通过VMware虚拟化技术构建云计算教学平台.docx

河北经贸大学毕业论文河北经贸大学毕业论文使用VMware虚拟化技术组建云计算实验教学平台专业名称：计算机科学与技术班级： 学生姓名 指导老师： 完成时间：2012 年 5 月摘要虚拟化技术是当今被广泛采用的技术，其实际应用已经普及了IT行业的各个方面；云计算是近些年才兴起的一门技术，并且针对不同的实际问题有诸多解决方案。本文重点就云计算的普及与教学展开论述，介绍通过VMware虚拟化技术解决云计算教学过程中遇到的问题，充分展现虚拟化技术的广泛应用和不可替代的作用。关键词：虚拟机 云计算 教学AbstractVirtualization Technology is a mature technology which is applicated broadly all over the IT world . While clould computing is young and full of vigour. According to different problems numerous ways was worked out . This paper , discussing at the point of the extention and education of cloud computing ,throuthing introducing virous kind of problems solved by virtualization technology , shows the board and necessary effection.Key word：Virtual machine ，Cloud computing ，education目录绪论41.化技术简介51.1虚拟化原理 5 1.2虚拟机的用途5 1.3虚拟机的优势52.云计算简介6 2.1云计算的起源6 2.2 云计算的现状和未来的云 63.云计算教学实验 73.1在教学过程中遇到的问题 8 3.2 通过VMware虚拟机组建云计算教学平台 9 3.3虚拟化解决方案的实施步骤9 3.3.1 初级虚拟机的创建10 3.3.2 云计算平台的搭建虚拟机的复制143.3.3运行各种虚拟机 174. 结论 24参考文献23绪论虚拟机是通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的，运行在一个完全隔离的环境中的完整的计算机系统。通过虚拟机软件，人们可以在同一台物理计算机上模拟出多台虚拟的计算机，这些虚拟机完全就像真正的计算机那样进行工作。而通过这种模拟的方法“构造”硬件，构造出实际中很难或者不方便去实践的计算机系统来从逻辑上实现预期的效果。“云计算”是继1980年代之大型计算机向客户端-服务器转变之后的又一种巨变它是网格计算，分布式，并行计算，网络存储虚拟化以及网络技术的相继发展融合的产物。云计算的目的在于实现一种资源的合理分配、合理集成以实现一种最优组合，这样将本身不在一起的多台计算机有机搭配其产生的计算效果甚至可以超过一台成本远在此之上的大型计算机，而前者需要的软硬件资源将远小于后者。云计算其实是一种指导思想、一种理念，其核心思想就是资源的合理调度。可见云计算势必是今后it技术发展的方向、趋势。本文不是再对虚拟化技术做各种探索，因为这种技术已经相当成熟。也不是继续在“云计算”的各种解决方案上长篇赘述，因为已经有数不胜数的企业集团、精英团队在这方面取得了骄人的成果。本文旨在就“云计算”推广过程中亦即教学过程中遇到的诸多问题提出自己的看法，通过传统的相对成熟的虚拟化技术解决“云计算”教学中遇到的问题。其实，这也是一种云计算解决方案，更确切地说是对虚拟化技术的一种应用，是虚拟化技术与云计算教学应用的一种结合，是用vmware技术搭建一个推广云计算的平台。本文写作中参考了许多虚拟化教学专家及云计算方面的文献，力求展现上述写作效果，由于本人水平所限在相关领域涉足深度限制，在一些问题上难免出现纰漏。本文写作目的其一旨在表达自己的观点，其二在于学术交流，望读者和相关专业人士给予指导和批评。1、 虚拟化技术简介1.1、 虚拟化原理虚拟机是对真实计算环境的抽象和模拟，vmm需要为每个虚拟机分配一套数据结构来管理每个虚拟机的状态包括全套虚拟处理器的寄存器、内存等等vmm调度虚拟机时将其部分状态恢复到主机系统中。并不是所有的状态都要恢复，类似于传统操作系统处理机调度思想中的分时复用和局部性原理，一般而言，vmm需要经过复杂的流程才能完成原本简单得多操作，在运行结束后，vmm将运行权交还操作系统。