桌面虛擬化技術(shù)在高校公共機(jī)房升級改造中的應(yīng)用

唐浩祥，徐燃柏（1.武漢大學(xué) 信息管理學(xué)院，湖北 武漢 43007；.廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 計算機(jī)工程學(xué)院，廣東 廣州 510650）

科技與應(yīng)用

桌面虛擬化技術(shù)在高校公共機(jī)房升級改造中的應(yīng)用

唐浩祥1，2，徐燃柏2
（1.武漢大學(xué) 信息管理學(xué)院，湖北 武漢 430072；2.廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 計算機(jī)工程學(xué)院，廣東 廣州 510650）

闡述高校公共機(jī)房在升級改造中所遇到的問題，介紹桌面虛擬化技術(shù)的概念和基本構(gòu)成，論述桌面虛擬化在高校機(jī)房改造中的實(shí)施方案以及相關(guān)應(yīng)用和策略。

桌面虛擬化；公共機(jī)房；升級改造

近幾年，隨著計算機(jī)應(yīng)用的普及，各高校都投入大量的資金進(jìn)行計算機(jī)房的建設(shè)。特別是公共機(jī)房，大都擁有較高的性能，可以滿足大部分非計算機(jī)專業(yè)甚至計算機(jī)專業(yè)的教學(xué)要求。隨著軟件的不斷更新，已經(jīng)開始出現(xiàn)性能不足的情況。特別是近年國家對全國計算機(jī)等級考試大綱的更新，考試環(huán)境從Windows XP更新至Windows 7，這意味著計算機(jī)基礎(chǔ)課教學(xué)大綱也要隨之進(jìn)行更新，這就對公共計算機(jī)房提出更高的要求。這時，如果對公共計算機(jī)房進(jìn)行全部報廢更新，則會給學(xué)校帶來較大的經(jīng)濟(jì)壓力。

同時，由于建設(shè)時間不同，會導(dǎo)致各機(jī)房計算機(jī)型號各不相同，給管理人員帶來大量的工作壓力。再者，這些計算機(jī)只是性能不足并非損壞，還可以承擔(dān)一些基礎(chǔ)教學(xué)任務(wù)，如C語言等，報廢更新會造成資源浪費(fèi)。桌面虛擬化技術(shù)的出現(xiàn)為公共機(jī)房的升級改造帶來了新思路。

1　桌面虛擬化技術(shù)

桌面虛擬化是指將計算機(jī)的終端系統(tǒng)（也稱作桌面）進(jìn)行虛擬化，以達(dá)到桌面使用的安全性和靈活性。可以通過任何設(shè)備，在任何地點(diǎn)、任何時間通過網(wǎng)絡(luò)訪問個人桌面系統(tǒng)［1］。桌面虛擬化以服務(wù)器虛擬化作為基礎(chǔ)，通過虛擬化技術(shù)所有桌面虛擬機(jī)在服務(wù)器進(jìn)行托管并統(tǒng)一管理，通過桌面顯示協(xié)議將虛擬桌面交付給遠(yuǎn)程桌面用戶，而桌面用戶僅僅負(fù)責(zé)輸入輸出與界面顯示，不參與任何計算和應(yīng)用，就能夠獲得桌面操作。

目前，市場上較為成熟的桌面虛擬化產(chǎn)品主要有：VMware公司的View和Citrix公司的XenDesktop。兩款產(chǎn)品都是在服務(wù)器虛擬化的基礎(chǔ)上，專門為桌面虛擬化應(yīng)用而開發(fā)的產(chǎn)品，其基本功能架構(gòu)大致相同，這里以VMware公司的View作為案例進(jìn)行描述。該產(chǎn)品基本架構(gòu)如圖1所示，其中包括用于運(yùn)行虛擬機(jī)的ESXi主機(jī)群、用于管理虛擬桌面的管理中心（vCenter Server）、用于管理終端與虛擬機(jī)通信的桌面管理器（VMware View Manager和VM-ware View Composer）、各種類型的終端設(shè)備（如PC機(jī)、平板、筆記本、手機(jī)等）以及基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。ESXi主機(jī)作為桌面虛擬化的基礎(chǔ)，對服務(wù)器硬件進(jìn)行了資源池化、統(tǒng)一管理和調(diào)度。同時，為了提高的磁盤性能、數(shù)據(jù)的安全性和高可用性，一般采用單獨(dú)的存儲系統(tǒng)來存儲數(shù)據(jù)，這樣就可以利用虛擬化的高可用，使某一主機(jī)當(dāng)機(jī)時，實(shí)現(xiàn)快速的虛擬機(jī)遷移和服務(wù)的快速恢復(fù)。vCenter用于對所有主機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一的管理和調(diào)度，如虛擬機(jī)的創(chuàng)建、復(fù)制、遷移，以及虛擬網(wǎng)絡(luò)的配置等，是整個平臺的管理中心。桌面管理器用于管理終端與主機(jī)之間的通信以及將桌面轉(zhuǎn)換成各類終端的格式，如平板電腦、PC機(jī)、手機(jī)等。

