【正文】 教學(xué)活動，促進(jìn)移動學(xué)習(xí)。學(xué)生教學(xué)云計算平臺建設(shè)方案可以隔空與同學(xué)、老師進(jìn)行信息交流。 “云服務(wù)”的便捷性、交互性和海量信息的易檢索性對教師的業(yè)務(wù)進(jìn)修、成果共享、專業(yè)發(fā)展和科學(xué)研究都會產(chǎn)生重大影響，有助于教師教學(xué)水平的提高，進(jìn)而提高學(xué)校教學(xué)質(zhì)量。管理者也可以借助平臺了解學(xué)校教學(xué)和管理工作的狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)問題，提出改進(jìn)辦法和措施。為此，我們計劃采用先進(jìn)的面向教學(xué)資源的云計算平臺對學(xué)院現(xiàn)有教學(xué)資源進(jìn)行統(tǒng)一升級，以實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：集中管理、降低成本：將各單位老舊和利用率不高的硬件資源統(tǒng)一組織起來，為用戶提供“按需服務(wù)” ，在同等投入的情況下，為用戶提供更強(qiáng)的計算能力、更大的存儲空間、更高的極限處理能力。系統(tǒng)建設(shè)計劃分為本期和后期兩期目標(biāo)來實(shí)現(xiàn)，分別建設(shè)以下內(nèi)容。平臺管理和使用部門在整合全院教學(xué)資源的基礎(chǔ)上，根據(jù)面向教學(xué)資源的云計算平臺提供的環(huán)境，建立單獨(dú)的遠(yuǎn)程異地災(zāi)備中心，提供比傳統(tǒng)災(zāi)備更短的系統(tǒng)恢復(fù)時間和更新的系統(tǒng)恢復(fù)數(shù)據(jù)。虛擬化資源池具有以下優(yōu)勢：? 通過云平臺HA、熱遷移功能，能夠有效減少設(shè)備故障時間，確保核心業(yè)務(wù)的連續(xù)性，避免傳統(tǒng)IT，單點(diǎn)故障導(dǎo)致的業(yè)務(wù)不可用。通過虛擬化技術(shù)把服務(wù)器物理資源抽象成邏輯資源，可以讓一臺服務(wù)器變成幾臺到幾十臺相互隔離的虛擬服務(wù)器，讓 CPU、內(nèi)存、磁盤、I/O 等硬件變成可以動態(tài)管理的“資源池” ，從而提高資源的利用率，簡化系統(tǒng)管理，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器整合，讓 IT 對業(yè)務(wù)的變化更具適應(yīng)力。教學(xué)業(yè)務(wù)系統(tǒng)虛擬化前后的關(guān)系如下圖所示。 虛擬化存儲資源池設(shè)計：存儲方案采用 Storage 分布式存儲系統(tǒng)。? 管理簡單：結(jié)構(gòu)簡單帶來管理簡單? 免于底層配置管理：Storage與管理控制端集成，僅需要做應(yīng)用層面的管理，免去大量底層配置管理事務(wù)。? 支持電源1+1冗余和熱插拔。? 存儲冷遷移教學(xué)云計算平臺建設(shè)方案在虛擬機(jī)關(guān)機(jī)情況下，通過管理員手動操作，將虛擬機(jī)的卷遷移至其他的存儲單元中，可以在同一個 VRM 管理下的同一個存儲設(shè)備內(nèi)，不同存儲設(shè)備間，塊設(shè)備和存儲虛擬化之間進(jìn)行遷移。接入交換機(jī)通過使用交換機(jī)堆疊技術(shù)，保證對外與匯聚層交換設(shè)備和對內(nèi)虛擬網(wǎng)絡(luò)層連接的冗余。業(yè)務(wù)平面：主要為虛擬機(jī)虛擬網(wǎng)卡的通信平面，對外提供業(yè)務(wù)應(yīng)用。既能對服務(wù)器教學(xué)云計算平臺建設(shè)方案的訪問流量進(jìn)行負(fù)荷分擔(dān)，又能保證其中一塊發(fā)生故障的時候，另外的網(wǎng)卡立刻接管全部負(fù)載，過程是無縫的，服務(wù)不會中斷?？