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虚拟化技术在试验教学平台中的应用
摘要：软件工程专业具有工程性，这就要求其教学上有大量的上机实验，上机实验需要有上机环境，传统购置批量的PC机，在PC 机上部署实验环境，这种方式存在反复部署实验环境，因为实验内容不同需要的环境就不一样，而且需要维护大量的PC机等缺陷，本文基于以上问题提出了虚拟化技术在实验教学中的应用，本文分析与研究了虚拟化技术，根据其自身具有的特点，实施了一种基于虚拟化技术(Hyper-v)的部署方案。
研究了该平台下快捷部署虚拟机的技术以及实现其高可用性、负载均衡等特性。
并使其应用在实验教学中，为实验教学提供了便利与保障。
关键词：虚拟化高可用虚拟服务器虚拟机
0 引言
随着计算机和互联网技术的不断发展及应用的深入，高校的软件工程专业的培养也在不断的提高。
目前软件工程专业的特点就是工程化，这就要求学生在掌握专业知识的同时要有做工程的实验环境；而目前高校的实验环境多数是以理论实验课为基础，这样搭建的实验环境仅仅满足理论课程的实验环境，却不能满足学生做大工程的开发和实验环境。
同时，针对理论课实验环境的搭建也存在反复部署、实验不及时等缺陷[1]；针对目前高校软件工程实验室存在的问题，本文
提出了基于虚拟化的实验教学平台，研究了其平台的核心部分，研究了虚拟化技术并保证了实验教学平台的高性能与高可用，使该平台在实际教学应用中资源最大化，同时也推动了虚拟化技术的快速发展[2]。
1 虚拟化技术
虚拟化技术就是指把一个物理单元虚拟成多个逻辑单元，供多个应用一起使用。
这样做的主要目的是为了提高资源的使用效率并方便管理各种资源。
同时为我们实验教学需要的不同的操作系统提供了透明，即不同的操作系统都可以运行在其虚拟机中。
1.1 虚拟化架构
虚拟化技术包括内存虚拟化、存储虚拟化、硬件虚拟化、软件虚拟化等各项技术，本文主要应用了服务器虚拟化，服务器虚拟化将系统虚拟化技术应用于服务器上，将一个服务器虚拟成若干个服务器使用。
服务器虚拟化抽象了硬件资源，包括虚拟BIOS、虚拟cpu、虚拟内存、虚拟设备和虚拟IO。
这种特性适合实验教学平台的多样性，多样性表现在不同的课程需要的操作系统是多样，例如，Linux网络编程需要Linux操作系统；J2EE、ASP需要WindowsXP操作系统；虚拟服务器提供了良好的隔离性和安全性[3]。
目前主流的服务器虚拟化技术包括两种，全虚拟化和半虚拟化[4]；该教学平台是基于Redhat的Hyper-V虚拟化技术，系统的虚拟化架构如图1-1所示。
在图1-1中我们可以清楚知虚拟化架构是在裸机
上搭建而成，对于上层虚拟机来屏蔽了底层硬件的要求，当我们需要不同的操作系统时，在Hypervisor层直接部署相应的操作系统即可，这样节省了不同操作系统部署的大量时间。
1.2 虚拟化技术在该教学平台中的优势
本系统采用的是基于Redhat Enterprise Virtualization Hypervisor(RHEV)作为虚拟层技术支持。
该平台可以实现批量部署，具有创建虚拟机池(pool)，一次可以创建等同配置的虚拟机(guest)，针对实验教学平台，这一特点为量身定做，因为，在我们实验教学过程中部署实验环境，一次实验课的实验环境就是一个环境，这样我就可以一次创建我们需要的数量，而不需要额外的开销，缩短了实验环境配置的时间；同时也便于管理实验教学环境。
同过POOL机制来创建的虚拟机便于管理，当实验环境变化时，如果不需要之间通过POOL来创建的虚拟机，学生量的基数一般在高校中是比较大的，如果我们一台一台虚拟机来进行悬挂、重启、删除等操作是很费时的重复操作，这时我们可以通过POOL来进行统一删除。
提高了我们的工作效率，保证了实验课的正常进行。
基于RHEV的虚拟实验教学平台还具有模板的快速部署。
高校的教学计划在整体结构上不会变动太大，这样我们就可以创建实验教学模板(template)。
通过模板我们可以高效、快速的部署；结合POOL可以做到，随时随建。
该实验教学平台还具有普通用户操作管理虚拟机权限如图1-2所示。
