首師大虛擬化實驗教學平臺解決方案

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強大、靈活、高效

首都師范大學基于AMD雙核皓龍TM 計算平臺搭建新一代實驗教學平臺

為了能夠讓學生掌握實用的IT技術(shù)，我校在培養(yǎng)計算機人才時非常注重實驗教學。開展實驗教學離不開由各種硬件設(shè)備構(gòu)成的實驗平臺，由于教學資金有限，我們在打造實驗教學平臺時不僅要考慮先進性的問題，還要兼顧如何讓有限的資金發(fā)揮出最大的價值。最近我們基于AMD強大的雙核計算技術(shù)，僅利用一臺服務(wù)器和一套虛擬軟件，就以非常經(jīng)濟的投入搭建出了一個先進的實驗教學平臺。該平臺不僅能夠以簡單的方式模擬出各種IT環(huán)境，高效地支持各學科的實驗教學，而且能夠更好地支持我們科研工作的開展，該平臺的建成使得我們的實驗教學在實踐和理論上都向前邁進了一大步。

首都師范大學信息工程學院――孫衛(wèi)真副研究員

首都師范大學：注重實驗教學，培養(yǎng)實用人才、

強化實用型人才的培養(yǎng)，提高學生的實踐能力、適應(yīng)能力、學習能力和自主創(chuàng)新能力，是解決目前我國大學生就業(yè)難問題的有效途徑。從2005年開始，北京市教委按照教育部部署要求，開始面向計算機網(wǎng)絡(luò)信息、物理和生物等多個學科，推廣實驗教學示范中心的建設(shè)。作為北京市屬重點高校，首都師范大學一直注重對實用型人才的培養(yǎng)，在北京市教委的指導(dǎo)下，首都師范大學近年來不斷加大對實驗教學的投入，建設(shè)了多個面向教學實踐的實驗室，取得了非常突出的成績。2006年，首都師范大學的計算機實驗室因師資雄厚、設(shè)備齊全，以及教學成效顯著，被北京市教委評為“北京市計算機科學與技術(shù)實驗教學示范中心”。

孫衛(wèi)真副研究員是首都師范大學計算機實驗室的負責人之一，他在計算機實驗室的建設(shè)上擁有豐富的經(jīng)驗。他說：“經(jīng)過多年的教學實踐，我們在實驗室建設(shè)上主要積累了兩條心得：第一是物盡其用。盡管近年來學校和政府對實驗教學的投入不斷增加，但相對于不斷增加的學生數(shù)量和課程數(shù)量來說，教學資金還是有限的，在這種情況下就必須要注重合理支配預(yù)算，盡量購買那些性價比高、生命周期長和易于維護的設(shè)備，從而讓資金和設(shè)備都能得到充分的利用;二是適度超前。在合理利用資金的前提下，要想讓實驗教學取得更好的效果，就要注重適度引入一些先進的軟硬件產(chǎn)品，搭建符合IT發(fā)展趨勢的實驗教學平臺。這種適度超前的平臺一方面可以給教師的科研工作提供有力的支持，讓教師不斷地更新知識儲備。另一方面則可讓學生了解IT技術(shù)發(fā)展的動態(tài)，讓他們的學習更能夠契合而不是滯后于時代的發(fā)展。”

面臨挑戰(zhàn)：建設(shè)強大、靈活、高效的新一代實驗教學平臺

對實驗教學方式的探索是沒有盡頭的，為了能夠讓實驗室的建設(shè)更好地滿足現(xiàn)代教育和IT技術(shù)發(fā)展的要求，2007年底首都師范大學計算機實驗室在“物盡其用”和“適度超前”兩大原則的指引下，決定引入前沿的虛擬技術(shù)，建設(shè)更為強大、靈活和高效的新一代實驗教學平臺。

應(yīng)用虛擬技術(shù)的一個關(guān)鍵前提是必須擁有性能強大的服務(wù)器，為了確保虛擬的實驗教學平臺能夠順利建成，首都師范大學對服務(wù)器的選型明確提出了三點具體要求。

