桌面虛擬化在高校公共機房中的應(yīng)用探討

安康學(xué)院信息與教育技術(shù)中心 崔煒榮

1.引言

在高校中，理想的公共計算機機房要能夠滿足來自不同角度的各種需求。例如，對于機房的投資建設(shè)方即學(xué)校管理層，希望在能夠既保證正常教學(xué)又盡可能多的減少投入。對于機房管理員，希望機房能夠易于維護并能快速部署各種操作系統(tǒng)和軟件。對于教師，希望能夠在上課時對學(xué)生機有良好的控制。對于學(xué)生，希望能夠有一個權(quán)限開放的個性化上機環(huán)境。根據(jù)筆者多年的機房管理經(jīng)驗，傳統(tǒng)的普通PC+服務(wù)器的機房構(gòu)架并不能很好的滿足以上需求，而蓬勃發(fā)展的桌面虛擬化技術(shù)，為高校機房建設(shè)開辟了一個全新的方向。

2.桌面虛擬化簡介

2.1 桌面虛擬化的定義

桌面虛擬化又被稱作客戶端虛擬化，主要利用C/S(客戶機/服務(wù)器)模式，把使用者的桌面計算環(huán)境和具體的物理機器分離開來。也就是說，用戶可以利用瘦客戶端或類似設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)獲得和傳統(tǒng)PC一致的用戶體驗。簡單而言，用戶的桌面環(huán)境并不由用戶端生成，而是由遠端服務(wù)器虛擬生成并集中管理。

2.2 桌面虛擬化的產(chǎn)生

桌面虛擬化的產(chǎn)生可追溯為兩種技術(shù)：遠程桌面和虛擬機技術(shù)。遠程桌面技術(shù)是將目標(biāo)機上運行界面?zhèn)鬏數(shù)接脩魧嶋H的操作機屏幕上，并將鍵盤、鼠標(biāo)等外設(shè)輸入，傳輸?shù)侥繕?biāo)機，實現(xiàn)操作。而虛擬機技術(shù)則可以在一臺計算機上虛擬出多臺計算機的桌面使用環(huán)境。而這兩種技術(shù)的正真結(jié)合，標(biāo)志著第一代桌面虛擬化技術(shù)的產(chǎn)生。用戶可以通過各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，遠程登錄到虛擬機服務(wù)器上，在個性化的桌面環(huán)境中獲得和本地PC一樣的體驗。

圖1 桌面虛擬化機房架構(gòu)示意

2.3 桌面虛擬化和無盤工作站的區(qū)別

無盤工作站曾一度是網(wǎng)吧和計算機機房的主流解決方案，它的原理就是把硬盤和主機相互分離。無盤站運行時，從服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)放入內(nèi)存后進行各種計算。這種技術(shù)和桌面虛擬化技術(shù)的主要區(qū)別是：無盤工作站的存儲放在服務(wù)器而計算依舊在本地，所以對本地PC的計算能力有一定要求。而桌面虛擬化的計算和存儲均在服務(wù)器，因此對本地終端的性能基本沒有要求。

3.桌面虛擬化帶來的機房變革

3.1 基于桌面虛擬化技術(shù)的機房架構(gòu)

傳統(tǒng)的計算機機房，每一臺計算機相互獨立，操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件均安裝在本地。服務(wù)器的功能主要是存儲資源及運行一些網(wǎng)絡(luò)軟件的服務(wù)器程序。在這種架構(gòu)下的學(xué)生機亦被稱之為胖客戶機。而基于桌面虛擬化技術(shù)的計算機機房，其架構(gòu)如圖1所示，服務(wù)器將虛擬出多個桌面環(huán)境，通過網(wǎng)絡(luò)交付客戶端使用。也就是說，客戶機本地不再存儲操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序，甚至其桌面計算功能也將由服務(wù)器代為完成。在這種架構(gòu)下的學(xué)生機被稱之為瘦客戶機。

3.2 桌面虛擬化的優(yōu)點

(1)采用集中管理，大大提高管理和維護的效率

根據(jù)教學(xué)需求，安裝和部署各類系統(tǒng)及軟件是機房管理人員日常工作的一項主要內(nèi)容。采用虛擬化技術(shù)，可以使得這項工作異常輕松。以筆者所在的高校機房為例，最早的系統(tǒng)及軟件的安裝是一項艱苦而又繁復(fù)的工作，需要機房管理員手動的對每臺計算機進行操作。后來通過加裝同傳卡，提升了管理維護的效率。但是這種方式仍然有一定局限性，第一，同傳卡在使用過程中的一些步驟仍然需要在各個計算機上手工操作；第二，同傳卡本身的兼容性問題會引入新的故障；第三，同傳的速度依賴于交換機的配置和性能并且同傳的計算機臺數(shù)有限制。如果外網(wǎng)不加隔離，機房的同傳很容易廣播風(fēng)暴，造成校園網(wǎng)的堵塞。以上原因限制了同傳系統(tǒng)進一步提高管理維護效率的能力。而通過將學(xué)生機桌面虛擬化，管理員管理維護的目標(biāo)可以由多臺計算機轉(zhuǎn)變成一臺服務(wù)器。在安裝軟件時，管理員只需要在服務(wù)器上的桌面鏡像上進行一次安裝。教師和學(xué)生就可以快速獲得新的桌面系統(tǒng)。無疑，這樣的方式從根本上革新了管理維護的方式，突破了管理維護的效率瓶頸。可以最大限度的節(jié)約學(xué)校在機房管理維護上投入的人力成本。