1.2、 虚拟机的用途 总的来说，虚拟机的用途可分为如下几个方面： 测试操作系统（如windows2000，Vista）、测试应用程序与软件（如Winrar最新版本、exchange server2007等） 网络实验（active directory2007 等） 其他实验（A现实不具备条件的实验，如：群集实验、磁盘阵列实验； B有一定危险性的实验，如：网络安全试验、格式化、数据恢复实验等）实用（A 制作实用环境如：各种报名系统，网银在线交易系统 B 软件测试环境，如：XP、window2000sp4、等的 测试环境 C vmware server的企业应用 D 需要多系统的环境）包括大型游戏的在内的其他用途 1.3 虚拟机的优势 方便安全的通过虚拟机的方式利用一台电脑安装多个操作系统来学习;在平台迁移过程中对软件的可移植性进行测试;开发跨平台系统软件中进行跨平台测试。例如，进行mission-critical 的Windows与Linux-based 的应用程序开发，就可以利用虚拟机进行跨平台开发。利用虚拟机在一台计算机上同时启用多个客户机，连成一个网络，完全真实的模拟环境进行测试或学习。须知，虚拟化是资源的逻辑表示，它不受物理条件的约束。其实，人们引入虚拟机技术的目的也正是和其优势相对应的，引入虚拟机的目的主要包括：其一、降低成本（管理成本、软硬件成本 、基础设施建设成本、电力成本）；其二、整合硬件设备：摆脱复杂混乱的硬件、电源、机位、网络、存储、人员等）； 其三、改善it管理架构兼容性，通过动态资源分配每个应用程序可动态获取所需的动态资源，同时，设备的虚拟化管理可以更好地评估系统的容量。此外，通过虚拟化技术改善系统的可靠性，简化自动化管理等都在驱使着人们为寻求更加高超的虚拟化技术孜孜不倦的努力着。2. 云计算简介2.1 云计算的起源“云计算”是分布式处理、并行处理、网格计 算的发展，或者说是这些技术在商业应用上的变种和发展，是各种技术商业领域的实现。云计算的特点在于一个“云”字，体现了这种技术的分布性的特点。在实际中，人们发现通过合理组合优化资源配置可以实现比相同或者更高成本的超级计算机更理想的效果，通过联网的主机之间互相支援，达到最“默契”的状态。所以，云计算是基于互联网的发展的，是通过互联网在起作用。云计算名字的由来，也正是因为人们习惯将一个或者多个网段用一朵云来表示，形象上将这种基于网络的计算理念称为云计算。 2.2 云计算的现状和未来的云 虽然很年轻，但云计算已经是一种应用比较广泛的技术，而且在IT界，各种各样的云不断涌现出来，一些分析人士认为，云计算代表了企业计算方式的改变。预计未来5年，全球诸多巨头厂商如IBM、戴尔、惠普等都会转移自己的产品线到云计算上来。随着越来越多的企业将自己转向云计算，传统的追逐更高性能的CPU芯片，追求更大规模的超级计算机，孜孜不倦的改善单一系统的性能的it行业发展模式将被慢慢取代。云，已经成为了未来IT行业发展的风标。诚然，云计算是一门年轻的技术，很多领域还没有合适的云计算解决方案，而且，云计算的很多方面的关键问题尚未解决，云计算基于互联网的特点也使其安全性和可靠性受到了很多的争议，但这些并没有影响云计算的魅力，也没有影响其作为未来计算机行业、信息行业发展方向的事实，人们探索云计算的热情依然很高。我相信，在可以预见的未来，IT行业必将逐云而去。3. 云计算教学诚然，云计算生命力旺盛，代表了未来IT行业的发展方向，代表了现在从事IT行业的人你们孜孜不倦奋斗的目标，但这也需要在当今教学中很好的将云计算普及开来，在教学中不但需要对学生贯彻扎实的理论功底，更需要结合实践，在更多的实验中，深刻理解云计算。 现今，无论是计算机专业还是非计算机专业，机房的实验已经成了一个十分重要的环节，计算机已经成了必不可少的教学设备。可以不夸张的说，在当今大学的所有实验室中，机房的利用率是首屈一指的。3.1 在教学过程中遇到的问题 对于诸多计算机院校或者计算机院系，机房建设是整个学校实验室建设的大头。计算机专业繁多，需要很多专业相关的软件来支持学习中所需的实验，即使是非专业的学生也需要很多软件来实现本专业的相关实验。与此相应的，很多软件只适应特定的操作系统，这就对高校机房建设提出了难题：这些机房、这么多的计算机频繁的更换操作系统对人力、硬件资源都提出了很大挑战，同时，频繁更换操作系统本身也是对硬件的一种伤害。