一、擁有先進的計算機架構(gòu)，具備強大的處理能力

首都師范大學要求即將引入的服務(wù)器，無論是在主板設(shè)計上，還是在處理器、內(nèi)存、硬盤和網(wǎng)卡等主要部件上，都必須采用先進的技術(shù)。尤其是在關(guān)鍵部件處理器上，首都師范大學要求即將引入的服務(wù)器必須支持多路多核處理器，并且所采用的處理器必須在硬件層面上高度支持虛擬技術(shù)，從而確?？梢蕴峁姶蟮牟⑿袛?shù)據(jù)處理能力，能夠在根本上支撐虛擬系統(tǒng)的高效運轉(zhuǎn)。

二、支持64位計算，易于升級

內(nèi)存不足將嚴重影響虛擬系統(tǒng)的性能，并會直接限制虛擬機的數(shù)量，為了能夠盡可能地擴展內(nèi)存的空間，首都師范大學要求即將引入服務(wù)器的處理器必須支持64位帶寬的計算，能夠突破傳統(tǒng)的4GB內(nèi)存限制，可以做到輕松升級，可以讓服務(wù)器部署更多的虛擬機，讓每臺虛擬機可以處理更多的事務(wù)。

三、價格經(jīng)濟，長期擁有成本低

為了充分利用教學資金，首都師范大學要求必須選用性價比高的服務(wù)器。由于多路服務(wù)器的整體價格在很大程度上是由處理器的價格決定的，因此首都師范大學要求盡可能選用那些性能強大、價格經(jīng)濟、運行穩(wěn)定、能耗低的處理器，這樣不僅可以降低初始的購買成本，而且能夠控制長期的擁有的成本。

解決方案：引入AMD多核計算技術(shù)，搭建高性能的虛擬化實驗教學平臺

經(jīng)過廣泛考察與審慎篩選，首都師范大學最終決定引入基于AMD雙核皓龍TM 處理器的戴爾PE6950服務(wù)器，以及VMware公司的虛擬化軟件，打造新一代的實驗教學平臺。

● 軟硬件配置

在服務(wù)器的硬件配置上，首都師范大學為戴爾PE6950服務(wù)器配備了4顆AMD雙核皓龍TM 處理器2218、32GB內(nèi)存和5塊300GB的SAS硬盤。

在軟件方面，首都師范大學采用了VMware公司的Infrastructure 3.0套件。具體包括Virtual Center 3管理工具、ESX Server 3、Distributed Resource Scheduler、High AvailaBIlity和Consolidated Backup等軟件產(chǎn)品。

● 應(yīng)用與部署情況

利用AMD雙核皓龍TM 處理器的強大計算能力，首都師范大學運用VMware ESX虛擬化軟件將PE6950服務(wù)器虛擬成多個基礎(chǔ)應(yīng)用平臺，這些基礎(chǔ)應(yīng)用平臺的數(shù)量和性能可以根據(jù)教學需要隨時變化。結(jié)合實驗課教學的具體內(nèi)容，虛擬的應(yīng)用平臺在實驗教學中主要可發(fā)揮以下三方面作用。

第一，基礎(chǔ)練習。利用戴爾PE6950服務(wù)器的強大性能，教師在實驗課中可根據(jù)學生的數(shù)量多少劃分出相應(yīng)的虛擬機，并給每個學生都分配一臺虛擬化的服務(wù)器，讓學生在其上實踐所學的各種計算機基礎(chǔ)知識，比如安裝Unix、Linux、Solaris和windows等不同的操作系統(tǒng)，進行應(yīng)用軟件的配置和優(yōu)化等等;第二，應(yīng)用提升。利用虛擬系統(tǒng)可以自由分割、隨意組合的特點，教師在實驗課中可將不同的系統(tǒng)，包括DNS系統(tǒng)、網(wǎng)站系統(tǒng)、防火墻系統(tǒng)和安全證書等安裝在相互獨立的虛擬機中，再組合成一個功能齊全的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境，讓學生以身臨其境的方式，深入探尋IT網(wǎng)絡(luò)的運作規(guī)律;第三，開拓視野。教師可以因材施教，給學習得比較深入的學生分配多個虛擬機，讓其將自己編寫的各種程序放在不同的操作系統(tǒng)平臺上進行調(diào)試，或讓其在虛擬的異構(gòu)平臺上模擬各種應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，使其實踐能力和視野得到進一步的提高。

