【文章內(nèi)容簡介】 提高資源利用率：通過云計(jì)算平臺，實(shí)現(xiàn)全校范圍內(nèi)的信息資源共享，為用戶提供交互更加簡便、內(nèi)容更加豐富、形式更加多樣的信息資源，提高信息的利用率。專業(yè)化的安全管理：通過云計(jì)算的實(shí)現(xiàn)，由云計(jì)算的專業(yè)信息技術(shù)人員負(fù)責(zé)云計(jì)算上資源的分配、負(fù)載的均衡、軟件的部署、安全的控制等，統(tǒng)一安全標(biāo)準(zhǔn)、提高管理的專業(yè)化水平，并提供可靠的異地容災(zāi)備份。 建設(shè)內(nèi)容：面向教學(xué)資源的云計(jì)算平臺采用集中管理、統(tǒng)一部署的方式，對所有系所、中心、教研室的教學(xué)資源進(jìn)行統(tǒng)一整合，利用虛擬化技術(shù)集中管理，所有資源采用動態(tài)資源池負(fù)載均衡技術(shù)，不再作為一個獨(dú)立的計(jì)算資源工作，而是被管理平臺統(tǒng)一調(diào)度進(jìn)行資源再分配，實(shí)現(xiàn)集中統(tǒng)一管理，彈性資源分配，提高極限處理能力，提供海量計(jì)算能力，并在此基礎(chǔ)上為數(shù)字化校園、數(shù)字圖書館、虛擬桌面管理、跨中心虛擬化管理以及異地災(zāi)備中心管理等應(yīng)用提供基礎(chǔ)支撐平臺，從而達(dá)到提高資源利用率、降低系統(tǒng)建設(shè)及維護(hù)成本、加強(qiáng)系統(tǒng)安全性教學(xué)云計(jì)算平臺建設(shè)方案等方面的目的。系統(tǒng)建設(shè)計(jì)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。 本期內(nèi)容本期建設(shè)依托學(xué)院校園網(wǎng)，為數(shù)字化校園和數(shù)字圖書館的應(yīng)用提供運(yùn)行和支撐的基礎(chǔ)環(huán)境。平臺管理和使用部門采用教育資源云的計(jì)算資源配置方式，集中所有院系的信息資源實(shí)現(xiàn)虛擬化統(tǒng)一管理，構(gòu)建包括所有的數(shù)據(jù)操作和計(jì)算的共享數(shù)據(jù)中心，構(gòu)建綜合教學(xué)管理的數(shù)字化環(huán)境，科學(xué)統(tǒng)一地配置教學(xué)資源，提高教師、教室、實(shí)驗(yàn)室等教學(xué)資源的利用率；平臺管理和使用部門在數(shù)據(jù)中心對系統(tǒng)和應(yīng)用進(jìn)行統(tǒng)一配置和管理，通過構(gòu)建先進(jìn)實(shí)用的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，整合、豐富數(shù)字化教學(xué)資源，創(chuàng)造主動式、協(xié)同式、研究式的數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境。 后期內(nèi)容后期建設(shè)計(jì)劃將面向教學(xué)資源的云計(jì)算平臺擴(kuò)展延伸到各級桌面和各系所、中心和教研室，為虛擬桌面、跨中心虛擬化管理和異地災(zāi)備中心管理的應(yīng)用提供支撐和運(yùn)行環(huán)境，平臺管理和使用部門通過整合全院的教學(xué)資源，對各系所、各中心和各教研室的服務(wù)、應(yīng)用、數(shù)據(jù)提供統(tǒng)一的虛擬化整合和調(diào)度，對跨系、跨中心間的資源、應(yīng)用、存儲實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，將用戶所處理的數(shù)據(jù)保存在云計(jì)算數(shù)據(jù)處理中心的存儲設(shè)備中，所需的應(yīng)用程序運(yùn)行在云計(jì)算數(shù)據(jù)處理中心大規(guī)模的服務(wù)器集群中，實(shí)現(xiàn)云計(jì)算平臺向桌面和各系所、中心的延伸。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(jì)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(shí)間和更新的系統(tǒng)恢復(fù)數(shù)據(jù)。教學(xué)云計(jì)算平臺建設(shè)方案第三章. 虛擬化設(shè)計(jì)方案本項(xiàng)目方案描述本項(xiàng)目采用自主研發(fā)的服務(wù)器端虛擬化技術(shù)，將教學(xué)應(yīng)用部署到虛擬機(jī)上，達(dá)到提高資源利用率和一體化/自動化運(yùn)維的目標(biāo)。本項(xiàng)目方案架構(gòu)圖如下所示：計(jì) 算 節(jié) 點(diǎn) 虛 擬 化 計(jì) 算 節(jié) 點(diǎn) 虛 擬 化存 儲 虛 擬 化網(wǎng) 絡(luò) 虛 擬 化網(wǎng) 絡(luò) 虛 擬 化本項(xiàng)目方案主要有以下幾方面考慮： 虛擬化計(jì)算資源池設(shè)計(jì)：根據(jù)本項(xiàng)目的需求，為了計(jì)算服務(wù)器和虛擬資源的集中管理，安裝 ONCE的虛擬化軟件 Compute，將服務(wù)器池化。