【文章內容簡介】 提高資源利用率：通過云計算平臺，實現全校范圍內的信息資源共享，為用戶提供交互更加簡便、內容更加豐富、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：通過云計算的實現，由云計算的專業(yè)信息技術人員負責云計算上資源的分配、負載的均衡、軟件的部署、安全的控制等，統(tǒng)一安全標準、提高管理的專業(yè)化水平，并提供可靠的異地容災備份。 建設內容：面向教學資源的云計算平臺采用集中管理、統(tǒng)一部署的方式，對所有系所、中心、教研室的教學資源進行統(tǒng)一整合，利用虛擬化技術集中管理，所有資源采用動態(tài)資源池負載均衡技術，不再作為一個獨立的計算資源工作，而是被管理平臺統(tǒng)一調度進行資源再分配，實現集中統(tǒng)一管理，彈性資源分配，提高極限處理能力，提供海量計算能力，并在此基礎上為數字化校園、數字圖書館、虛擬桌面管理、跨中心虛擬化管理以及異地災備中心管理等應用提供基礎支撐平臺，從而達到提高資源利用率、降低系統(tǒng)建設及維護成本、加強系統(tǒng)安全性教學云計算平臺建設方案等方面的目的。系統(tǒng)建設計劃分為本期和后期兩期目標來實現，分別建設以下內容。 本期內容本期建設依托學院校園網，為數字化校園和數字圖書館的應用提供運行和支撐的基礎環(huán)境。平臺管理和使用部門采用教育資源云的計算資源配置方式，集中所有院系的信息資源實現虛擬化統(tǒng)一管理，構建包括所有的數據操作和計算的共享數據中心，構建綜合教學管理的數字化環(huán)境，科學統(tǒng)一地配置教學資源，提高教師、教室、實驗室等教學資源的利用率；平臺管理和使用部門在數據中心對系統(tǒng)和應用進行統(tǒng)一配置和管理，通過構建先進實用的網絡教學平臺，整合、豐富數字化教學資源，創(chuàng)造主動式、協同式、研究式的數字化學習環(huán)境。 后期內容后期建設計劃將面向教學資源的云計算平臺擴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備中心管理的應用提供支撐和運行環(huán)境，平臺管理和使用部門通過整合全院的教學資源，對各系所、各中心和各教研室的服務、應用、數據提供統(tǒng)一的虛擬化整合和調度，對跨系、跨中心間的資源、應用、存儲實現統(tǒng)一管理，將用戶所處理的數據保存在云計算數據處理中心的存儲設備中，所需的應用程序運行在云計算數據處理中心大規(guī)模的服務器集群中，實現云計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資源的基礎上，根據面向教學資源的云計算平臺提供的環(huán)境，建立單獨的遠程異地災備中心，提供比傳統(tǒng)災備更短的系統(tǒng)恢復時間和更新的系統(tǒng)恢復數據。教學云計算平臺建設方案第三章. 虛擬化設計方案本項目方案描述本項目采用自主研發(fā)的服務器端虛擬化技術，將教學應用部署到虛擬機上，達到提高資源利用率和一體化/自動化運維的目標。本項目方案架構圖如下所示：計 算 節(jié) 點 虛 擬 化 計 算 節(jié) 點 虛 擬 化存 儲 虛 擬 化網 絡 虛 擬 化網 絡 虛 擬 化本項目方案主要有以下幾方面考慮： 虛擬化計算資源池設計：根據本項目的需求，為了計算服務器和虛擬資源的集中管理，安裝 ONCE的虛擬化軟件 Compute，將服務器池化。池化后服務器分別組成集群，運行虛擬機便于管理、監(jiān)控，也提高了系統(tǒng)的可靠性，平滑擴容性。虛擬化資源池具有以下優(yōu)勢：? 通過云平臺HA、熱遷移功能，能夠有效減少設備故障時間，確保核心業(yè)務的連續(xù)性，避免傳統(tǒng)IT，單點故障導致的業(yè)務不可用。? 易實現物理設備、虛擬設備、應用系統(tǒng)的集中監(jiān)控、管理維護自動化與教學云計算平臺建設方案動態(tài)化。? 便于業(yè)務的快速發(fā)放, 縮短業(yè)務上線周期，高度靈活性與可擴充性、提高管理維護效率。? 利用云計算技術可自動化并簡化資源調配，實現分布式動態(tài)資源優(yōu)化，智能地根據應用負載進行資源的彈性伸縮，從而大大提升系統(tǒng)的運作效率，使 IT 資源與業(yè)務優(yōu)先事務能夠更好地協調。通過虛擬化技術把服務器物理資源抽象成邏輯資源，可以讓一臺服務器變成幾臺到幾十臺相互隔離的虛擬服務器，讓 CPU、內存、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，實現服務器整合，讓 IT 對業(yè)務的變化更具適應力。應用虛擬化就是把原先部署在物理機上應用軟件遷移到虛擬機上部署。