煺請D示管理可靠性? 配置數(shù)據(jù)自動備份提供管理系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)自動備份機(jī)制，在系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)意外損壞或丟失時，可教學(xué)云計算平臺建設(shè)方案快速恢復(fù)備份的系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)，盡快恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。當(dāng)一個管理節(jié)點(diǎn)的軟件出現(xiàn)故障的時候，系統(tǒng)自動切換到備用節(jié)點(diǎn)，保證整個系統(tǒng)不間斷運(yùn)行。功能概述VMFabric 提供包括資源池搭建，虛擬機(jī)管理，應(yīng)用的部署，性能監(jiān)控與自調(diào)整，高可用，備份與恢復(fù)等等豐富的功能。 Client VMFabric Client 用于基礎(chǔ)架構(gòu)配置和日常操作。它是一個 Web應(yīng)用程序，在任何操作系統(tǒng)上都可以通過瀏覽器對它進(jìn)行訪問，只能連接到單個資源池，注重于虛擬機(jī)的部署和監(jiān)控，應(yīng)用的部署和監(jiān)控等功能，不涉及主機(jī)，資源池，網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)存儲方面的管理。這些功能主要包括創(chuàng)建資源池，將主機(jī)加入資源池，給資源池分配存儲資源等等。它將各臺主機(jī)中的資源統(tǒng)一在一起，使這些資源在整個資源池中的虛擬機(jī)之間共享。為資源池分配可共享的存儲資源是非常必要的，將虛擬機(jī)的存儲文件部署在可共享的存儲資源上，使得這些虛擬機(jī)擁有從一臺主機(jī)遷移到另一臺主機(jī)的能力，這也是動態(tài)部署的基礎(chǔ)。在主機(jī)的物理資源支持下，每個虛擬機(jī)都可提供與物理硬件相同功能的虛擬設(shè)備，且在可移植能力、可管理性和安全性方面更出色。如果環(huán)境中沒有任何虛擬機(jī)或者符合要求的虛擬機(jī)（如特定的操作系統(tǒng)或硬件配置） ，請創(chuàng)建單個虛擬機(jī)。模板是虛擬機(jī)的主副本，可用于創(chuàng)建虛擬機(jī)，如果有一個要經(jīng)?？寺〉奶摂M機(jī)，可以將該虛擬機(jī)設(shè)置成模板。如果要部署許多類似的虛擬機(jī)，可以通過克隆的方式以節(jié)省時間。p2v 是一種將操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序或者數(shù)據(jù)從計算機(jī)的物理硬盤中遷移到一個虛擬環(huán)境中或是磁盤分區(qū)中的技術(shù)。. 虛擬機(jī)的關(guān)閉虛擬機(jī)的關(guān)閉操作分為關(guān)閉和強(qiáng)制關(guān)閉兩種。. 虛擬機(jī)的刪除只有關(guān)閉的虛擬機(jī)才可刪除。 虛擬機(jī)的遷移是十分必要的。通常情況下來說在線遷移對用戶是透明的，用戶應(yīng)當(dāng)感覺不到虛擬機(jī)的遷移操作。具體策略將在第五章中進(jìn)行詳細(xì)介紹。下面將分監(jiān)控，分析和調(diào)整三部分來解釋VMFabric 的資源管理功能。虛擬機(jī)的虛擬 cpu 利用率。教學(xué)云計算平臺建設(shè)方案應(yīng)用名 虛擬機(jī)上部署的應(yīng)用組件，如 Java EE 服務(wù)器，mysql 數(shù)據(jù)庫，memory cache 等等。