云計算環(huán)境下高校公共機房虛擬化桌面建設方案研究

崔茂應,高春林,楊 莉,李永強*

（云南中醫(yī)學院,云南昆明,650500）

云計算環(huán)境下高校公共機房虛擬化桌面建設方案研究

崔茂應,高春林,楊 莉,李永強*

（云南中醫(yī)學院,云南昆明,650500）

根據(jù)高等院校公共機房現(xiàn)狀，分析了當前機房建設與管理存在的一系列問題。而教育信息化已進入應用轉型的時期，高校公共機房改革已經(jīng)迫在眉睫，站在管理員的角度，有針對性的提出了在云計算環(huán)境下公共機房使用桌面虛擬化應該必備那些功能，并說明了云計算環(huán)境下公共機房使用虛擬化帶來的一系列好處，相比傳統(tǒng)PC 有更多的優(yōu)勢，所以在教育行業(yè)虛擬化越來越受青睞。

云計算;虛擬化;云桌面

1 概述

1.1 背景

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》以及《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年） 》中明確指出，教育管理信息化系統(tǒng)建設是支撐教育管理現(xiàn)代化、促進教育改革發(fā)展的基礎性工程，并指出信息技術對教育發(fā)展具有革命性影響。

目前，教育信息化已進入應用轉型的時期，正逐步由搭建校園網(wǎng)等基礎設施平臺向深化應用，以應用驅動現(xiàn)代教育的發(fā)展轉型發(fā)展。如何利用新一代信息技術，實現(xiàn)教育信息化的快速發(fā)展是教育信息化建設面臨的新挑戰(zhàn)。

近年來，高校實驗機房的計算機更換頻率越來越高。一方面，高校中的各個科目都涉及到對計算機的應用，學校對計算機數(shù)量的需求大大增加；另一方面，基礎實驗室機房計算機使用密度及負荷非常大，機房每天除了要完成大量的常規(guī)計算機類教學，還要承擔各種涉及到計算機應用的任務，為全校師生提供基礎教學、考級考試、測評、培訓等上機服務，學生學習和業(yè)余生活的重要場所也是機房。因此機房維護和管理非常復雜，主要體現(xiàn)在以下5個方面：1、計算機性能趕不上軟件更新速度；2、教學系統(tǒng)部署、升級和維護困難；3、多系統(tǒng)環(huán)境需求；4、機房PC眾多，維護管理困難；5、總體運維成本高。

針對上述問題，高校公共機房的改革已經(jīng)迫在眉睫。隨著云計算技術和應用的普及，同時帶動桌面虛擬化的發(fā)展，相比傳統(tǒng)PC而言桌面虛擬化有著低成本，高可靠性，低維護量，高安全性、靈活多變的特點，它在教育行業(yè)越來越受青睞。

1.2 建設意義

（1）建設云時代標準實驗室機房

為使機房教育裝備、實驗教學、實驗室管理上一個新臺階，更好的為教學實驗服務，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，有必要創(chuàng)建云時代標準計算機實驗室。

（2）將數(shù)據(jù)中心、計算機實驗室管理推向云管理模式

云計算在數(shù)字化校園中的主要目的是更好更有效的服務于廣大師生，通過桌面虛擬化技術可以使校園客戶端真正實現(xiàn)云化。

（3）打造綠色教學環(huán)境，建設更兼容，更容易擴展的機房系統(tǒng)環(huán)境

單一視圖的集中化管理平臺，綠色環(huán)保的終端設備，彈性資源分配，云管理方式，打造更容易整合與擴展的系統(tǒng)。

1.3 方案設計最終目標

（1）最終用戶體驗要和使用PC機一樣

虛擬桌面能夠提供的各種功能與目前用戶使用的PC一樣。

（2）可靠性

方案應該保證教學業(yè)務連續(xù)性，單點故障不能影響到整體架構，不會導致系統(tǒng)癱瘓。并且支持主動監(jiān)控服務和報警機制、支持負載共享或故障切換機制，實現(xiàn)負荷無縫轉移。

（3）可管理性

通過管理端實現(xiàn)對整個平臺進行統(tǒng)一管理，包括服務器、虛擬機、虛擬機操作系統(tǒng)、應用軟件等。將教學環(huán)境中的應用軟件和桌面進行集中管理，可以根據(jù)需要隨時調(diào)整教學環(huán)境的應用部署，簡化客戶端的教學環(huán)境配置和部署要求。在控制臺能夠監(jiān)看整個平臺的運行狀態(tài)，包括服務器、終端和網(wǎng)絡。

