高職院校桌面云系統(tǒng)項目設計

葛玉軍

（江蘇省南通衛(wèi)生高等職業(yè)技術(shù)學校，江蘇 南通226007）

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展和高校教學、科研、管理的需求變化，基于互聯(lián)網(wǎng)的服務需求激增。采用云計算模式，提供可用的、便捷的、按需的網(wǎng)絡訪問，通過資源共享池的合理配置，可快速提供桌面應用和資源服務，大大減輕管理的壓力。桌面云體系結(jié)構(gòu)下，基礎網(wǎng)絡和資源運營與管理的彈性化和按需化可實現(xiàn)基礎設施的效率最大化，使高校的桌面用戶能夠共享云平臺上先進的軟硬件資源，享受優(yōu)質(zhì)的信息化服務。

1 桌面云系統(tǒng)

1.1 基本概念

桌面云是通過瘦客戶端或者其他任何與網(wǎng)絡相連的設備來訪問跨平臺的應用程序，以及整個客戶桌面。就是通過云計算軟件來實現(xiàn)桌面的統(tǒng)一，資源的共享，讓客戶端脫離主機，用顯示器和云端設備就能實現(xiàn)登錄，從而減少管理和維護費用。

1.2 桌面云系統(tǒng)價值

（1）管理集中。在桌面云解決方案里，管理是集中化的，通過控制中心管理成百上千的虛擬桌面，所有的更新只需要更新一個基礎鏡像就可以了，重啟虛擬桌面就可以看到所有的更新，從而大大節(jié)約管理成本。

（2）性能安全。在桌面云解決方案里，所有的數(shù)據(jù)以及運算都在服務器端進行，客戶端只是顯示其變化的影像而已，所以不需要擔心客戶端的非法竊取。

（3）節(jié)能環(huán)保。傳統(tǒng)個人計算機的耗電量非常大，每臺傳統(tǒng)個人計算機的功耗在200W左右。采用云桌面方案，每個瘦客戶端的電量消耗在16W左右，只有原來的8%，能耗大減。

（4）降低成本。IT產(chǎn)品的成本包括初期購買、生命周期的管理維護和能耗、硬件更新升級等支出。從桌面云在整個生命周期的成本看，初期硬件上的投資較大，要購買新的服務器來運行云服務。但是，傳統(tǒng)桌面的更新周期是3年，服務器的是5年，硬件上的成本基本相當，由于軟成本的大大降低，軟成本在 TCO(Total cost of ownership)中占有較大比重，所以，采用云桌面的TCO大大減少了，相比傳統(tǒng)桌面可減少40%。

2 桌面云設計案例

江蘇省南通衛(wèi)生高等職業(yè)技術(shù)學校為了加強信息化應用體系建設、推進優(yōu)質(zhì)數(shù)字教育資源建設與共享行動、不斷提高教育信息化的普及和應用水平，擬建設一套桌面云系統(tǒng)，用作日常教學、辦公使用。

2.1 需求分析

系統(tǒng)需要連接學校160個教室，即160個桌面云終端，需準備200個軟件授權(quán)。要求虛擬化平臺可以保證教學環(huán)境的正常運行,集中化管理用戶的桌面及各種教學應用程序，同時盡量保證用戶的桌面使用。項目重點是云平臺的搭建、桌面云的部署、桌面系統(tǒng)的安全防護、教師終端和教育應用軟件的部署。

2.2 設計目標

此項目旨打造校園智能化管理環(huán)境，構(gòu)建校園教育云計算基礎平臺，加快推進數(shù)字化校園建設，創(chuàng)新運行機制和管理模式。項目建成后，提供靈活、安全的桌面工作環(huán)境，同時無需對現(xiàn)有的前后臺應用作大規(guī)模改造。技術(shù)上選擇采用虛擬化的方式，實現(xiàn)集中的應用管理構(gòu)架。項目擬實現(xiàn)以下目標：

（1）教師可以隨時隨地辦公、學習。將電腦在教育中的應用從電教室、辦公室等固定場所解放出來，通過無線、3G、寬帶等網(wǎng)絡技術(shù)實現(xiàn)隨時隨地訪問。

（2）實現(xiàn)應用管理的集中化。虛擬應用和桌面集中部署于學校數(shù)據(jù)中心的虛擬化服務器上，終端設備上無需部署應用。

（3）虛擬應用和虛擬桌面可以單獨發(fā)布，教師既可以單獨使用虛擬桌面也可以單獨使用虛擬應用，使用虛擬桌面和虛擬應用都不占用本地計算機資源，低配置計算機也能靈活使用桌面和應用。