圖1　桌面虛擬化平臺的基本架構(gòu)

桌面虛擬化平臺對所有虛擬機(jī)實(shí)行了統(tǒng)一管理、合理調(diào)度資源，減輕了管理人員的工作強(qiáng)度。通過管理平臺，管理人員可以快速地為用戶創(chuàng)建、升級桌面操作系統(tǒng)，遠(yuǎn)程為用戶進(jìn)行調(diào)試服務(wù)。多樣化的客戶端接入方式，使得用戶可以最便捷的方式使用桌面。集中式的數(shù)據(jù)存儲方式，使用戶的數(shù)據(jù)更具安全性。

2　機(jī)房升級改造的實(shí)施方案

2.1機(jī)房現(xiàn)狀

以筆者所在單位的計算機(jī)房為例，公共機(jī)房3個，各有計算機(jī)120臺，計算機(jī)配置為雙核CPU、512M內(nèi)存、80G硬盤，全部采用百兆網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。該配置的計算機(jī)不能流暢運(yùn)行Windows 7，即使增加內(nèi)存，80G硬盤空間也無法滿足要求。目前，由于各教學(xué)考試環(huán)境的不同，需要分別安裝包括Windows7在內(nèi)的多個不同的操作系統(tǒng)，這需要大量的硬盤空間。同時，該配置的計算機(jī)只能滿足對計算機(jī)性能要求較低的應(yīng)用，如C語言、CAD制圖、網(wǎng)頁設(shè)計等；對于各種圖形設(shè)計類、語言開發(fā)類軟件等對性能要求較高的應(yīng)用，如Adobe Photoshop CS6、Pro/Engineer、Visual Studio 2012等，則無法滿足。此外，由于保養(yǎng)工作比較到位，該機(jī)房的計算機(jī)只有個別損壞，其余大部分均能正常運(yùn)行。

2.2升級方案

在本升級方案中，為節(jié)省資源以及便于管理，vCenter管理中心服務(wù)器、View Manager桌面管理器和View Composer桌面通信管理器均采用虛擬機(jī)的形式在ESXi主機(jī)上運(yùn)行?？蛻舳藙t利用在原有計算機(jī)安裝客戶端軟件的方式，實(shí)現(xiàn)對虛擬桌面的訪問。所有ESXi主機(jī)物理網(wǎng)卡均直接連接至機(jī)房局域網(wǎng)中，如圖3所示。通過vCenter建立虛擬網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)與各管理服務(wù)器之間的連接，客戶端則通過View Manager連接虛擬機(jī)。同時，為了實(shí)現(xiàn)服務(wù)器的高可用，各服務(wù)器之間建立專用的通信網(wǎng)絡(luò)，用于偵測各服務(wù)器的運(yùn)行狀態(tài)，即心跳網(wǎng)絡(luò)；存儲系統(tǒng)也通過專用網(wǎng)絡(luò)與ESXi主機(jī)連接，保證數(shù)據(jù)的安全性和高可用。當(dāng)某一服務(wù)器出現(xiàn)故障時，其它服務(wù)器確定無法接收到該服務(wù)器的狀態(tài)信息后，自動將該服務(wù)器上的虛擬機(jī)以及數(shù)據(jù)進(jìn)行遷移，實(shí)現(xiàn)服務(wù)的高可用。

圖2　某機(jī)房網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖3　升級后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

此外，服務(wù)器可放置在機(jī)房內(nèi)部，也可以托管在網(wǎng)絡(luò)中心，只需通過校園網(wǎng)的千兆網(wǎng)絡(luò)連接至機(jī)房即可。