2 教育桌面云的解決方案

2.1 方案說明

針對桌面虛擬化的需求應采用以用戶為中心的計算模式，滿足機房教學環(huán)境的需求，保持學生桌面使用習慣和良好的使用體驗，同時滿足集中教學管理和數(shù)據(jù)安全的需求，解決機房桌面管理的各種難題。

虛擬桌面：可使用瘦終端，多個客戶端通過網(wǎng)絡連接同時登陸訪問服務器上的VM，各終端之間互相隔離，每個人都是獨立的桌面體驗，都可以訪問、使用VM里的所有軟件和數(shù)據(jù)資源。

存儲：所有桌面應用系統(tǒng)及用戶數(shù)據(jù)，集中存儲在后端高性能的共享存儲上，當物理服務器出現(xiàn)故障時，可以很方便的將虛擬機動態(tài)遷移至其他服務器上運行，保持終端訪問使用的連續(xù)性。

2.2 教育桌面云應該具有的解決方案

（1）搭建虛擬化的IT架構

為學校機房網(wǎng)絡、多服務器共建一個資源池（云），通過B/ S架構集中化管理，根據(jù)教學業(yè)務需要動態(tài)創(chuàng)建、刪除、備份虛擬機，快速部署虛擬的教學業(yè)務環(huán)境，動態(tài)遷移虛擬機保證教學業(yè)務連續(xù)性，并提供數(shù)據(jù)共享存儲管理，性能實時監(jiān)測，和故障報警等。

（2）單一視圖的集中化管理平臺

教育桌面云采用B/S架構，單一簡潔的全圖形化管理界面，用戶在任意聯(lián)網(wǎng)的PC上通過瀏覽器便可訪問平臺，并可以實現(xiàn)服務器、用戶、桌面、場景、終端、存儲等的全面集中管理。

教育桌面云平臺的集中部署模式將虛擬桌面環(huán)境部署在數(shù)據(jù)中心，終端只進行顯示與操作處理，學生使用瘦客戶端通過網(wǎng)絡可以訪問自己的虛擬桌面環(huán)境；而管理者只需對局域網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)中心軟硬件進行管理，實現(xiàn)了管理維護的簡化。

（3）快速部署針對性教學環(huán)境

利用桌面云可以方便制作針對性軟件環(huán)境模板，通過模板可以實現(xiàn)桌面環(huán)境的批量創(chuàng)建、更新、分發(fā)，數(shù)百臺終端瞬間即可使用相應的教育環(huán)境，達到快速部署教學環(huán)境的目的。教學應用軟件的安裝及配置變化，均可以通過管理控制臺在服務器端來集中操作，大大簡化了教學辦公環(huán)境的配置和部署。

（4）“一鍵更新”,快速更新桌面環(huán)境

教育桌面云能支持編輯系統(tǒng)模板；在模板中安裝系統(tǒng)補丁、軟件更新或者部署應用，利用“一鍵更新”完成所有虛擬機的更新維護。學生登錄即可獲取一個新的桌面，實現(xiàn)教學環(huán)境的快速更新。

（5）雙虛擬桌面使用模式

桌面云應支持教學桌面和個人桌面兩種使用場景。

在教學場景下，用戶登錄不需要賬戶密碼驗證，上機過程中所做修改在下次登錄時自動丟棄，系統(tǒng)還原為初始環(huán)境，避免病毒干擾，文件損壞，系統(tǒng)破壞等影響教學使用的情況出現(xiàn)。

在個人桌面下，用戶在使用過程中的數(shù)據(jù)可以被保留，以滿足作業(yè)、考試等特殊情況下的使用。

（6）對教學管理支持

a、教室管理

自定義教室信息，可將機房內(nèi)的終端按需劃分到不同的教室當中，不同的教室可以上不同的課程（按教室分配不同的虛擬桌面），多個教室也可以上相同的課程（分配環(huán)境相同的虛擬桌面）。

b、課表計劃

管理員可以提前在場景中部署好教學環(huán)境，然后在系統(tǒng)中輸入課表計劃，包括上課時間、下課時間、學生人數(shù)、授課老師、使用場景等信息。課表計劃創(chuàng)建好之后，場景按時自動啟動，學生開啟終端便可直接獲取虛擬桌面使用。

c、教學場景管理

教育桌面云應可創(chuàng)建不同的教學場景，如測試場景、考試場景、教學模式。每種模式都可創(chuàng)建獨立的桌面教學環(huán)境，并實現(xiàn)按指定時間段自動激活場景模式，即支持基于從課表的相應鏡像模板創(chuàng)建虛擬教學桌面環(huán)境。