（4）可以迅速地、靈活地部署最新的應用軟件，能良好兼容學校的現(xiàn)有設計和應用程序，并且對未來可能的應用及安全構(gòu)架有良好的兼容性。

（5）后臺桌面虛擬化平臺可以發(fā)布 VDI（Virtual Desktop Infrastructure）桌面、池桌面、共享桌面、流桌面，并可以通過IOS、Android、blackberry、windowsmobile移動智能設備訪問虛擬桌面和虛擬應用，以滿足廣大師生的教學需要。

（6）確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩煽啃?。在?shù)據(jù)中心到終端網(wǎng)點的網(wǎng)絡中傳輸?shù)氖墙?jīng)過專有TCP協(xié)議加密的屏幕刷新和鍵盤鼠標操作等信息，此協(xié)議可以被廣域網(wǎng)加速，降低帶寬開銷。

（7）應用和桌面全部運行在服務器端，運行在高性能的服務器上可以使應用的性能得到提升。

（8）構(gòu)架設計遵循開放、靈活的原則，以適應系統(tǒng)擴充以及日后的需求變更，應用虛擬化方案可以適應主流的服務器、客戶端的硬件配置，對學?，F(xiàn)有的服務器、PC等設備可充分利用，便于日常維護。

（9）可擴展性強，在業(yè)務規(guī)模增大時，可快速擴容部署。虛擬化桌面與虛擬化應用必須支持多種服務器虛擬化平臺 （Citrix XenServer、VMware vsphere、Microsoft Hyper-V）方便日后學校數(shù)據(jù)中心擴展有更靈活的選擇。

圖1 云平臺架構(gòu)圖

2.3 功能實現(xiàn)

針對目前教師電腦在日常工作中存在的問題與要求，我們推薦采用瘦終端與Citrix虛擬桌面中的VDI桌面方式來解決現(xiàn)在的問題與滿足用戶需求。解決方案可以實現(xiàn)：

（1）用云終端取代傳統(tǒng)PC作為客戶端。實用、美觀、零維護。

（2）隨時隨地，使用任意終端，只要輸入個人的賬號，就可以訪問個人的虛擬桌面。實現(xiàn)充分的個性化，可以安裝自己的所需要的應用，連接自己的各種外設。

（3）可以實現(xiàn)應用程序的集中管控，通過兩種方式交付給老師。其一，用戶在應用商店中自助式的選擇應用程序；其二，由管理員在后臺集中進行安裝和推送。

（4）在云中，有自己海量的存儲空間，并隨時可以通過虛擬桌面訪問自己的各種數(shù)據(jù)。不受網(wǎng)絡帶寬限制，只要安全策略允許，就可以訪問云桌面。可以統(tǒng)一更新新客戶端硬件平臺。

（5）減少學校電費開支，動態(tài)分配資源。數(shù)據(jù)集中管理，保證數(shù)據(jù)安全。

2.4 系統(tǒng)構(gòu)架

（1）面向?qū)W校的教育云根據(jù)學校的現(xiàn)狀和發(fā)展需求，平臺架構(gòu)在集中的區(qū)域數(shù)據(jù)中心，建立起一個集約化的，高度自動化管理的教育云平臺?？傮w模塊示意圖如圖1所示。

（2）基于Citrix FlexCast按需交付技術(shù)的云平臺架構(gòu)。Citrix作為桌面虛擬化解決方案領域中的領導者。不同的場景、不同的崗位上的教職工需要不同類型的桌面。

（3）項目虛擬桌面場景設計。針對學校的各種應用場景，使用集中的VDI的虛擬桌面來部署。在VDI方式下，用戶可通過各種終端設備接收虛擬的Microsoft Windows XP或Vista桌面。

（4）虛擬桌面整體構(gòu)架。在基于網(wǎng)絡環(huán)境劃分成三個部分：終端層、虛擬桌面層和后臺應用層，各部分之間使用防火墻嚴格隔離，只開放訪問必須的端口。將用戶終端隔離后可以對后臺應用服務器起到很好的保護作用，用戶所有的個人桌面、應用和文檔被集中控制在虛擬桌面層。

2.5 模塊功能

（1）Web Interface。 網(wǎng)絡入口服務器 Web Interface（WI）負責顯示基于Web的界面，當用戶順利通過身份驗證后可以看到自己可用的虛擬桌面。其相當于云桌面的訪問門戶。