2.3硬件設(shè)備投入

在服務(wù)器投入方面，由于服務(wù)器主要是用于計算數(shù)據(jù)以及存儲數(shù)據(jù)，為安全起見，將服務(wù)器分為計算節(jié)點(diǎn)服務(wù)器和存儲系統(tǒng)。計算節(jié)點(diǎn)服務(wù)器負(fù)責(zé)所有的計算量，存儲系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲備份，使數(shù)據(jù)分享可以實(shí)現(xiàn)虛擬化的高可用，即當(dāng)一個計算節(jié)點(diǎn)損壞時可以馬上遷移到另一個計算節(jié)點(diǎn)上，數(shù)據(jù)不會受到影響。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備方面，服務(wù)器在傳輸桌面至客戶端時，僅需要使用200～300kbps的帶寬，原有的百兆網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)可以滿足要求，無需增加投入。

計算節(jié)點(diǎn)服務(wù)器主要考慮CPU的核心數(shù)和內(nèi)存容量兩個方面。一般情況下，一臺兩路8核CPU的服務(wù)器可以滿足40個虛擬機(jī)的運(yùn)行要求，120個虛擬機(jī)共需3臺服務(wù)器。為了實(shí)現(xiàn)服務(wù)器的高可用，建議增加N+1臺服務(wù)器，即4臺服務(wù)器來為桌面虛擬化提供計算性能。內(nèi)存容量的大小主要是由虛擬機(jī)所需容量決定。一般情況下，流暢運(yùn)行Windows 7需要2G以上的內(nèi)存，公共機(jī)房需要安裝各類軟件，建議內(nèi)存增加至3G。以一個機(jī)房120個虛擬機(jī)同時運(yùn)行來計算，需要360G以上的內(nèi)存，所以建議每臺服務(wù)器配置96G的內(nèi)存。

存儲系統(tǒng)主要考慮I/O性能和存儲空間。按一般使用習(xí)慣來計算，一個客戶端的需求大概是20個IOPS左右，120個用戶需要2 400個IOPS。以每個15 000轉(zhuǎn)硬盤120個IOPS來計算，至少需要20個硬盤。再考慮數(shù)據(jù)安全的問題，一般會采用磁盤陣列的方式，按RAID 0+1磁盤陣列來計算，這里至少需要40個硬盤。存儲空間方面，以一個用戶40G的操作系統(tǒng)空間，10G的數(shù)據(jù)空間，120個用戶需要6T的空間，操作系統(tǒng)占4.8T，數(shù)據(jù)占1.2T。為了使公共計算機(jī)房的利用率更高，往往會需要安裝多個不同的操作系統(tǒng)，所以建議存儲空間增加至2倍，即12T以上，故這里需要40個300G以上的硬盤來組建存儲系統(tǒng)。

3　桌面虛擬化的應(yīng)用

1）利用虛擬機(jī)模版功能快速部署應(yīng)用環(huán)境。

公共計算機(jī)每個學(xué)期都要根據(jù)課程需要來安裝計算機(jī)操作系統(tǒng)和軟件，這往往需要花費(fèi)大量的時間，而桌面虛擬化技術(shù)則可以快速的完成部署。桌面虛擬化技術(shù)中，虛擬機(jī)在服務(wù)器中是以文件方式存儲的。在部署虛擬機(jī)時，可以先完成一個虛擬機(jī)的安裝，并將該虛擬機(jī)轉(zhuǎn)換成模版，然后通過模版復(fù)制的方法，快速建立統(tǒng)一的計算機(jī)應(yīng)用環(huán)境。

2）建立應(yīng)用策略，為不同用戶推送不同的桌面。

在高校公共計算機(jī)房中，各門課程對運(yùn)行環(huán)境的要求都不一樣，對操作系統(tǒng)的要求也各有不同，如Windows XP、Windows 7、Linux等等。所以需要在服務(wù)器中創(chuàng)建多個不同操作系統(tǒng)的虛擬機(jī)，以供不同的用戶使用。同時，可以通過建立服務(wù)器應(yīng)用策略，為不同的用戶提供不同虛擬機(jī)。例如A課程需要使用Windows XP，B課程需要使用Linux，可以通過建立服務(wù)器應(yīng)用策略使A課程時運(yùn)行Windows XP的虛擬機(jī)，B課程時運(yùn)行Linux的虛擬機(jī)，而用戶只需用同一個客戶端連接即可。

3）利用虛擬機(jī)快照功能，實(shí)現(xiàn)單個虛擬機(jī)多種應(yīng)用環(huán)境。

在桌面虛擬化平臺中，快照功能可以為虛擬機(jī)創(chuàng)建出多個不同的應(yīng)用環(huán)境。快照功能可以對虛擬機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行保存，也可以快速的恢復(fù)已保存的運(yùn)行狀態(tài)。利用這個功能，可以將某一或多個特定的運(yùn)行環(huán)境保存，當(dāng)有需要時就可以直接調(diào)用某一狀態(tài)進(jìn)行恢復(fù)，這樣即滿足了教學(xué)環(huán)境的要求，也減輕了管理員的工作壓力。