池化后服務(wù)器分別組成集群，運(yùn)行虛擬機(jī)便于管理、監(jiān)控，也提高了系統(tǒng)的可靠性，平滑擴(kuò)容性。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(shí)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。? 易實(shí)現(xiàn)物理設(shè)備、虛擬設(shè)備、應(yīng)用系統(tǒng)的集中監(jiān)控、管理維護(hù)自動化與教學(xué)云計(jì)算平臺建設(shè)方案動態(tài)化。? 便于業(yè)務(wù)的快速發(fā)放, 縮短業(yè)務(wù)上線周期，高度靈活性與可擴(kuò)充性、提高管理維護(hù)效率。? 利用云計(jì)算技術(shù)可自動化并簡化資源調(diào)配，實(shí)現(xiàn)分布式動態(tài)資源優(yōu)化，智能地根據(jù)應(yīng)用負(fù)載進(jìn)行資源的彈性伸縮，從而大大提升系統(tǒng)的運(yùn)作效率，使 IT 資源與業(yè)務(wù)優(yōu)先事務(wù)能夠更好地協(xié)調(diào)。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。應(yīng)用虛擬化就是把原先部署在物理機(jī)上應(yīng)用軟件遷移到虛擬機(jī)上部署。根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的資源訴求，規(guī)劃好虛擬機(jī)的系統(tǒng)配置：包括邏輯 CPU 的個數(shù)、內(nèi)存的大小、硬盤空間的大小、網(wǎng)卡的數(shù)量等。通過交互式安裝或者模板化安裝方式把業(yè)務(wù)系統(tǒng)部署到虛擬化服務(wù)器上。教學(xué)業(yè)務(wù)系統(tǒng)虛擬化前后的關(guān)系如下圖所示。物理服務(wù)器V M V MV M物理服務(wù)器物理服務(wù)器物理服務(wù)器基于虛擬化的優(yōu)勢，可以幫助客戶：? 實(shí)現(xiàn)服務(wù)器虛擬化，硬件資源的利用率得到大幅度提升，CPU的利用率從教學(xué)云計(jì)算平臺建設(shè)方案原來的不足10%提升到60%～80%，硬件采購成本大幅降低，同時(shí)節(jié)省了設(shè)備能耗； ? 提供虛擬化熱遷移、資源資源熱插拔等特性，減少系統(tǒng)計(jì)劃內(nèi)宕機(jī)時(shí)間，同時(shí)實(shí)現(xiàn)零宕機(jī)硬件維護(hù)和升級，確保業(yè)務(wù)連續(xù)性；? 提供虛擬機(jī)快照備份和恢復(fù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障切換，減少系統(tǒng)計(jì)劃外宕機(jī)時(shí)間；? 提供一鍵式部署，簡化業(yè)務(wù)部署，實(shí)現(xiàn)快速業(yè)務(wù)上線，提升業(yè)務(wù)敏捷度。 網(wǎng)絡(luò)總體方案G r o u p BG r o u p CG r o u p A物理服務(wù)器V M V MV M物理服務(wù)器V M V MV M交 換 機(jī)交 換 機(jī)網(wǎng)絡(luò)總體方案采用物理機(jī)網(wǎng)絡(luò)和虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)隔離、虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬化的方案：即：? 物理服務(wù)器至少包括兩塊物理網(wǎng)卡，一塊給物理機(jī)使用，用于學(xué)校計(jì)算中心管理員使用，采用內(nèi)網(wǎng)IP；其它所有物理網(wǎng)卡虛擬化成交換機(jī)，為虛擬機(jī)的虛擬IP（外網(wǎng)IP）提供網(wǎng)絡(luò)載體，這些物理網(wǎng)卡被虛擬化成交換機(jī)后，只會做IP包轉(zhuǎn)發(fā)，不做IP包駐留，從而保障了物理網(wǎng)絡(luò)的安全性。? 所有的虛擬機(jī)通過虛擬機(jī)交換機(jī)進(jìn)行通信，為了應(yīng)對VM分組的需求（即即使同一網(wǎng)段的IP，不同分組之間的虛擬機(jī)不能互相通信） ，虛擬交換機(jī)支持虛擬vlan的功能。 虛擬化存儲資源池設(shè)計(jì)：存儲方案采用 Storage 分布式存儲系統(tǒng)。Storage 是一種基于文件系統(tǒng)的存儲方案，該方案是以 VM 使用的硬盤大小，而不是聲明的硬盤大小進(jìn)行空間分教學(xué)云計(jì)算平臺建設(shè)方案配，大大提高了存儲空間的利用率。