另一方面，就本文要讨论的云计算教学问题而言，问题似乎更加严重；现实中的云计算是基于互联网的，将很多处于不同网段的、物理位置相差很大的计算机搭配起来，这杨规模的实验，对于小小的机房来说显然是不可能实现的；另外，现实中的云计算，往往包含一些高性能计算机，这些机器性能强，成本高，维护困难，而且只是部分诸如学习云计算的学生在实验中会用到。 这样的设备不是所有的高校都有条件配备的，即使配备了这些计算机也往往达不到实际中想要的教学效果，这显示一种资源的浪费，对于高校和社会来说是得不偿失的。 例如，某个机房有40台中档计算机，而某个实验需要模拟100台低端性能并且位于不同网段的计算机之间的协同工作，试图构造一种初级云计算的互联网环境，以当前实验室的配置，这显然相去甚远。学校不可能将高端的计算机换成低端的，更不可能为一个实验而新建机房。 以传统的思路进行云计算教学，会遇到更多更加棘手的问题：不同操作系统的云计算；不同档次机器之间的云计算；甚至是运行不同网络协议的计算机的云计算环境。对于传统的解决方法，无非是增加硬件资源，机房扩容，提高设备档、增大机房建设的力度。这些方案只能解决云计算教学实验中的某一部分问题，而实际环境与机房环境的差异所带来的问题是层出不穷的，通过传统方法也是解决不完的。3.2 通过VMware虚拟机搭建云计算平台通过虚拟化技术解决“云计算”教学中遇到的问题是一种可适应多种需求的方案，这种方案不再以传统的思路解决云计算教学中的问题，而是通过VMware Workstation和VMware Player虚拟机技术，用虚拟机代替实体机，打造一个云计算教学平台。3.3 虚拟化教学方案的具体步骤在机房的一台计算机中，使用“还原卡”重新划分分区，其中一个分区需要50GB、文件系统是NTFS，并且划分出一个510GB左右的“共用资料盘”，而硬盘剩余的其他分区，可以根据你机房的规划进行设置。在这个50GB的分区中，以“安装方式”进入该分区，安装Windows XP With SP2操作系统，安装操作系统之后，安装驱动程序、还原卡驱动程序以及VMware Workstation 7.1主程序。在安装好VMware Workstation 7.1之后，创建并实现上一节中提到的各个虚拟机，主要步骤包括创建并配置“基础”虚拟机、创建并配置“克隆链接”虚拟机、使用VMware Player启动各虚拟机三部分，下面分别介绍。3.3.1 云中节点初级虚拟机的搭建 所谓初级虚拟机或者说基础虚拟机就是不涉及任何实验内容的、运行有单独操作系统的、并且有完整的软件系统的独立计算机的虚拟化，这些虚拟机可以安装不同的操作系统，配有不同的虚拟硬件设施以供不同的实验使用，在云计算实验中，这些不同的基础虚拟机将模拟云计算平台上不同网络中运行不同操作系统并且性能各异的节点计算机。在创建“基础虚拟机”之前，在C盘创建两个文件夹，分别为VMS与Tools，其中VMS文件夹保存虚拟机的文件夹，Tools文件夹复制Windows Server 2003、Windows XP、Red Hat Linux 9、Red Hat Enterprise 5及Windows Server 2008 X86的安装镜像文件（ISO）文件。这样，在创建完虚拟机、在虚拟机中安装操作系统之后，以后学生做实验时，就可以直接使用Tools中的操作系统安装镜像。然后开始创建“基础”虚拟机，步骤如下：（1）运行VMware Workstation，进入配置页，设置虚拟机默认保存位置为C:VMS文件夹，如图1所示。图1 设置虚拟机默认保存位置（2）创建并运行Windows XP的基础虚拟机。使用VMware Workstation，创建第1台虚拟机，虚拟机的名称为XP_SP2_8GB，为该虚拟机分配512MB内存、8GB虚拟硬盘、使用NAT网卡、1个虚拟CPU。注意，这台虚拟机只是一台“裸机”，即他还没有安装任何操作系统以及相关的各种软件，所以，在虚拟机创建完毕还要对其进行设置（安装各种软件），使用Tools文件夹中的Windows XP安装光盘镜像作为该虚拟机的光驱，然后启动虚拟机，并在该虚拟机中安装Windows XP操作系统。在安装操作系统的时候，将8GB的虚拟硬盘划分为1个分区并使用NTFS文件系统。安装完成后，安装VMware Tools、安装IE、WinRAR、输入法等必需软件。在完成上述设置后，关闭虚拟机，并创建“快照”，如图2所示。图2 创建快照以上便是一台运行有Windows XP 操作系统的简单虚拟机的创建方法，在云计算教学实验中遇到的任何运行Windows XP 操作系统的计算机都可以用类似的方法创建，只是在对其进行设置时略有不同。（3）创建并配置Windows Server 2003 R2的基础虚拟机。