根據業(yè)務系統(tǒng)的資源訴求，規(guī)劃好虛擬機的系統(tǒng)配置：包括邏輯 CPU 的個數、內存的大小、硬盤空間的大小、網卡的數量等。通過交互式安裝或者模板化安裝方式把業(yè)務系統(tǒng)部署到虛擬化服務器上。教學業(yè)務系統(tǒng)虛擬化前后的關系如下圖所示。物理服務器V M V MV M物理服務器物理服務器物理服務器基于虛擬化的優(yōu)勢，可以幫助客戶：? 實現服務器虛擬化，硬件資源的利用率得到大幅度提升，CPU的利用率從教學云計算平臺建設方案原來的不足10%提升到60%～80%，硬件采購成本大幅降低，同時節(jié)省了設備能耗； ? 提供虛擬化熱遷移、資源資源熱插拔等特性，減少系統(tǒng)計劃內宕機時間，同時實現零宕機硬件維護和升級，確保業(yè)務連續(xù)性；? 提供虛擬機快照備份和恢復技術，實現系統(tǒng)故障切換，減少系統(tǒng)計劃外宕機時間；? 提供一鍵式部署，簡化業(yè)務部署，實現快速業(yè)務上線，提升業(yè)務敏捷度。 網絡總體方案G r o u p BG r o u p CG r o u p A物理服務器V M V MV M物理服務器V M V MV M交 換 機交 換 機網絡總體方案采用物理機網絡和虛擬機網絡隔離、虛擬機網絡虛擬化的方案：即：? 物理服務器至少包括兩塊物理網卡，一塊給物理機使用，用于學校計算中心管理員使用，采用內網IP；其它所有物理網卡虛擬化成交換機，為虛擬機的虛擬IP（外網IP）提供網絡載體，這些物理網卡被虛擬化成交換機后，只會做IP包轉發(fā)，不做IP包駐留，從而保障了物理網絡的安全性。? 所有的虛擬機通過虛擬機交換機進行通信，為了應對VM分組的需求（即即使同一網段的IP，不同分組之間的虛擬機不能互相通信） ，虛擬交換機支持虛擬vlan的功能。 虛擬化存儲資源池設計：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行空間分教學云計算平臺建設方案配，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：? 平滑擴容、超大容量：分布式系統(tǒng)，無集中式機頭瓶頸，容量幾乎不受限制? 水平擴容：分布式機頭(每服務器相當于一個機頭)，可水平擴容 ? 非煙囪式擴展：存儲與計算同步平滑擴展。? 即插即用式擴容：擴容后系統(tǒng)自動調整負載平衡，真正實現平滑擴容。? 管理簡單：結構簡單帶來管理簡單? 免于底層配置管理：Storage與管理控制端集成，僅需要做應用層面的管理，免去大量底層配置管理事務。? 零性能管理的成本：自動負載均衡，支持故障恢復? 數據重建快：并行重建速快? 數據分布可以跨服務器或跨機柜，不會因某個服務器、機柜故障導致數據不可訪問。 高可靠性方案云平臺通過在系統(tǒng)的各個層面采用相應的可靠性技術來保障業(yè)務提供的可用性，具體來說，包括： 服務器可靠性設計服務器可靠性包括內存、硬盤、電源等多個層面的內容。? 支持硬盤RAID功能。? 支持電源1+1冗余和熱插拔。? 多臺服務器組成計算資源池，支持虛擬機的熱遷移、HA功能。 存儲可靠性設計? 存儲多路徑每個計算節(jié)點與存儲集群之間，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，從而避免單點故障帶來的存儲訪問問題。? 存儲冷遷移教學云計算平臺建設方案在虛擬機關機情況下，通過管理員手動操作，將虛擬機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備內，不同存儲設備間，塊設備和存儲虛擬化之間進行遷移。? 存儲熱遷移在虛擬機正常運行時，通過管理員手動操作，將虛擬機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備內、不同存儲設備間，塊設備和存儲虛擬化之間進行遷移。 網絡可靠性設計? 網絡路徑全冗余核心層交換設備通過使用交換機集群技術，保證對外與防火墻/NAT 和對內匯聚交換機連接的冗余。匯聚層交換設備通過使用交換機集群技術，保證對外與核心層交換設備和數據中心內接入層交換機連接的冗余。接入交換機通過使用交換機堆疊技術，保證對外與匯聚層交換設備和對內虛擬網絡層連接的冗余。虛擬網絡層通過采用多網卡綁定等技術避免單個網卡故障引發(fā)的業(yè)務中斷。? 網絡分平面通信系統(tǒng)通信平面劃分為業(yè)務平面、存儲平面和管理平面。為了保證各種網絡平面數據的可靠性，不同平面間采用 VLAN 等技術進行隔離，單個平面故障不影響其余兩個平面的正常工作。業(yè)務平面：主要為虛擬機虛擬網卡的通信平面，對外提供業(yè)務應用。存儲平面：主要為存儲提供通信平面，并為虛擬機提供存儲資源，但不直接與虛擬機通信，而通過虛擬化平臺轉換。管理平面：負責整個云計算系統(tǒng)的管理、業(yè)務部署、系統(tǒng)加載等流量的通信。? 