電子閱覽桌面虛擬化設(shè)計(jì)

胡昕

摘 要 按照軟件生命周期進(jìn)行設(shè)計(jì)的，通過系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)測試等環(huán)節(jié)詳細(xì)討論了桌面虛擬化系統(tǒng)的開發(fā)過程。分析了系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能需求，其中重點(diǎn)分析了鏡像管理、客戶端設(shè)置、客戶端操作等業(yè)務(wù)功能。

關(guān)鍵字 桌面虛擬化 全網(wǎng)集中管理 虛擬化本地緩存機(jī)制

中圖分類號：TP3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

電子閱覽有他特有的簡單高效的利用，在客戶端上可以比較簡單和快捷的進(jìn)入閱覽模式，虛擬的桌面采用的是服務(wù)器從網(wǎng)絡(luò)來推送的模式，在服務(wù)器端安裝各種用戶所需要的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的系統(tǒng)鏡像，所有客戶機(jī)均采用網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)模式，開機(jī)后由服務(wù)器推送操作系統(tǒng)與服務(wù)到客戶機(jī)。該系統(tǒng)的技術(shù)原理架構(gòu)如下圖 所示：

系統(tǒng)技術(shù)原理模式

操作系統(tǒng)容器（OSContainer）處在最上層。在容器中可以容納多個(gè)操作系統(tǒng)包。例如 winxp 系統(tǒng)包，win7 系統(tǒng)包等，放在服務(wù)器端。 操作系統(tǒng)推送器（OS Delivery Layer），操作系統(tǒng)包通過操作系統(tǒng)推送器進(jìn)行服務(wù)器和客戶機(jī)之間的系統(tǒng)推送，也就是將系統(tǒng)發(fā)送到客戶機(jī)。局域網(wǎng)（LAN）代表服務(wù)器將操作系統(tǒng)包推送到客戶機(jī)的網(wǎng)絡(luò)是本地局域網(wǎng)。例如是在本校區(qū)內(nèi)?；ヂ?lián)網(wǎng)（Internet）代表服務(wù)器將操作系統(tǒng)包推送到客戶機(jī)的網(wǎng)絡(luò)是廣域網(wǎng)，例如橫跨地理分散的兩個(gè)校區(qū)之間。 操作系統(tǒng)執(zhí)行器（OS Executive）是安裝在客戶端的程序，負(fù)責(zé)接收服務(wù)器發(fā)來的系統(tǒng)并執(zhí)行相應(yīng)的操作，和 OS Delivery Layer 聯(lián)系。主要接收的是非微軟的系統(tǒng)包。 虛擬機(jī)（VMS）是安裝在客戶端的程序，負(fù)責(zé)接收服務(wù)器發(fā)來的系統(tǒng)并執(zhí)行相應(yīng)的操作，和 OS Delivery Layer 聯(lián)系。主要接收的是微軟的系統(tǒng)包。 硬件（Hardware）是客戶端本身。

以下幾個(gè)基本原則是劃分功能模塊時(shí)主要考慮的：

（1）在模塊化分析時(shí)首先要對系統(tǒng)的主要功能抽象化，就是將一些具體的問題進(jìn)行抽象化，然后對系統(tǒng)進(jìn)行分層考慮，一層一層地從最高層次到最低的層次，最后采用從抽象到現(xiàn)實(shí)的方式來解決問題。

（2）逐步求精，把問題的求解過程分成多個(gè)步驟或階段，每一步都比前一步更接近問題的解法。如果說抽象使得設(shè)計(jì)者能夠描述過程和數(shù)據(jù)而忽略低層的細(xì)節(jié)，那么求精有助于設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過程中揭示低層的細(xì)節(jié)。

（3）模塊化，即把軟件按照已經(jīng)定好的原則劃分為一個(gè)個(gè)較小的、相互獨(dú)立的但又相互關(guān)聯(lián)的部件，實(shí)際上是系統(tǒng)分解和抽象的過程。

（4）每個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)對于其它模塊來說應(yīng)該是隱蔽的。塊中所包含的信息不允許其它不需要這些信息的模塊使用。