Storage 分布式存儲軟件具有如下優(yōu)點(diǎn)：? 平滑擴(kuò)容、超大容量：分布式系統(tǒng)，無集中式機(jī)頭瓶頸，容量幾乎不受限制? 水平擴(kuò)容：分布式機(jī)頭(每服務(wù)器相當(dāng)于一個機(jī)頭)，可水平擴(kuò)容 ? 非煙囪式擴(kuò)展：存儲與計(jì)算同步平滑擴(kuò)展。? 即插即用式擴(kuò)容：擴(kuò)容后系統(tǒng)自動調(diào)整負(fù)載平衡，真正實(shí)現(xiàn)平滑擴(kuò)容。? 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)。? 零性能管理的成本：自動負(fù)載均衡，支持故障恢復(fù)? 數(shù)據(jù)重建快：并行重建速快? 數(shù)據(jù)分布可以跨服務(wù)器或跨機(jī)柜，不會因某個服務(wù)器、機(jī)柜故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)不可訪問。 高可靠性方案云平臺通過在系統(tǒng)的各個層面采用相應(yīng)的可靠性技術(shù)來保障業(yè)務(wù)提供的可用性，具體來說，包括： 服務(wù)器可靠性設(shè)計(jì)服務(wù)器可靠性包括內(nèi)存、硬盤、電源等多個層面的內(nèi)容。? 支持硬盤RAID功能。? 支持電源1+1冗余和熱插拔。? 多臺服務(wù)器組成計(jì)算資源池，支持虛擬機(jī)的熱遷移、HA功能。 存儲可靠性設(shè)計(jì)? 存儲多路徑每個計(jì)算節(jié)點(diǎn)與存儲集群之間，至少配置兩個完全冗余的路徑，從而提供存儲的多路徑訪問功能。多條路徑間的故障切換由軟件自動提供，從而避免單點(diǎn)故障帶來的存儲訪問問題。? 存儲冷遷移教學(xué)云計(jì)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。? 存儲熱遷移在虛擬機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，通過管理員手動操作，將虛擬機(jī)的卷遷移至其他存儲單元中，可以在 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。 網(wǎng)絡(luò)可靠性設(shè)計(jì)? 網(wǎng)絡(luò)路徑全冗余核心層交換設(shè)備通過使用交換機(jī)集群技術(shù)，保證對外與防火墻/NAT 和對內(nèi)匯聚交換機(jī)連接的冗余。匯聚層交換設(shè)備通過使用交換機(jī)集群技術(shù)，保證對外與核心層交換設(shè)備和數(shù)據(jù)中心內(nèi)接入層交換機(jī)連接的冗余。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。虛擬網(wǎng)絡(luò)層通過采用多網(wǎng)卡綁定等技術(shù)避免單個網(wǎng)卡故障引發(fā)的業(yè)務(wù)中斷。? 網(wǎng)絡(luò)分平面通信系統(tǒng)通信平面劃分為業(yè)務(wù)平面、存儲平面和管理平面。為了保證各種網(wǎng)絡(luò)平面數(shù)據(jù)的可靠性，不同平面間采用 VLAN 等技術(shù)進(jìn)行隔離，單個平面故障不影響其余兩個平面的正常工作。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。存儲平面：主要為存儲提供通信平面，并為虛擬機(jī)提供存儲資源，但不直接與虛擬機(jī)通信，而通過虛擬化平臺轉(zhuǎn)換。管理平面：負(fù)責(zé)整個云計(jì)算系統(tǒng)的管理、業(yè)務(wù)部署、系統(tǒng)加載等流量的通信。? 網(wǎng)卡負(fù)荷分擔(dān)對于各通信平面（業(yè)務(wù)、存儲、管理）均采用雙網(wǎng)卡，雙網(wǎng)卡采用了 Bonding模式，兩網(wǎng)卡被綁定成邏輯上的“一塊網(wǎng)卡” 后，同步一起工作。既能對服務(wù)器教學(xué)云計(jì)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(shí)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。 虛擬化可靠性? 虛擬機(jī)熱遷移提供虛擬機(jī)的自動遷移和手動遷移方案，當(dāng)前計(jì)算節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障或者計(jì)算節(jié)點(diǎn)負(fù)載過高時(shí)，可以把虛擬機(jī)遷移到正常的計(jì)算節(jié)點(diǎn)或者負(fù)載相對較低的計(jì)算節(jié)點(diǎn)上，保證虛擬機(jī)的正常運(yùn)行。? 