例如，磁盤衡量指標(biāo)組包括不同的數(shù)據(jù)計數(shù)器，用以收集磁盤讀取速度、磁盤寫入速度和磁盤使用情況的數(shù)據(jù)。c) 性能圖表類型VMFabric 使用線狀圖來顯示性能衡量指標(biāo)。d) 數(shù)據(jù)計數(shù)器VMFabric 使用數(shù)據(jù)計數(shù)器查詢統(tǒng)計信息。 千字節(jié) (KB) – 1024 字節(jié) 千字節(jié)/秒 (KBps) – 1024 字節(jié)每秒 千位 (kb) – 1000 位 千位/秒 (kbps) – 1000 位每秒 兆字節(jié) (MB) 兆字節(jié)/秒 (MBps) 兆位 (Mb)，兆位每秒 (Mbps) 兆赫茲 (MHz) 微秒 (μs) 毫秒 (ms)教學(xué)云計算平臺建設(shè)方案 數(shù)量 () 百分比 (%) 秒 (s)描述 數(shù)據(jù)計數(shù)器的文本描述匯總類型 在統(tǒng)計間隔內(nèi)匯總數(shù)據(jù)所用的計算方法。 最高 對最大值進(jìn)行匯總。在Client 中可以看到完整的監(jiān)控信息。具體對應(yīng)關(guān)系如下表。a) CPU 過載CPU 使用情況中的臨時高峰表示 CPU 資源的使用情況最佳。虛擬機(jī)的虛擬 cpu 綁定在一個非常忙碌的物理 cpu 上。虛擬機(jī)的內(nèi)存大小必須稍大于客戶機(jī)內(nèi)存平均使用情況。原因主機(jī)可能缺少滿足要求所需的內(nèi)存。解決方案如果內(nèi)存太大，則在虛擬機(jī)上減少內(nèi)存空間，并更正緩存大小。將物理內(nèi)存添加到主機(jī)。 如果物理磁盤大小不足以滿足虛擬機(jī)磁盤擴(kuò)容，則將虛擬機(jī)遷移到其他物理磁盤上。解決方案如果該實(shí)例是應(yīng)用服務(wù)器，則只需要根據(jù)同樣的模板快速創(chuàng)建一臺應(yīng)用服務(wù)器加入集群中。利用多臺服務(wù)器，組成一個資源池，統(tǒng)一進(jìn)行集中管理可以有效地解決這類問題。當(dāng)資源池的主節(jié)點(diǎn)失效時，資源池的連接會失效。VMFabric 提供多種虛擬機(jī)備份方式，主要包括本地備份及異地備份。VMFabric 可以對虛擬機(jī)執(zhí)行多個快照，以便按照線性過程創(chuàng)建還原位置。 作為測試軟件是否具有未知或潛在不利影響的短期解決方案，快照非常有用。b) 模板將虛擬機(jī)轉(zhuǎn)化為模板是另一種方便的備份方式。當(dāng)資源池的存儲設(shè)備被破壞時，整個資源池中的共享式虛擬機(jī)都變得不可用。分布式文件系統(tǒng)提供了高容錯性的特點(diǎn)，同一份文件有多個備份，具體內(nèi)容已經(jīng)在存儲虛擬化一節(jié)中有所介紹。這就是計算虛擬化。? 提高硬件和應(yīng)用程序的可用性，進(jìn)而提高業(yè)務(wù)連續(xù)性。同時，虛擬機(jī)的備份也與傳統(tǒng)方式不同，備份的速度與方便性都有很大提升。許多時候，數(shù)據(jù)中心物理服務(wù)器的使用率是偏低的，通過計算虛擬化技術(shù)，我們可以合并一些老舊、低使用率的物理服務(wù)器（使用 P2V 功能） ，將 OS 虛擬化之后集中到新的實(shí)體機(jī)器上，提高硬件資源使用率，也節(jié)省了成本。 計算虛擬化技術(shù)架構(gòu)（1） 基礎(chǔ)架構(gòu)VMFabric 計算虛擬化的底層架構(gòu)采用開源 的基礎(chǔ)架構(gòu)。Xen 支持兩種虛擬化方式：? 半虛擬化：子操作系統(tǒng)使用一個專門的 API 與 VMM 通信，VMM 則負(fù)責(zé)處理虛擬化請求，并將這些請求遞交到硬件上，由于有了這個特殊的API，VMM 不需要去做好為資源的指令翻譯工作。? 