拟抽象，使操作系统与硬件资源分离开来，由虚拟监控器（Virtual Machine Monitor，VMM） 调度操作系统在物理硬件资源上执行，并提供齐全的虚拟硬件接口。解决了在服务器云端大量的虚拟机以及多种操作系统能够独立并发运行的问题。

用户访问应用层用户直接面对的一层，用户借助客户端，完成远程登陆虚拟机并进行实验操作任务，客户端的类型包括：瘦客户端，PC 物理机等。

4 结束语

本文在研究虚拟化技术的基础上，通过对传统高校实训室的存在的问题分析，结合实训室中的资源需求构建了虚拟化实训资源池模型，探讨了虚拟实训平台建设的新的思路。

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