（5）模塊獨(dú)立，模塊間關(guān)聯(lián)和依賴程度盡可能小。

本系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)功能如下：

① 全網(wǎng)更新一勞永逸

無論系統(tǒng)、軟件、補(bǔ)丁新增及更新，真正實(shí)現(xiàn)在一臺(tái)工作站上操作一次，彈指間，網(wǎng)內(nèi)所有客戶機(jī)即已更新。完全無需對其它機(jī)器進(jìn)行任何配置與操作，讓管理人員真正從繁雜枯燥的重復(fù)性工作中解放出來。

② 個(gè)性需求應(yīng)付自如

無上限的鏡像關(guān)聯(lián)分配，滿足任何對系統(tǒng)有復(fù)雜要求的環(huán)境，徹底解決個(gè)性化要求。此外，還能為教師提供個(gè)性化桌面、課件等服務(wù)，當(dāng)老師走進(jìn)教室，電腦已自動(dòng)開機(jī)并自動(dòng)準(zhǔn)備好其備課內(nèi)容及教學(xué)所需的操作系統(tǒng)。教師的課件或?qū)W生的個(gè)人資料存放采用集中存放統(tǒng)一管理的賬戶控制方式，在 IP 可達(dá)的任意機(jī)器即可自由存取，而且上傳內(nèi)容自動(dòng)加密保證內(nèi)容安全。

③ 集中管理 ?智能監(jiān)控

桌面虛擬化系統(tǒng)采用全網(wǎng)多點(diǎn)集中式管理，讓異地遠(yuǎn)程維護(hù)成為可能，管理人員無需奔走于各教學(xué)樓及校區(qū)之間，界面簡潔操作方便快捷。服務(wù)器端有全功能智能監(jiān)控軟件，發(fā)信息、傳文件、硬件信息查看、數(shù)據(jù)包及桌面實(shí)時(shí)監(jiān)控等一應(yīng)俱全。

④ 容災(zāi)備份 ?高枕無憂

網(wǎng)卡熱備份、服務(wù)器雙機(jī)熱備份、本地客戶機(jī)硬盤加虛擬系統(tǒng)雙重備份等竭盡所能的容災(zāi)保障。

⑤ 快速部署 ?輕松維護(hù)

系統(tǒng)部署一站式完成，與更新內(nèi)容無異，其它機(jī)器僅需修改 BIOS 后通過 PXE引導(dǎo)即可以多種模式加入桌面虛擬化系統(tǒng)。部署后將大量節(jié)省維護(hù)人員的時(shí)間成本，極大地提升工作效率，再也無需疲于分身焦頭爛額，一切由桌面虛擬化系統(tǒng)來完成。

在設(shè)計(jì)虛擬化系統(tǒng)時(shí)主要工作是完成兩個(gè)模塊：文件鏡像管理和數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)和部署，鏡像管理在桌面虛擬化系統(tǒng)中非常重要，因?yàn)橛?jì)算機(jī)客戶端要獲取的系統(tǒng)在服務(wù)器上是以鏡像形式存在的，根據(jù)不同的系統(tǒng)、不同的應(yīng)用需求，可以制作許多不同的鏡像，方便客戶端的調(diào)用。因?yàn)橐粋€(gè)鏡像制做好使用后，經(jīng)常要做些小的修改，所以在鏡像的基礎(chǔ)上要增加一些鏡像的快照。基于鏡像下的客戶端設(shè)置模塊是子系統(tǒng)的重要部分，客戶端設(shè)置模塊包括了服務(wù)器端和客戶端的一些功能，是使用率非常高的。客戶端設(shè)置模塊用以設(shè)置客戶端的一些基本參數(shù)例如本機(jī) IP 地址，服務(wù)端 IP地址，網(wǎng)關(guān)等，還有設(shè)置客戶端的啟動(dòng)方式是本地還是網(wǎng)絡(luò)，是網(wǎng)絡(luò)方式啟動(dòng)的話可以設(shè)置本地的啟動(dòng)菜單，還有可以將客戶端系統(tǒng)作為鏡像上傳到服務(wù)器，還可以重建客戶端的本地緩存，對客戶端的一些功能設(shè)置。虛擬化系統(tǒng)采用虛擬系統(tǒng)加本地系統(tǒng)互為備份、相互更新，正常運(yùn)作時(shí)本地硬盤可作為回寫緩存使用降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)。當(dāng)虛擬系統(tǒng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障或者服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，可完全拋開服務(wù)器并使用本地系統(tǒng)進(jìn)入，且該系統(tǒng)完全處于本地磁盤保護(hù)狀態(tài)，無需擔(dān)心惡意破壞。當(dāng)客戶端存在本地系統(tǒng)及虛擬系統(tǒng)的情況下，系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)會(huì)自動(dòng)判斷本地系統(tǒng)是否為最新狀態(tài)，當(dāng)本地系統(tǒng)緩存已被更新則優(yōu)先進(jìn)入本地緩存系統(tǒng)，減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)從而合理利用本地資源，減輕服務(wù)器壓力。當(dāng)虛擬系統(tǒng)被更新則優(yōu)先進(jìn)入虛擬系統(tǒng)，并在后臺(tái)進(jìn)行對比、穿透更新。并且支持客戶端多虛擬系統(tǒng)引導(dǎo)，根據(jù)需要進(jìn)入不同的虛擬系統(tǒng)。