使用VMware Workstation，创建第2台虚拟机，虚拟机的名称为WS03R2，为该虚拟机分配1GB内存、8GB虚拟硬盘、使用NAT网卡、1个虚拟CPU。在创建完虚拟机后，进入虚拟机设置，使用Tools文件夹中的第1张Windows Server 2003R2安装光盘镜像作为该虚拟机的光驱，然后启动虚拟机，并在该虚拟机中安装Windows Server 2003 R2的操作系统。在安装操作系统的时候，将8GB的虚拟硬盘划分为1个分区并使用NTFS文件系统。安装完成后，安装VMware Tools、安装IE、WinRAR、输入法等必需软件。在完成上述设置后，关闭虚拟机，并创建“快照”。（4）创建并配置Windows Server 2008（32位）的基础虚拟机。使用VMware Workstation，创建第3台虚拟机，虚拟机的名称为WS08-X86，为该虚拟机分配1GB内存、20GB虚拟硬盘、使用NAT网卡、1个虚拟CPU。在创建完虚拟机后，进入虚拟机设置，使用Tools文件夹中的Windows Server 2008（32位）的DVD安装光盘镜像作为该虚拟机的光驱，然后启动虚拟机，并在该虚拟机中安装Windows Server 2008操作系统。在安装操作系统的时候，将20GB的虚拟硬盘划分为1个分区并使用NTFS文件系统。安装完成后，安装VMware Tools、安装IE、WinRAR、输入法等必需软件。在完成上述设置后，关闭虚拟机，并创建“快照”。（5）创建并配置Red Hat Linux 9的基础虚拟机。使用VMware Workstation，创建第4台虚拟机，虚拟机名称为Linux，为该虚拟机分配256MB内存、8GB虚拟硬盘、使用NAT网卡、1个虚拟CPU。在创建完虚拟机后，进入虚拟机设置，使用Tools文件夹中的Red Hat Linux 9的第1张光盘镜像作为虚拟机的光驱，启动虚拟机，并安装Linux，在安装的过程中，安装所有的软件。安装完成后，安装VMware Tools，关闭虚拟机，并创建快照。（6）创建并配置Red Hat Enterprise 5的基础虚拟机。使用VMware Workstation，创建第5台虚拟机，虚拟机名称为RHES5-X86，为该虚拟机分配512MB内存、20GB虚拟硬盘、使用NAT网卡、1个虚拟CPU。在创建完虚拟机后，进入虚拟机设置，使用Tools文件夹中的Red Hat Enterprise 5的DVD光盘镜像作为虚拟机的光驱，启动虚拟机，并安装Linux，在安装的过程中，安装所有的软件。安装完成后，安装VMware Tools，关闭虚拟机，并创建快照。3.3.2 云计算平台的搭建-虚拟机的复制 所谓“基于VMware虚拟化技术组建云计算平台”是只指通过创建一台台运行在云计算试验中所需要的计算机的逻辑实体即虚拟机构成云计算实验所需要的各种虚拟主机，已解决传统教学实验遇到的困难，同时更好地的达到教学目的，在上一部分介绍的方法就是创建某些云计算实验过程中所偶需要的计算机的虚拟机的步骤，但试想，云计算是基于互联网的一门技术，实践应用中的云计算所需的主机数量往往不止一台，针对每种类型的机器，都用上述方法创建显然是棘手的，这就需要下面介绍的“虚拟机复制 ”也叫做“克隆虚拟机”来实现。虚拟机克隆是云计算环境下的一个重要机制，这种方法对虚拟磁盘和内存设置快照，可以将一台虚拟机进行快速复制。下面一些虚拟机克隆的方法步骤：（1）从Red Hat Enterprise 5克隆出两个虚拟机，分别是RHES For TEXT与RHES For X Window，然后分别启动，修改RHES For TEXT虚拟机的启动方式为默认进入文本界面，而后者则默认启动到图形界面，你可以修改/etc/inittab配置文件中的id:5:initdefault运行级别达到这一目的，当ID后面的数字为3时默认进入“文本”界面，图数字为5时默认进入“图形”界面。（2）从Windows XP的虚拟机，创建两个克隆链接的虚拟机，安装相应的软件。例如，在PS的虚拟机中，安装Dreamweaver、Photoshop等软件，如图3所示。安装完成后，关闭该虚拟机。图3 创建PS虚拟机并安装相应的软件（3）从Windows Server 2003的虚拟机，创建4个克隆链接的虚拟机，其中“Oracle”的虚拟机，安装Oracle数据库、IIS；SQL虚拟机，安装IIS、SQL Server 2000等软件；SQL 2005虚拟机，安装SQL Server 2005等软件。