完全虛擬化：虛擬機(jī)與虛擬機(jī)監(jiān)控器（VMM）的部件進(jìn)行通信，而 VMM則與硬件平臺進(jìn)行通信，要在 Xen 中利用完全虛擬化方法，需要一個特殊的 CPU，此 CPU 能解釋虛擬操作系統(tǒng)發(fā)出的未修改的指令，如果沒有這樣的特殊 CPU 功能，是不可能在 Xen 中使用完全虛擬化的。如下圖。x86 架構(gòu)中，CPU 提供了 4 個特權(quán)級（0 環(huán)到 3 環(huán)）以及分段和分頁的內(nèi)存保護(hù)機(jī)制，但目前多數(shù)操作系統(tǒng)中均只使用到了 0 環(huán)和 3 環(huán)兩個特權(quán)級，對應(yīng)的存在兩種特權(quán)解除方式：0/1/3 模型（操作系統(tǒng)運(yùn)行在 1 環(huán)、VMM 運(yùn)行在 0 環(huán)、應(yīng)用程序運(yùn)行在 3 環(huán)）和 0/3 模型（操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序運(yùn)行在 3 環(huán)，VMM 運(yùn)行在 0 環(huán)） 。（2） 先進(jìn)的內(nèi)存虛擬化方式在半虛擬化模式下，Xen 的內(nèi)存虛擬化通過內(nèi)存分段保護(hù)機(jī)制，使得 Xen和 Guest OS 共存于同一個內(nèi)存地址空間中，簡化了 Xen 對 Domain 內(nèi)存的分配和管理工作，同時利用內(nèi)存分頁機(jī)制，Xen 可保證各 Domain 在內(nèi)存上的有效隔離。氣球驅(qū)動可作為驅(qū)動程序運(yùn)行在 Guest OS（即 Domain）中，Guest OS 通過該驅(qū)動與 Xen 通信。教學(xué)云計算平臺建設(shè)方案（3） 先來先服務(wù)（FCFS）的 IO 虛擬化方式在半虛擬化模式下，Xen 采用了分離設(shè)備驅(qū)動模型來實(shí)現(xiàn) I/O 的虛擬化。轉(zhuǎn)換之后，后端驅(qū)動將通過 Dom0（IDD）中 Guest OS 提供 I/O接口，間接地控制原生設(shè)備驅(qū)動完成提交的請求。每個 Domain 都有一個授權(quán)表，用以指明其內(nèi)部哪些頁面可以被哪些 Domain 所訪問。Xen 接收到請求 后，在活動授權(quán)表或 Guest OS 的授權(quán)表中確認(rèn)是否已授權(quán)特權(quán)域訪問該頁面，通過檢查后，表明該頁面可安全地進(jìn)行 DMA 操作。虛擬機(jī)使用虛擬磁盤來存儲其操作系統(tǒng)、程序文件，以及與其活動相關(guān)聯(lián)的其他數(shù)據(jù)。教。您可以配置具有多個虛擬磁盤的虛擬機(jī)。 存儲虛擬化 存儲虛擬化概述存儲虛擬化是指對存儲硬件資源進(jìn)行抽象化表現(xiàn)，通過將一個或多個存儲節(jié)點(diǎn)集成，統(tǒng)一管理，對外提供高效，安全，易于管理的存儲服務(wù)。當(dāng) DomU 中的 Guest OS 需要進(jìn)行 DMA 操作時，前端驅(qū)動會為對應(yīng)的數(shù)據(jù)頁面生成一個授權(quán)描述（Grant Reference, GR）并將授權(quán)描述和請求一起放入I/O 環(huán)。I/O 環(huán)實(shí)際上是 Xen 提供的一塊供 DomU 和 Dom0（IDD）訪問的共享內(nèi)存。前端驅(qū)動負(fù)責(zé)將 Guest OS 的 I/O 請求傳遞到 Dom0（ IDD）中的后端驅(qū)動，后端驅(qū)動對 I/O 請求解析并映射到物理設(shè)備，提交給相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動程序控制硬件完成 I/O 操作。