根據(jù)教學需求新建多個虛擬機環(huán)境場景，并且與教室、終端關聯(lián)（例如場景模式1關聯(lián)的是教室1，則只有教室1里的終端才能訪問該場景）；多個場景可以同時激活，供用戶選擇使用。

d、批量更改信息

在創(chuàng)建大量虛擬桌面環(huán)境的時候，平臺支持終端批量綁定IP地址、計算機名， 從而更加便于教學管理。

為了滿足考試或其他應用的需求，可以批量修改虛擬桌面環(huán)境的IP地址，系統(tǒng)登錄名，計算機名，方便統(tǒng)計信息。

（7）隨身攜帶個性化應用桌面

教師可以擁有自己的個性化桌面環(huán)境，無論在辦公室、教室還是家中，也無論任何一臺PC、瘦客戶端還是筆記本，只要網(wǎng)絡正常，教師都可以通過網(wǎng)絡訪問自己專屬桌面環(huán)境進行備課或辦公。

（8 ）流暢的應用體驗

大量用戶訪問時，自動平衡負載，保證接入性能；高效的桌面虛擬化協(xié)議，確保OFFICE，CAD等各類應用軟件運行流暢，支持720P高清視頻播放，完全媲美PC的使用體驗。

（9）多重保障機制

a、水平擴展

教育桌面云平臺內(nèi)置實現(xiàn)了群集功能，是一個分布式的虛擬化平臺，在 平臺中每臺服務器被稱為一個計算節(jié)點，當教學辦公使用規(guī)模擴大時，可以方便地通過在平臺中加新的計算節(jié)點來進行水平擴展，擴展整個桌面虛擬平臺的計算能力。

b、動態(tài)遷移

當一臺服務器運行失效，可以實時將虛擬機整體遷移至另一臺物理服務器上重新啟動，保證終端教學業(yè)務訪問的連續(xù)性和穩(wěn)定性，減少應用的停機時間，保障教學延續(xù)性。實現(xiàn)動態(tài)遷移，需要有2臺或2臺以上的服務器和共享存儲。

c、負載均衡

在教育桌面云平臺虛擬桌面平臺中，管理控制臺負責收集監(jiān)控每個計算節(jié)點的一些動態(tài)信息，如CPU、內(nèi)存、虛擬機個數(shù)等信息并與進行相應的信息處理。當有新建虛擬桌面時請求時，自動將請求轉到負載最輕的計算節(jié)點上進行創(chuàng)建，進行自動負載均衡，減少因教學資源利用不均衡引起的教學故障。

d、備份與恢復

具有虛擬機在線創(chuàng)建快照功能；若因虛擬服務器報錯影響教學業(yè)務正常運行，可快速恢復，避免系統(tǒng)故障帶來的教學業(yè)務中斷；支持控制臺數(shù)據(jù)備份，保存控制臺規(guī)劃內(nèi)容（如虛擬桌面數(shù)據(jù)，用戶數(shù)據(jù)），以便于數(shù)據(jù)因意外丟失引起的教學事故。

3 教育桌面云方案具有的優(yōu)勢

3.1 兼容性強

方便給云終端（瘦客戶端）交付不同的教學操作系統(tǒng)環(huán)境，應支持windows xp，windows 7等常見操作系統(tǒng)，適應不同的教學需求。

3.2 軟件一鍵更新，維護更簡單

教學軟件的更新，只需要在管理平臺上更新模板，所有虛擬機自動更新，終端不需要安裝即可直接使用。

3.3 支持離線使用

擁有雙系統(tǒng)設計，在網(wǎng)絡斷線的情況下，仍然能夠使用本地系統(tǒng)進行教學，本地系統(tǒng)支持局域網(wǎng)統(tǒng)一部署，應用軟件可統(tǒng)一更新。