另一個(gè)重要部分是數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)和部署，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)任務(wù)是根據(jù)給定的軟件系統(tǒng)應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)出合理的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。下面進(jìn)行桌面虛擬化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)：

客戶端：客戶端就是計(jì)算機(jī)，物理地址是客戶端中的主鍵，所屬群組為該表的外鍵。

鏡像表：鏡像表描述的是教學(xué)樓多媒體教室客戶端所使用的系統(tǒng)鏡像信息，它的屬性有鏡像名稱、鏡像位置、鏡像大小、映射狀態(tài)和鏡像描述等。其中，鏡像名稱是該數(shù)據(jù)表的主鍵。

快照表：快照表用來存放在原有鏡像基礎(chǔ)上所做修改后的鏡像快照信息，其中，快照名稱是主鍵，鏡像路徑是外鍵。

客戶端狀態(tài)表：客戶端狀態(tài)表用來存放客戶端當(dāng)前的狀態(tài)，如 I/O 服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò) I/O 字節(jié)，緩存 I/O 字節(jié)等。

桌面漫游用戶：桌面漫游用戶主要對應(yīng)的是給使用者用戶名和密碼登錄的用戶，是桌面漫游用戶的一些基本信息。包括的屬性有用戶編號、用戶姓名、用戶密碼、鏡像使用狀態(tài)、系統(tǒng)還原、緩存路徑等。

群組表：群組表用來存放客戶端所屬群組的信息，包括的屬性有電腦名、網(wǎng)卡物理地址、分配的 IP、詳細(xì)描述、所屬群組。

桌面漫游用戶和鏡像表是一對多的關(guān)系，理解為 1 個(gè)桌面用戶可以加載多個(gè)系統(tǒng)，也就是可以自由選擇系統(tǒng)。此外，還表示出了鏡像表與快照表之間的關(guān)系，兩個(gè)表一對多的關(guān)系表示一個(gè)鏡像可以生成很多快照。此外，客戶端與客戶端狀態(tài)表存在著 1 對 1 的關(guān)系，理解為一個(gè)客戶端在客戶端狀態(tài)表里有一個(gè)狀態(tài)。還有客戶端與群組表存在著多對多的關(guān)系，可以理解為 1 個(gè)客戶端可以加入多個(gè)群組，而每個(gè)群組里有多個(gè)客戶端。還有客戶端和鏡像表也是多對多的關(guān)系，可以理解為 1 個(gè)客戶端加載多個(gè)鏡像，而一個(gè)鏡像可以給多個(gè)客戶端加載。

與傳統(tǒng)的管理模式相比，桌面虛擬化的好處就是可以對系統(tǒng)桌面進(jìn)行統(tǒng)一的升級和管理，既能節(jié)約響應(yīng)問題的時(shí)間，又能節(jié)省人力，這對學(xué)校 IT 部門進(jìn)行計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一管理帶來了一定的好處，尤其是那些分散在學(xué)校各個(gè)角落里的計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)在桌面虛擬化技術(shù)逐漸成熟，借著高校計(jì)算機(jī)應(yīng)用需求、管理需求的不斷上升的熱潮，桌面虛擬化迎來了發(fā)展的契機(jī)，相信以后桌面虛擬化的成熟必將為學(xué)校的 IT 管理提供更加便捷的方法。

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