（2）基礎架構(gòu)服務器集群。許可證服務器（License）負責Citrix桌面虛擬化的許可證管理和查詢。活動目錄 （AD）服務器提供標準的LDAP目錄服務，負責用戶的身份驗證和所有桌面虛擬化組件之間的信任互訪。數(shù)據(jù)庫服務器（DB）負責存放桌面虛擬化以及應用虛擬化的所有配置信息，同時也可以保存這些服務器的歷史性能數(shù)據(jù)。應用虛擬化服務器（XenApp）負責向用戶推送共享桌面。桌面虛擬化控制器Desktop Delivery Controller（DDC）是基礎架構(gòu)服務器的核心組件，提供如下服務：XML服務、控制器服務、資源池服務、IMA服務等。

（3）虛擬桌面承載服務器集群。虛擬桌面承載服務器底層使用XenServer服務器虛擬化技術(shù)，每臺物理機上虛擬出一定數(shù)量的虛擬桌面，目前虛擬桌面以Xp操作系統(tǒng)為主，教師桌面上除了承載標準的教師應用外，還運行著一個Citrix的服務：虛擬桌面代理服務負責與Desktop Delivery Controller進行注冊并保持與控制器的心跳檢測。

（4）OS鏡像管理和交付模塊。OS鏡像管理和交付模塊是由Provisioning Server（置備服務器，簡稱PVS）組件來完成的。PVS在虛擬化基礎架構(gòu)上為多臺XenApp服務器實例提供了老師桌面操作系統(tǒng)鏡像。

（5）Access Gateway 和 NetScaler。Access Gateway是外網(wǎng)用戶接入虛擬桌面構(gòu)架的安全接入網(wǎng)關。負責把所有從終端設備網(wǎng)段到后臺服務器之間的通訊封裝在使用443端口的加密通道中。NetScaler負責為網(wǎng)絡入口Web Interface提供負載均衡支持以提供Web Interface組件的高可用性。

2.6 服務器及硬件規(guī)劃

本項目的運行環(huán)境配置依據(jù)教師用戶數(shù)為160個，使用VDI方式，可以承載160個并發(fā)的VDI方式桌面；應用虛擬化云平臺服務器集中部署在數(shù)據(jù)中心；服務器典型配置多為2路8核CPU、64GB或128G內(nèi)存的PC服務器；基礎架構(gòu)服務器集群包括虛擬服務器、SQL數(shù)據(jù)庫服務器、桌面控制服務器；VDI桌面和共享桌面承載服務器集群。根據(jù)160教師并發(fā)用戶數(shù)量及每用戶對服務器資源占用情況的估算。160個VDI虛擬桌面，取普通用戶和Power用戶的中間值，Windows 7，2G內(nèi)存，每個物理CPU內(nèi)核支持4個用戶，每用戶2G內(nèi)存為參考值，計算服務器硬件資源的需求。

2.7 存儲子系統(tǒng)規(guī)劃

存儲子系統(tǒng)采用IPSAN存儲：虛擬機操作系統(tǒng)鏡像部分、老師等用戶個人數(shù)據(jù)存儲公共數(shù)據(jù)存儲。使用IPSAN。每個虛擬操作系統(tǒng)計劃分配30G空間，160個桌面建議配置 6TB可用的共享存儲。另外，如果每個用戶需要額外的20GB個人存儲空間，160個用戶需要4TB可用共享存儲。按每臺虛擬機需要50GB計算，10臺虛擬機共需0.5TB左右可用共享存儲。一共需要大約10.5TB可用共享存儲。按照每用戶運行虛擬桌面時需要存儲15IOPS計算,如擴大到200個用戶，共需要3000IOPS。

2.8 用戶終端

瘦終端是使用桌面云的設備，一般是一個內(nèi)嵌了獨立的嵌入式操作系統(tǒng)，可以通過各種協(xié)議連接到運行在服務器上的桌面的設備。本項目160個用戶終端采用瘦客戶機，瘦客戶云終端與桌面圖形終端兩位一體，能夠提供多媒體、圖形處理能力，保證業(yè)務處理速度。

3 系統(tǒng)擴展

由于采用了模塊化的設計，當后續(xù)有需要增加虛擬桌面數(shù)量時，整體構(gòu)架，基礎構(gòu)架服務部分幾乎不需要改變。只需要擴充以下模塊即可平滑增長系統(tǒng)用戶容量，VDI桌面和共享桌面承載服務器集群；IP SAN存儲容量，添加磁盤數(shù)量，其中VDI和共享桌面承載集群按比例增加即可。