除了支持實驗教學外，新一代的實驗教學平臺在支持科研上也發(fā)揮了重要的作用。由于AMD雙核皓龍TM 處理器性能強大，多顆處理器協(xié)同工作更是計算能力驚人，因此首都師范大學的很多科研項目在遷移到AMD雙核皓龍TM 計算平臺上后，項目的進程都得以大大加快。

首都師范大學IT教學實驗課虛擬化平臺的結(jié)構(gòu)示意圖如下：

總體效果：成本節(jié)省一半，效率提高一倍

2007年12月，首都師范大學順利地完成了新一代實驗教學平臺的部署。截至目前，由AMD雙核皓龍TM 2218處理器所支撐的新一代實驗教學平臺已經(jīng)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)了3個多月。在過去的3個月中，AMD雙核皓龍TM 處理器與虛擬軟件密切配合，展示出了強大的性能，靈活高效地支持了實驗教學工作的順利開展，得到了首都師范大學教師和學生的高度認可。

首都師范大學孫衛(wèi)真副研究員介紹說：“選用AMD雙核皓龍TM 處理器和虛擬化解決方案讓我們極大地降低了建設(shè)成本，我們估算了一下，與傳統(tǒng)的基于多臺服務(wù)器的建設(shè)方案比，在提供同樣性能的前提下，我們所采用的這種基于AMD雙核皓龍TM 處理器的虛擬化解決方案最少能夠節(jié)省50%-60%的建設(shè)成本;除了節(jié)省成本外，基于AMD雙核皓龍TM 處理器的虛擬化解決方案的更大價值在于其提供了更為強大、靈活和高效的教學支撐能力。由于設(shè)備利用率和系統(tǒng)資源調(diào)配能力都得到了極大的改善，我們發(fā)現(xiàn)利用該解決方案開展實驗教學的效率至少比以前提高一倍以上?！?/P>

談及最初之所以選擇AMD雙核皓龍TM 處理器的原因，孫衛(wèi)真副研究員介紹說：“多核計算是未來計算技術(shù)的主要發(fā)展趨勢，在多核計算技術(shù)上，我們發(fā)現(xiàn)AMD走得更為靠前。AMD雙核皓龍TM 處理器采用的是直連架構(gòu)，每個計算核心都擁有獨立的高速緩存，處理器內(nèi)部集成了內(nèi)存控制器，這些創(chuàng)新的設(shè)計能夠有效地緩解前端總線架構(gòu)的系統(tǒng)瓶頸問題，可以支持更快的I/O傳輸，能夠?qū)崿F(xiàn)更好地系統(tǒng)資源共享?？偟目磥恚珹MD雙核皓龍TM 處理器能夠提供更為強大的性能，尤其是在浮點運算上，AMD雙核皓龍TM 處理器的優(yōu)勢體現(xiàn)得更為明顯，這一點我們在實際應(yīng)用中已經(jīng)有了非常深刻的體會?！?/P>

“除了技術(shù)更為先進外，我們選擇AMD雙核皓龍TM 處理器的另一個重要原因是它對虛擬技術(shù)提供了很好的支持。比如它的AMD-V(AMD Virtualization)技術(shù)與直連架構(gòu)相結(jié)合，能夠提供增強的虛擬化性能。又如它所集成的內(nèi)存控制器提高了虛擬化性能，可以有效地隔離虛擬機內(nèi)存。我們相信，這些底層的硬件技術(shù)能夠確保我們虛擬系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，能夠讓我們充分體驗到虛擬實驗教學平臺的強大、靈活和高效?！?/P>