(2)在保證數(shù)據(jù)安全的情況下，提供開放的桌面環(huán)境

現(xiàn)有的公共機房，多是采用在每臺PC機上安裝系統(tǒng)保護卡和屏蔽I/O硬件的方式來保證其數(shù)據(jù)安全性，防止學(xué)生隨意下載拷貝資源，安裝軟件，從而破壞由原有管理人員部署的教學(xué)環(huán)境。這種方式一方面保證了機房教學(xué)環(huán)境的整潔度，一方面限制了教師，學(xué)生的課件作業(yè)的拷入和拷入。尤其是當(dāng)實驗項目需要通過多次上機來完成時，現(xiàn)有的機房環(huán)境給學(xué)生作業(yè)的留存造成了很大的困難，也就是說無法很好的保證上機教學(xué)的連續(xù)性。采用桌面虛擬化技術(shù)，每個同學(xué)可以在機房擁有一個和學(xué)號綁定的專屬桌面。這個專屬桌面由服務(wù)器生成和保存。無論任何時間，任何機位，只要輸入帳號和密碼，就可以登入自己的專屬桌面，進行個性化的操作。而機房管理人員也可以很方便的對這些桌面進行管理維護。所以說桌面虛擬化可以很好的平衡和統(tǒng)一機房管理員和機房使用者的需求矛盾。

(3)減少了機房建設(shè)成本，延長了設(shè)備的使用年限

機房的建設(shè)成本主要由設(shè)備購置成本，能源消耗成本及管理成本組成。從設(shè)備購置的角度分析，由于計算機設(shè)備更新?lián)Q代的速度不斷加快，操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件對硬件的要求不斷升高，所有新建的機房往往經(jīng)過4到5年就面臨著設(shè)備淘汰及更新。這種反復(fù)采購，淘汰，再采購再淘汰的方式從長遠來開會造成極大的資源浪費。而采用桌面虛擬化技術(shù)后，由于計算和存儲主要集中在服務(wù)器端，原先的學(xué)生機成為瘦終端。所以只需要對服務(wù)器的軟硬件進行升級即可。這種升級產(chǎn)生的費用遠遠低于更換所有PC機產(chǎn)生的費用，因而降低了設(shè)備的投入成本。從能源消耗的角度分析，瘦客戶端的功耗一般為傳統(tǒng)PC的十分之一，雖然服務(wù)器的耗電會隨著計算壓力的提高有所增高，但是與大量的普通PC機耗電量相比，可以忽略。因而可以極大的降低能耗，符合低碳時代的要求。從管理成本來說，采用桌面虛擬化架構(gòu)，可以極大的減少機房管理人員的工作量，從而減少機房管理人員的人數(shù)，降低了管理成本。

4.影響桌面虛擬化推廣的限制因素

盡管桌面虛擬化技術(shù)能夠給計算機機房的管理維護和使用帶來更為先進的變革，但是就目前而言，桌面虛擬化的推廣依然存在一些限制，主要有：

首先，桌面虛擬化較為成熟的技術(shù)主要掌握在微軟，思杰，VMARE等國外公司。國內(nèi)尚未有成熟的此類公司，因此桌面虛擬化實施的投入成本仍然較高。也就是說通過集中管理成本的降低會被桌面虛擬化服務(wù)器及軟件的費用抵消，使得其一次性成本投入優(yōu)勢不夠明顯。

其次，傳統(tǒng)的PC機除了系統(tǒng)和病毒軟件的更新，用戶通常不會遇到任何系統(tǒng)沖突。然而在桌面虛擬化尤其是最為流行的VDI架構(gòu)下，桌面位于服務(wù)器端，因此桌面服務(wù)交互的過程和應(yīng)用程序數(shù)據(jù)交互的過程會產(chǎn)生對網(wǎng)絡(luò)資源的競爭。如果網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施負載不足，用戶體驗將會大打折扣。也就是說，桌面虛擬化實施的效果更加依賴于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。

最后，桌面虛擬化技術(shù)雖然能夠減少管理人員的數(shù)量，但對管理人員的技術(shù)能力提出了更高的要求。管理人員需要更加專業(yè)才能夠?qū)ζ湓谑褂眠^程中產(chǎn)生的故障進行判定和排除，除非在配置和操作上能夠更加簡單，否則桌面虛擬化技術(shù)的推廣會受到因為機房管理員專業(yè)性欠佳而產(chǎn)生的阻力。

5.結(jié)束語

通過桌面虛擬化技術(shù)，能夠?qū)⒃确植际降母咝９矙C房架構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橐子诠芾砭S護和使用的集中式架構(gòu)。這種方案也是“云計算”時代里“私有云”的一個典型應(yīng)用。盡管此種架構(gòu)現(xiàn)在高校中尚未普及，但是由于其成本和管理上的巨大優(yōu)勢，將毫無疑問的成為未來發(fā)展的趨勢，值得進一步研究。

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