首师大虚拟化实验教学平台解决方案

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强大、灵活、高效

首都师范大学基于AMD双核皓龙TM 计算平台搭建新一代实验教学平台

为了能够让学生掌握实用的IT技术，我校在培养计算机人才时非常注重实验教学。开展实验教学离不开由各种硬件设备构成的实验平台，由于教学资金有限，我们在打造实验教学平台时不仅要考虑先进性的问题，还要兼顾如何让有限的资金发挥出最大的价值。最近我们基于AMD强大的双核计算技术，仅利用一台服务器和一套虚拟软件，就以非常经济的投入搭建出了一个先进的实验教学平台。该平台不仅能够以简单的方式模拟出各种IT环境，高效地支持各学科的实验教学，而且能够更好地支持我们科研工作的开展，该平台的建成使得我们的实验教学在实践和理论上都向前迈进了一大步。

首都师范大学信息工程学院――孙卫真副研究员

首都师范大学：注重实验教学，培养实用人才、

强化实用型人才的培养，提高学生的实践能力、适应能力、学习能力和自主创新能力，是解决目前我国大学生就业难问题的有效途径。从2005年开始，北京市教委按照教育部部署要求，开始面向计算机网络信息、物理和生物等多个学科，推广实验教学示范中心的建设。作为北京市属重点高校，首都师范大学一直注重对实用型人才的培养，在北京市教委的指导下，首都师范大学近年来不断加大对实验教学的投入，建设了多个面向教学实践的实验室，取得了非常突出的成绩。2006年，首都师范大学的计算机实验室因师资雄厚、设备齐全，以及教学成效显著，被北京市教委评为“北京市计算机科学与技术实验教学示范中心”。

孙卫真副研究员是首都师范大学计算机实验室的负责人之一，他在计算机实验室的建设上拥有丰富的经验。他说：“经过多年的教学实践，我们在实验室建设上主要积累了两条心得：第一是物尽其用。尽管近年来学校和政府对实验教学的投入不断增加，但相对于不断增加的学生数量和课程数量来说，教学资金还是有限的，在这种情况下就必须要注重合理支配预算，尽量购买那些性价比高、生命周期长和易于维护的设备，从而让资金和设备都能得到充分的利用;二是适度超前。在合理利用资金的前提下，要想让实验教学取得更好的效果，就要注重适度引入一些先进的软硬件产品，搭建符合IT发展趋势的实验教学平台。这种适度超前的平台一方面可以给教师的科研工作提供有力的支持，让教师不断地更新知识储备。另一方面则可让学生了解IT技术发展的动态，让他们的学习更能够契合而不是滞后于时代的发展。”

面临挑战：建设强大、灵活、高效的新一代实验教学平台

对实验教学方式的探索是没有尽头的，为了能够让实验室的建设更好地满足现代教育和IT技术发展的要求，2007年底首都师范大学计算机实验室在“物尽其用”和“适度超前”两大原则的指引下，决定引入前沿的虚拟技术，建设更为强大、灵活和高效的新一代实验教学平台。

应用虚拟技术的一个关键前提是必须拥有性能强大的服务器，为了确保虚拟的实验教学平台能够顺利建成，首都师范大学对服务器的选型明确提出了三点具体要求。

一、拥有先进的计算机架构，具备强大的处理能力

首都师范大学要求即将引入的服务器，无论是在主板设计上，还是在处理器、内存、硬盘和网卡等主要部件上，都必须采用先进的技术。尤其是在关键部件处理器上，首都师范大学要求即将引入的服务器必须支持多路多核处理器，并且所采用的处理器必须在硬件层面上高度支持虚拟技术，从而确保可以提供强大的并行数据处理能力，能够在根本上支撑虚拟系统的高效运转。

二、支持64位计算，易于升级

内存不足将严重影响虚拟系统的性能，并会直接限制虚拟机的数量，为了能够尽可能地扩展内存的空间，首都师范大学要求即将引入服务器的处理器必须支持64位带宽的计算，能够突破传统的4GB内存限制，可以做到轻松升级，可以让服务器部署更多的虚拟机，让每台虚拟机可以处理更多的事务。

三、价格经济，长期拥有成本低

为了充分利用教学资金，首都师范大学要求必须选用性价比高的服务器。由于多路服务器的整体价格在很大程度上是由处理器的价格决定的，因此首都师范大学要求尽可能选用那些性能强大、价格经济、运行稳定、能耗低的处理器，这样不仅可以降低初始的购买成本，而且能够控制长期的拥有的成本。

解决方案：引入AMD多核计算技术，搭建高性能的虚拟化实验教学平台

经过广泛考察与审慎筛选，首都师范大学最终决定引入基于AMD双核皓龙TM 处理器的戴尔PE6950服务器，以及VMware公司的虚拟化软件，打造新一代的实验教学平台。