如果 Xen的可用空余內(nèi)存過低，需要從某個 Domain 回收部分 占用的內(nèi)存，Xen 可向氣球驅(qū)動加壓使氣球膨脹，Guest OS 將回收頁面、釋放內(nèi)存以便給本地氣球分配足夠的內(nèi)存空間，然后氣球驅(qū)動將分配到的頁面?zhèn)鹘o Xen，Xen 將這些空閑內(nèi)存集中起來備用。通過修改 Guest OS 的內(nèi)核，Xen 可讓 Guest OS 也參與到內(nèi)存管理工作中來，Xen 可更多關(guān)注于內(nèi)存虛擬化中更重要的內(nèi)存隔離工作，同時也可讓硬件 MMU 在 Guest OS 的三層地址轉(zhuǎn)換中發(fā)揮作用。如下圖：硬件虛擬化教學(xué)云計算平臺建設(shè)方案面前 x86 架構(gòu)中通過引入新的指令和處理器運(yùn)行模式，使得 VMM 和 Guest OS 運(yùn)行在不同的模式下，Guest OS 只能在受控模式下運(yùn)行，而在需要 VMM 進(jìn)行監(jiān)控和模擬時由硬件支持模式的切換。具教學(xué)云計算平臺建設(shè)方案體特性如下：（1） 廣泛適應(yīng)的 CPU 虛擬化方半虛擬化（Paravirtualized）對 CPU 指令集不提供硬件支持的情況，Xen 只能采取半虛擬化的方案，通過修改 Guest OS 的內(nèi)核對有缺陷的指令進(jìn)行替換。缺點(diǎn)：因?yàn)樵?Xen 方法中不是每條虛擬操作系統(tǒng)發(fā)出的指令都可以被翻譯為每個 CPU 都能識別的格式，因?yàn)檫@非常耗資源。優(yōu)點(diǎn)：使用準(zhǔn)虛擬化 API 時，虛擬操作系統(tǒng)能夠發(fā)出更有效的指令，效教學(xué)云計算平臺建設(shè)方案率更高。Xen 的 VMM (XenHypervisor) 位于操作系統(tǒng)和硬件之間,負(fù)責(zé)為上層運(yùn)行的操作系統(tǒng)內(nèi)核提供虛擬化的硬件資源，負(fù)責(zé)管理和分配這些資源，并確保上層虛擬機(jī)（稱為域）之間的相互隔離。由于計算資源通過虛擬化后分配給不同的虛擬機(jī)，而虛擬機(jī)之間為并行的架構(gòu)，如同“黑夜中行進(jìn)的船只”教學(xué)云計算平臺建設(shè)方案，他們彼此之間相互獨(dú)立就如同它們在各自的服務(wù)器上運(yùn)行一樣，這樣的隔離性有效的保障了系統(tǒng)的安全。要快速產(chǎn)生一臺或多臺合乎標(biāo)準(zhǔn)的虛擬機(jī)是非常容易的，這省下了采購硬件的流程、安裝軟件時間、后續(xù)硬件維護(hù)等多道麻煩手續(xù)，非常快速與方便地用于開發(fā)、測試、維運(yùn)等環(huán)境上面。我們不需要關(guān)心硬件服務(wù)器的廠牌、芯片組、處理器頻率、驅(qū)動程序等問題。 “解耦”的過程，即是降低物理資源之間的耦合性和依賴性，通過計算虛擬化，物理資源不再耦合、依賴于原本的物理服務(wù)器，而是可以重新管理分配。 教學(xué)云計算平臺建設(shè)方案第五章. VMFabric 虛擬化實(shí)現(xiàn)計算虛擬化 計算虛擬化概述將靜態(tài)的物理資源抽象成動態(tài)的虛擬邏輯資源，能夠動態(tài)的管理和分配這些邏輯資源，實(shí)現(xiàn)在一臺服務(wù)器上虛擬出幾臺甚至上百臺互相隔離的虛擬機(jī)。為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，VMFabric 提供了異地備份的功能。VMFabric Client 和 VMFabric Web Client 都提供了將關(guān)閉狀態(tài)的虛擬機(jī)轉(zhuǎn)化成模板的接口。使用快照可確保每次安裝從相同基準(zhǔn)開始?？煺湛蓪蝹€虛擬機(jī)生成。. 本地備份本地備份一般用