4）虛擬桌面遠(yuǎn)程推送。

很多課程的上機(jī)實(shí)訓(xùn)在設(shè)計上都是有關(guān)聯(lián)性的，即上一次實(shí)訓(xùn)的結(jié)果、環(huán)境配置、等都可作為下一次實(shí)訓(xùn)的基礎(chǔ)。這需要機(jī)房在安排上得到統(tǒng)一，如固定安排在某一機(jī)房，但往往很難實(shí)現(xiàn)。桌面虛擬化技術(shù)可以通過網(wǎng)絡(luò)將桌面推送到各個不同的機(jī)房當(dāng)中，用戶只需通過客戶端軟件連接即可。同時，可以通過建立快照的方式保存實(shí)訓(xùn)的結(jié)果，待下次上機(jī)實(shí)訓(xùn)時使用。理論上，桌面虛擬化技術(shù)可以將桌面推送至任何一個有網(wǎng)絡(luò)連接的地方，包括宿舍、辦公室、課室、甚至校園以外，這為遠(yuǎn)程教育帶來的便利。

5）舊設(shè)備重新利用，提高資源利用率。

利用老舊的計算機(jī)充當(dāng)桌面虛擬化的客戶端是該方案中的主要特點(diǎn)，它可以提高原有設(shè)備的利用率，延長設(shè)備的使用壽命，降低了升級改造的成本。原有計算機(jī)的運(yùn)行環(huán)境是不變的，只需安裝客戶端軟即可使用桌面虛擬化。在對計算機(jī)性能不高的課程中，如C語言程序設(shè)計、網(wǎng)頁設(shè)計等，可以直接使用原計算機(jī)的操作系統(tǒng)環(huán)境，把桌面通過網(wǎng)絡(luò)推送到其它有需要的機(jī)房中，提升設(shè)備的整體利用率。

6）桌面環(huán)境統(tǒng)一，客戶端類型眾多。

桌面虛擬化的主要特點(diǎn)是與客戶端配置無關(guān)，它的運(yùn)行主要依靠服務(wù)器，客戶端則用于顯示、收發(fā)指令以及外部設(shè)備接入［2］。所以桌面虛擬化可以為每一個用戶提供相同的桌面環(huán)境及計算機(jī)配置，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)環(huán)境的統(tǒng)一，無須考慮客戶端設(shè)備的配置及軟件環(huán)境等因素。同時，桌面虛擬化的客戶端類型眾多，有Windows平臺、MAC OS平臺，平板電腦的、手機(jī)等等。

4　結(jié)語

桌面虛擬化作為一種新的計算機(jī)使用模式，已在大多企業(yè)，特別是外資企業(yè)中普遍使用。利用桌面虛擬化技術(shù)進(jìn)行高校公共機(jī)房的改造，能夠大大簡化升級改造的工作，提升了機(jī)房的管理水平，延長了設(shè)備的使用年限，解決了高校資金不足的問題，為高校公共機(jī)房的升級改造提供一個具有較高性價比的解決方案。

［1］桌面虛擬化［EB/OL］.［2015-05-10］http：//baike.baidu.com/link？url=a6k6GeydEnuk-lOeiBayqt-GjiybZP4sBtX4RP4yaepxdtIy-BY5aCXV7qRSpicihUc4gmwspTgHReMMq7hB0TK.

［2］鄧少華.桌面虛擬化技術(shù)在多媒體教室管理中的應(yīng)用［J］.網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2014（1）：34-37.

［責(zé)任編輯：吳卓］

The Application of Desktop Virtualization Technology in Public Computer Rooms Upgrading in Colleges and Universities

TANG Haoxiang1，2，XU Ranbo2
（1.School of Information Management，Wuhan University，Wuhan Hubei 430072，China；

2.School of Computer Engineering，Guangdong Communications Polytechnic，Guangzhou Guangdong 510650，China）

Based on the problems in public computer room upgrading in Colleges and universities，this paper introduces

the concept and basic composition of desktop virtualization technology，and discusses its implementation scheme and related applications and strategies in solving the problems.

desktop virtualization；public computer room；upgrade

TP393.02

A

1672-6138（2015）03-0034-04

10.3969/j.issn.1672-6138.2015.03.008

2015-06-18

唐浩祥（1982—），男，廣東佛山市人，助理實(shí)驗(yàn)師，研究方向：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。