这样为我们实验室开辟新的实验教学课堂提供了便利，这种便利体现在可以为学生
提供大型工程的开发与管理。
例如，软件工程的测试，网络实验的检测环境等，能够更好地培养学生，提高高校的教学质量和素质。
2 基于虚拟化的实验教学体系结构
该系统平台针对软件工程类专业设计的系统架构，本系统包括学生基本实验环境、软件测试环境[5]、软件开发环境、学生资料备份、学院资料共享等功能。
具体体系结构如图2-1所示。
基础实验环境满足实验教学的保证，包括所有课程的实验环境；工程实验环境是满足高校学生创新、团队合作开发使用的项目环境，使学生在校园内熟悉公司的业务开发模式和流程，培养学生的动手能力。
数据存储区为学生、老师存储自己相关资料的区域，由用户名、密码来登录存储区，在存储区设计上是基于不同的权限来划分，具体依据参数是基于arg(group，administrator，date-time，events)这个列表中一项或几项的和。
该平台解决了学生、老师受制时间和空间的限制，保证了学生上机、老师科研等各项教学任务。
3 系统平台的管理体系
该系统的平台中心管理系统是该平台的后端核心管理中心，通过它实验教学老师可以对实验教学平台进行最高级别与权限的管理，对普通用户是无法访问并使用的。
在该教学平台初步建立过程中，主要是通过RHEV-M来实现对架构设计和划分的，在整个平台管理架构设计中，实现对数据中心的划分，对数据中心服务器集群的划分，对数据中心网络的划分等，支
持高可用性功能特征的实现，实现自动隔离失效服务器的功能，实现虚拟系统的在线迁移功能、实现虚拟系统Failover功能等。
实现这些功能保证了实验教学的正常运行。
具体包括：管理并建立数据中心，在不同的数据中心管理并建立集群服务器，建立并管理数据中心网络，资源使用情况统计与报表，系统快照与恢复，虚拟机管理（创建、恢复、删除、迁移、调度等），实现实验教学平台节电管理功能，实现实验教学平台资源动态平衡功能，实现虚拟系统单点登录管理功能，实现虚拟机高可用失败自动切换功能，通过SPICE协议实现快速网络通讯及网络高吞吐量，实现硬件资源（服务器、存储、网络）在线扩展与增加等功能。
该实验教学平台的具体管理界面如图3-1所示。
4 结论
虚拟化具有广阔的发展前景，相关的各项关键技术也在迅速发展。
目前虚拟化技术发展为VMWare和redhat为主流，本文研究的基于虚拟化的实验教学平台是基于redhat软件的虚拟化平台，为高校构建实验教学平台提供了解决方案。
其平台具有一定的优越性，使虚拟化技术的特点在高校教学中充分发挥；Hypervisor是一种新型虚拟技术，是对面向市场的资源管理与融合方式的支持[6]。
当然目前虚拟化还存在一定问题，当虚拟机过多或者每个虚拟化频繁的IO操作时系统的资源消耗过大，因此，解决IO操作[7]，减少能耗，提高能源的使用效率是当前面临的一个主要问题。
同时，基于服务器虚拟化
技术也不能完全解决实验教学中存在的问题，必须根据具体的教学目标和实践需求，有针对性地结合多种信息技术手段，才能为学生创造更好的实践环境和条件[8]，才能使学生在实践中更好地融合理论知识，最终实现综合素质的提高。
参考文献：
[1]张淑芬，陈学斌，张帅.虚拟化技术在计算机实践教学中的应用研究[J].技术应用，2009，(3)13:215-217.
[2]杨勇.基于虚拟机的虚拟计算环境研究与设计[J].软件学报，2007，(3):3-4.
[3]虚拟化与云计算小组.虚拟化与云计算[M]，北京:电子工业出版社，2009.
[4]何禹，胡宇鸿，王一波.虚拟化技术在校园网数据中心的应用[J].电子科技大学学报，2007，(6)36:1461-1464.
[5]秦岭，兰青.基于虚拟化技术的开发和测试环境快速部署应用研究.电光系统，2010，(6)2:42-45.
[6]刘晓乐.计算机云计算及其实现技术分析[J].协议·算法及仿真，2009，(12)22:100-102.
[7]董唯元.VMwareServer虚拟磁盘的性能测试[EB/OL]./，2007-08-02.
[8]陈全，邓倩妮.基于服务器虚拟化技术构建教学实践平台[J].四川兵工学报，2010，(9)31:108-109.。