網卡負荷分擔對于各通信平面（業(yè)務、存儲、管理）均采用雙網卡，雙網卡采用了 Bonding模式，兩網卡被綁定成邏輯上的“一塊網卡” 后，同步一起工作。既能對服務器教學云計算平臺建設方案的訪問流量進行負荷分擔，又能保證其中一塊發(fā)生故障的時候，另外的網卡立刻接管全部負載，過程是無縫的，服務不會中斷。 虛擬化可靠性? 虛擬機熱遷移提供虛擬機的自動遷移和手動遷移方案，當前計算節(jié)點出現故障或者計算節(jié)點負載過高時，可以把虛擬機遷移到正常的計算節(jié)點或者負載相對較低的計算節(jié)點上，保證虛擬機的正常運行。? 虛擬機HA虛擬機高可用性（HA）是虛擬機的一個特性，當虛擬機所在的物理服務器故障（如宕機、掉電等）或重啟后，虛擬機可以自動在其他物理服務器上運行，保證虛擬機能夠快速恢復，它可以保護用戶的業(yè)務程序對外提供不間斷的服務，把因軟件/硬件/人為造成的故障對業(yè)務的影響降低到最小程度。? 快照系統(tǒng)提供虛擬機、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)出現故障的時候還原系統(tǒng)?？煺請D示管理可靠性? 配置數據自動備份提供管理系統(tǒng)配置數據自動備份機制，在系統(tǒng)配置數據意外損壞或丟失時，可教學云計算平臺建設方案快速恢復備份的系統(tǒng)配置數據，盡快恢復系統(tǒng)的正常運行。? 計算和存儲集群分離通過采用計算集群和存儲集群相分離的架構，提升系統(tǒng)的可靠性。計算集群完成虛擬機的按需分配以及集群內的熱遷移，存儲集群完成虛擬機的系統(tǒng)卷和用戶卷的按需分配以及跨磁盤的存放。? 管理節(jié)點HA管理軟件均采用 1+1 備份或負載均衡的方式運行。當一個管理節(jié)點的軟件出現故障的時候，系統(tǒng)自動切換到備用節(jié)點，保證整個系統(tǒng)不間斷運行。教學云計算平臺建設方案第四章. 平臺的管理與維護VMFabric 提供了豐富的平臺的管理與維護功能，以及方便的管理與維護接口。功能包括資源池搭建，虛擬機管理，應用的部署，資源監(jiān)控與自調整，高可用，備份與恢復等等。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 數據中心。功能概述VMFabric 提供包括資源池搭建，虛擬機管理，應用的部署，性能監(jiān)控與自調整，高可用，備份與恢復等等豐富的功能。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：用主機搭建資源池，為資源池掛載存儲設備；? 虛擬機管理：主要包括虛擬機的生命周期管理，創(chuàng)建，開啟，關閉，掛起，喚醒，遷移，刪除等；? 應用的部署：將應用部署在虛擬機上；? 資源監(jiān)控與自調整：包括主機，虛擬機的性能監(jiān)控，當性能發(fā)生異常時，能夠及時給出提醒，并盡最大所能自動調整底層資源分配來適應上層需求；? 高可用：當資源池中某臺或某幾臺主機失效時，能盡力調整不影響虛擬機上應用的正常使用和管理平臺的正常使用；? 備份與恢復：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當前的狀態(tài)，當發(fā)生異常時可以恢復到上一個正常狀態(tài)；? 異地備份：主要用于跨多個數據中心的情況，可以將虛擬機整體備份到另一個數據中心，當本地數據中心發(fā)生異常時可以遠程恢復； 訪問接口VMFabric 為用戶提供 VMFabric Client、VMFabric Web Client 的 Web 教學云計算平臺建設方案瀏覽器、命令行界面三種方式來訪問 VMFabric 數據中心。VMFabric Client用于基礎架構配置和日常操作，VMFabric Web Client 用于日常操作和應用的部署及管理。 Client VMFabric Client 用于基礎架構配置和日常操作。它是一個本地的應用程序，可以運行在 windows 或 linux 操作系統(tǒng)之上，可以連接到多個資源池或主機，他提供幾乎所有底層相關的管理功能。主要提供給系統(tǒng)管理員使用。 Web ClientVMFabric Web Client 用于日常操作和應用的部署及管理。它是一個 Web應用程序，在任何操作系統(tǒng)上都可以通過瀏覽器對它進行訪問，只能連接到單個資源池，注重于虛擬機的部署和監(jiān)控，應用的部署和監(jiān)控等功能，不涉及主機，資源池，網絡，數據存儲方面的管理。可以提供給系統(tǒng)管理員及用戶使用。 遠程桌面及命令行界面遠程桌面或命令行界面嵌入在 VMFabric Client 和 VMFabric Web Client中，