● 软硬件配置

在服务器的硬件配置上，首都师范大学为戴尔PE6950服务器配备了4颗AMD双核皓龙TM 处理器2218、32GB内存和5块300GB的SAS硬盘。

在软件方面，首都师范大学采用了VMware公司的Infrastructure 3.0套件。具体包括Virtual Center 3管理工具、ESX Server 3、Distributed Resource Scheduler、High AvailaBIlity和Consolidated Backup等软件产品。

● 应用与部署情况

利用AMD双核皓龙TM 处理器的强大计算能力，首都师范大学运用VMware ESX虚拟化软件将PE6950服务器虚拟成多个基础应用平台，这些基础应用平台的数量和性能可以根据教学需要随时变化。结合实验课教学的具体内容，虚拟的应用平台在实验教学中主要可发挥以下三方面作用。

第一，基础练习。利用戴尔PE6950服务器的强大性能，教师在实验课中可根据学生的数量多少划分出相应的虚拟机，并给每个学生都分配一台虚拟化的服务器，让学生在其上实践所学的各种计算机基础知识，比如安装Unix、Linux、Solaris和windows等不同的操作系统，进行应用软件的配置和优化等等;第二，应用提升。利用虚拟系统可以自由分割、随意组合的特点，教师在实验课中可将不同的系统，包括DNS系统、网站系统、防火墙系统和安全证书等安装在相互独立的虚拟机中，再组合成一个功能齐全的网络应用环境，让学生以身临其境的方式，深入探寻IT网络的运作规律;第三，开拓视野。教师可以因材施教，给学习得比较深入的学生分配多个虚拟机，让其将自己编写的各种程序放在不同的操作系统平台上进行调试，或让其在虚拟的异构平台上模拟各种应用和网络服务，使其实践能力和视野得到进一步的提高。

除了支持实验教学外，新一代的实验教学平台在支持科研上也发挥了重要的作用。由于AMD双核皓龙TM 处理器性能强大，多颗处理器协同工作更是计算能力惊人，因此首都师范大学的很多科研项目在迁移到AMD双核皓龙TM 计算平台上后，项目的进程都得以大大加快。

首都师范大学IT教学实验课虚拟化平台的结构示意图如下：

总体效果：成本节省一半，效率提高一倍

2007年12月，首都师范大学顺利地完成了新一代实验教学平台的部署。截至目前，由AMD双核皓龙TM 2218处理器所支撑的新一代实验教学平台已经稳定运转了3个多月。在过去的3个月中，AMD双核皓龙TM 处理器与虚拟软件密切配合，展示出了强大的性能，灵活高效地支持了实验教学工作的顺利开展，得到了首都师范大学教师和学生的高度认可。

首都师范大学孙卫真副研究员介绍说：“选用AMD双核皓龙TM 处理器和虚拟化解决方案让我们极大地降低了建设成本，我们估算了一下，与传统的基于多台服务器的建设方案比，在提供同样性能的前提下，我们所采用的这种基于AMD双核皓龙TM 处理器的虚拟化解决方案最少能够节省50%-60%的建设成本;除了节省成本外，基于AMD双核皓龙TM 处理器的虚拟化解决方案的更大价值在于其提供了更为强大、灵活和高效的教学支撑能力。由于设备利用率和系统资源调配能力都得到了极大的改善，我们发现利用该解决方案开展实验教学的效率至少比以前提高一倍以上。”

谈及最初之所以选择AMD双核皓龙TM 处理器的原因，孙卫真副研究员介绍说：“多核计算是未来计算技术的主要发展趋势，在多核计算技术上，我们发现AMD走得更为靠前。AMD双核皓龙TM 处理器采用的是直连架构，每个计算核心都拥有独立的高速缓存，处理器内部集成了内存控制器，这些创新的设计能够有效地缓解前端总线架构的系统瓶颈问题，可以支持更快的I/O传输，能够实现更好地系统资源共享。总的看来，AMD双核皓龙TM 处理器能够提供更为强大的性能，尤其是在浮点运算上，AMD双核皓龙TM 处理器的优势体现得更为明显，这一点我们在实际应用中已经有了非常深刻的体会。”

“除了技术更为先进外，我们选择AMD双核皓龙TM 处理器的另一个重要原因是它对虚拟技术提供了很好的支持。比如它的AMD-V(AMD Virtualization)技术与直连架构相结合，能够提供增强的虚拟化性能。又如它所集成的内存控制器提高了虚拟化性能，可以有效地隔离虚拟机内存。我们相信，这些底层的硬件技术能够确保我们虚拟系统的稳定运行，能够让我们充分体验到虚拟实验教学平台的强大、灵活和高效。”