3.4 獨有的課表功能

支持老師自定義課表，并按照課表時間自動啟動教學桌面環(huán)境，不同的課程啟動各自不同的桌面，滿足不同的公共課需求。

3.5 支持信息批量修改，滿足考試環(huán)境

平臺應支持批量修改虛擬機IP、系統(tǒng)登錄名、計算機名，方便用于等級考試場景 。

3.6 支持數(shù)據(jù)保存與還原

虛擬桌面支持兩種使用場景，可以支持數(shù)據(jù)保存，滿足個性化需求，也可以支持數(shù)據(jù)還原，滿足教學需求。

3.7 支持第三方系統(tǒng)對接

提供API接口，支持與校園一卡通、機房管理系統(tǒng)、多媒體教學系統(tǒng)等進行對接。

3.8 部署簡單，性價比高，本地服務支持

產(chǎn)品部署應簡單，可在裸機的服務器上安裝虛擬化軟件，使用一臺PC即可完成多服務器的配置、虛擬機環(huán)境搭建和管理維護；產(chǎn)品性價比要高；提供本地化的上門服務、培訓和及時的客服、技術支持。

4 教育桌面云方案體現(xiàn)的價值

4.1 集中管控，提高部署維護效率

整體方案部署操作應該簡單；管理員在管理中心就可完成所有管理及維護操作，對桌面環(huán)境進行集中創(chuàng)建、監(jiān)控和管理，減少桌面現(xiàn)場支持的需求，大大提高工作效率；機房云終端免維護。

4.2 提高資源利用率

統(tǒng)一管理后臺數(shù)據(jù)中心資源，并統(tǒng)一進行調(diào)度管理，資源彈性分配，將資源的利用率最大化。快速、靈活部署，按需申請、快速發(fā)放、，統(tǒng)一接入、隨時隨地訪問。

4.3 提高終端應用訪問、系統(tǒng)安全性

使用桌面虛擬化，終端只是輸入和負責輸出顯示，應用安裝，用戶數(shù)據(jù)存儲都在服務器端，計算由服務器承載，避免了傳統(tǒng)PC模式中各種網(wǎng)絡攻擊、移動拷貝等導致的系統(tǒng)風險。

4.4 節(jié)能減排，打造綠色機房環(huán)境

傳統(tǒng)PC一般在200W以上，而瘦客戶端在15w左右，且瘦客戶機體積小，占用空間少，無需冷卻風扇和硬盤，不產(chǎn)生普通PC的運行噪聲，可建設更加綠色安靜的機房環(huán)境。

4.5 減低整體運營成本，長期投資回報高

把桌面環(huán)境運行于服務器中，可以有效地利用硬件資源，減少硬件的投入，終端均使用瘦客戶機，大大降低了終端硬件投入的總體成本，而且使用年限更長久，若出現(xiàn)大量用戶接入，需要服務器集群和共享存儲的支持，但從管理、維護、終端更新?lián)Q代，業(yè)務擴展、終端用戶持續(xù)增長等各方面綜合考慮，長期投資回報率高。

5 結語

在云計算環(huán)境下，使用服務器虛擬化技術、桌面虛擬技術為高校計算機機房建設提供了一種新模式，對于機房管理與使用而言都是一個不錯的選擇，用戶可以像使用PC一樣體檢桌面虛擬化。使用桌面虛擬化方案可以實現(xiàn)集中管理，更新與部署系統(tǒng)環(huán)境更便捷，機房運維成本更低，節(jié)能減排，這是一個值得選擇的方案。

[1] 陳建新.云計算在數(shù)字化微格實驗室建設中的應用探究[J].中國教育信息化，2010，（12）.

[2] 房秉毅,張云勇,等.云計算機網(wǎng)絡虛擬化技術[J].研究與開發(fā),2011,(1).

[3] 崔文,王國勇.基于校園網(wǎng)的云計算應用初探[J].微型計算機信息,2010,(18).

[4] 張微微.云計算環(huán)境下高職院校公共機房建設中的思考[J].湖北廣播電視大學學報,2012,(7). * 李永強為通訊作者

A study of Desktop Virtualization construction scheme in the public computer rooms under the Cloud Computing environment

Cui Maoying,Gao Chunlin,Yang Li,Li Yongqiang*
(Yunnan University of Traditional Chinese Medicine,650500)

According to the status quo of the public computer rooms in the institutions of higher learning,a series of problems existing in the current construction and management of computer rooms have been analyzed.Educational informatization has entered the period of transition of application,so the reform of the public computer rooms in the universities is extremely urgent.From the perspective of an administrator,the functions of Desktop Virtualization in the public computer rooms under the Cloud Computing environment have been put forward with target.A series of benefits of Desktop Virtualization in the public computer rooms under the Cloud Computing environment have also been illustrated.Desktop Virtualization has more advantages over traditional PC,so virtualization is increasingly favored in the education industry.

cloud computing;virtualization;cloud desktop