并且，当在虚拟机中安装好软件后，还要编辑一个文本文件或者网页，写清当前虚拟机安装的系统、数据库名称、连接的地址、管理员帐户与密码等，并且修改“桌面”以显示这个帮助信息，如图4所示，这样，当学生启动虚拟机的时候就可以看到“帮助”。图4 虚拟机自动启动并显示帮助信息由于当前虚拟机安装的是Windows Server 2003操作系统，还需要设置让计算机自动以Administrator帐户登录，你可以在“运行”菜单键入control userpasswords2命令，设置自动登录信息。（4）按照前面的规划，创建每个虚拟机，并进行相应的配置。设置的原则是：如果虚拟机是Windows XP、Windows 7操作系统，则设置管理员密码为空，如果是Windows Server 2003、Windows Server 2008，则可以统一设置密码并且设置自动登录，并且当用户启动每个虚拟机的时候，可以看到相应的信息。3.3.3运行虚拟机在准备好上述所有这些虚拟机并进行测试后，创建VMware Player的快捷方式，用VMware Player打开并运行这些虚拟机。下面，以创建“VC”虚拟机的快捷方式为例介绍。（1）在本例中，创建的名为“VC”的克隆链接的虚拟机，保存在C盘C:VMSJFVM-VC目录中，虚拟机的配置文件名称为JFVM-VC.vmx，如图5所示。图5 VC虚拟机的保存位置及配置文件名（2）将“VMware”程序组中的“VMware Player”快捷方式发送到“桌面”，如图6所示。图6 创建桌面快捷方式（3）然后修改该快捷方式，在“快捷方式”选项卡中，在“目标”后面，将快捷方式修改为："C:Program FilesVMwareVMware Workstationvmplayer.exe" "C:VMSJFVM-VCJFVM-VC.vmx"注意，一定要用英文的双引号，其中前面"C:Program FilesVMwareVMware Workstationvmplayer.exe"是VMware Player的快捷方式，后面的参数"C:VMSJFVM-VCJFVM-VC.vmx"是指定让VMware Player运行的虚拟机，如图7所示。图7 修改快捷方式（4）然后在“常规”选项卡中，修改快捷方式的名称为VC，如图8所示，然后单击“确定”按钮，为名为VC的虚拟机创建好了快捷方式，以后双击桌面上的VC图标，就会用VMware Player自动打开并运行该虚拟机，如图8所示。图8 使用VMware Player运行的虚拟机（5）参照上面（1）（4）的步骤，为每个虚拟机创建快捷方式，包括Windows Server 2008及Linux的虚拟机。图9 创建多个使用VMware Player运行虚拟机的快捷方式（6）为了让学生“习惯”并“掌握”虚拟机的使用，以及各虚拟机包括的内容，你可以编写一个简单的使用说明文件，并且在主机启动之后自动打开该说明，如图10所示，这是一个示例帮助文件，介绍了当前系统中安装的虚拟机内容及基本使用方法。图10 VMware Player基本使用及虚拟机的说明4.结论虚拟化的技术是计算机专业教学试验中必不可少的一门技术，由于硬件条件、办学资源以及其他客观条件的限制，以往通过改善硬件的方法不能解决客观困难带来的局限，虚拟技术的出现解决了这些问题，尤其是在“云计算”教学过程中，通过创建并克隆与云计算实验中相匹配的计算机的虚拟机完全可以模拟出云计算的实验过程，这样不但可以很好的达到教学目的，而且减少了很多不必要的硬件开销、人力资源。 虚拟化技术不但可以解决云计算实验中的诸多问题在其他教学实验中同样可以应用，相反，“云计算”教学平台的搭建正是虚拟机应用的冰山一角。参考文献1吴朱华 ，云计算核心技术剖析 北京：人民邮电出版社 2011。2虚拟化与云计算小组 虚拟化与云计算 北京 电子工业出版社 2009。3王春海，虚拟机深入应用实践 中国铁道出版社 2009-3-1。4王春海 ，小企业虚拟机解决方案大全，电子工业出版社 2010-01-01。5王春海 ，拟技术应用践，电子工业出版社 2009-8-1。6李蔚泽.Linux与Windows整合M.北京:机械工业出版社,2001。7沈文 ，云计算，煤炭科技，2010 ，第四期 92-92。8王玉芬 郭小娟，云计算对高校教学资源影响解析，实验技术与管理， 2010 27（5） 35-40。9方家平，莫让云计算成浮云，IT时代周刊，2011 ，第二期，8-8。10冯坚， 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