虛擬機(jī)HA虛擬機(jī)高可用性（HA）是虛擬機(jī)的一個特性，當(dāng)虛擬機(jī)所在的物理服務(wù)器故障（如宕機(jī)、掉電等）或重啟后，虛擬機(jī)可以自動在其他物理服務(wù)器上運(yùn)行，保證虛擬機(jī)能夠快速恢復(fù)，它可以保護(hù)用戶的業(yè)務(wù)程序?qū)ν馓峁┎婚g斷的服務(wù)，把因軟件/硬件/人為造成的故障對業(yè)務(wù)的影響降低到最小程度。? 快照系統(tǒng)提供虛擬機(jī)、卷快照功能，系統(tǒng)正常狀態(tài)下，可以觸發(fā)一個系統(tǒng)快照，用于在系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時(shí)候還原系統(tǒng)?？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(shí)，可教學(xué)云計(jì)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。? 計(jì)算和存儲集群分離通過采用計(jì)算集群和存儲集群相分離的架構(gòu)，提升系統(tǒng)的可靠性。計(jì)算集群完成虛擬機(jī)的按需分配以及集群內(nèi)的熱遷移，存儲集群完成虛擬機(jī)的系統(tǒng)卷和用戶卷的按需分配以及跨磁盤的存放。? 管理節(jié)點(diǎn)HA管理軟件均采用 1+1 備份或負(fù)載均衡的方式運(yùn)行。當(dāng)一個管理節(jié)點(diǎn)的軟件出現(xiàn)故障的時(shí)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。教學(xué)云計(jì)算平臺建設(shè)方案第四章. 平臺的管理與維護(hù)VMFabric 提供了豐富的平臺的管理與維護(hù)功能，以及方便的管理與維護(hù)接口。功能包括資源池搭建，虛擬機(jī)管理，應(yīng)用的部署，資源監(jiān)控與自調(diào)整，高可用，備份與恢復(fù)等等。在接口上，用戶可以通過 VMFabric Client、VMFabric Web Client 的 Web 瀏覽器、命令行界面訪問 VMFabric 數(shù)據(jù)中心。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。這些功能通過 VMFabric Client和 VMFabric Web Client 來向用戶提供。主要功能描述如下：? 資源池搭建：用主機(jī)搭建資源池，為資源池掛載存儲設(shè)備；? 虛擬機(jī)管理：主要包括虛擬機(jī)的生命周期管理，創(chuàng)建，開啟，關(guān)閉，掛起，喚醒，遷移，刪除等；? 應(yīng)用的部署：將應(yīng)用部署在虛擬機(jī)上；? 資源監(jiān)控與自調(diào)整：包括主機(jī)，虛擬機(jī)的性能監(jiān)控，當(dāng)性能發(fā)生異常時(shí)，能夠及時(shí)給出提醒，并盡最大所能自動調(diào)整底層資源分配來適應(yīng)上層需求；? 高可用：當(dāng)資源池中某臺或某幾臺主機(jī)失效時(shí)，能盡力調(diào)整不影響虛擬機(jī)上應(yīng)用的正常使用和管理平臺的正常使用；? 備份與恢復(fù)：提供多種備份方式，主要包括本地備份及異地備份，如下：? 本地備份：用快照的方式快速記錄虛擬機(jī)當(dāng)前的狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)可以恢復(fù)到上一個正常狀態(tài)；? 異地備份：主要用于跨多個數(shù)據(jù)中心的情況，可以將虛擬機(jī)整體備份到另一個數(shù)據(jù)中心，當(dāng)本地?cái)?shù)據(jù)中心發(fā)生異常時(shí)可以遠(yuǎn)程恢復(fù)； 訪問接口VMFabric 為用戶提供 VMFabric Client、VMFabric Web Client 的 Web 教學(xué)云計(jì)算平臺建設(shè)方案瀏覽器、命令行界面三種方式來訪問 VMFabric 數(shù)據(jù)中心。VMFabric Client用于基礎(chǔ)架構(gòu)配置和日常操作，VMFabric Web Client 用于日常操作和應(yīng)用的部署及管理。 Client VMFabric Client 用于基礎(chǔ)架構(gòu)配置和日常操作。它是一個本地的應(yīng)用程序，可以運(yùn)行在 windows 或 linux 操作系統(tǒng)之上，可以連接到多個資源池或主機(jī)，他提供幾乎所有底層相關(guān)的管理功能。主要提供給系統(tǒng)管理員使用。 Web ClientVMFabric Web Client 用于日常操作和應(yīng)用的部署及管理。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?？梢蕴峁┙o系統(tǒng)管理員及用戶使用。 遠(yuǎn)程桌面及命令行界面遠(yuǎn)程桌面或命令行界面嵌入在 VMFabric Client 和 VMFabric Web Client中，