桌面虛擬化技術(shù)在高校機(jī)房中的應(yīng)用研究*

陳麗燕，呂光金，何士產(chǎn)，金張果

（1.上海財(cái)經(jīng)大學(xué)浙江學(xué)院，浙江金華321000；2.國(guó)網(wǎng)金華供電公司，浙江金華321000）

桌面虛擬化技術(shù)在高校機(jī)房中的應(yīng)用研究*

陳麗燕1，呂光金1，何士產(chǎn)1，金張果2

（1.上海財(cái)經(jīng)大學(xué)浙江學(xué)院，浙江金華321000；2.國(guó)網(wǎng)金華供電公司，浙江金華321000）

隨著高校信息化建設(shè)的不斷推進(jìn)，對(duì)計(jì)算機(jī)機(jī)房的要求越來(lái)越高，面對(duì)高校龐大的計(jì)算機(jī)數(shù)目，機(jī)房的管理存在著或多或少的問(wèn)題。本文從當(dāng)前高校機(jī)房的現(xiàn)狀開(kāi)始分析，提出機(jī)房管理存在的問(wèn)題和限制，在簡(jiǎn)要介紹當(dāng)前云計(jì)算的一些基本情況后，研究將桌面虛擬化技術(shù)與傳統(tǒng)的高校機(jī)房管理如何有效的結(jié)合起來(lái)。

云計(jì)算；高校機(jī)房；信息化

一、傳統(tǒng)機(jī)房管理存在的問(wèn)題

近幾年，高校的信息化建設(shè)逐步推進(jìn)，信息化水平不斷提高。作為體現(xiàn)信息化水平重要的參考依據(jù)，高校計(jì)算機(jī)機(jī)房的建設(shè)一直都是信息化建設(shè)的重點(diǎn)。根據(jù)教育部的相關(guān)規(guī)定，高校應(yīng)當(dāng)按照在校學(xué)生比例配備一定數(shù)量的計(jì)算機(jī)，以滿足科研和教學(xué)的要求，高校機(jī)房承擔(dān)了所有與計(jì)算機(jī)學(xué)科相關(guān)的實(shí)踐、教學(xué)、考試等任務(wù)，一定程度上影響了學(xué)校教學(xué)的成果，隨著計(jì)算機(jī)機(jī)房的重要性不斷提高，在管理的過(guò)程中，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)機(jī)房存在以下問(wèn)題。

1.硬件配置不一，軟件運(yùn)維工作量大

隨著高校擴(kuò)招，人數(shù)不斷增多，近幾年的高校機(jī)房計(jì)算機(jī)保有量都在一萬(wàn)臺(tái)以上，這些計(jì)算機(jī)一般都是批量在不同的時(shí)間采購(gòu)，新舊設(shè)備年限跨度相對(duì)較大，一部分臺(tái)式機(jī)硬件配置較為落后，已經(jīng)逐漸滿足不了如今功能越來(lái)越強(qiáng)大的科研教學(xué)軟件配置要求，很多軟件不得不使用較低的版本以減少系統(tǒng)的資源占用。使用低版本軟件意味著存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)，由于低版本的應(yīng)用程序往往功能不是很全面，也間接影響了高校的科研和教學(xué)水平。從經(jīng)濟(jì)層面的角度來(lái)看，一次性更換所有落后終端將會(huì)帶來(lái)一筆不小的經(jīng)濟(jì)開(kāi)支，也會(huì)帶來(lái)高強(qiáng)度的運(yùn)維壓力（如配置操作系統(tǒng)、安裝教學(xué)軟件等等）。

2.軟件正版率問(wèn)題依舊存在

隨著信息化建設(shè)的不斷推進(jìn)，越來(lái)越多的辦公軟件、科研軟件以及教學(xué)軟件引入高校機(jī)房，這些軟件對(duì)加強(qiáng)高校機(jī)房信息化建設(shè)、提升科研教學(xué)能力起了非常重要的作用，然而，由于經(jīng)費(fèi)等復(fù)雜現(xiàn)實(shí)原因，當(dāng)前國(guó)內(nèi)高校機(jī)房中使用的軟件或多或少的存在使用非正版軟件的現(xiàn)象，并且這些軟件大多價(jià)格不菲，在國(guó)家提倡軟件正版化的趨勢(shì)下，如何解決軟件正版率問(wèn)題，是高校機(jī)房建設(shè)的一大難題。

二、云計(jì)算關(guān)鍵問(wèn)題和解決方案研究

云計(jì)算是當(dāng)前計(jì)算機(jī)界炙手可熱的新興技術(shù)，近幾年更是霸占主流搜索引擎中的熱門詞匯，它所帶來(lái)的虛擬化技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的IT基礎(chǔ)架構(gòu)帶來(lái)巨大的變革，更多的公司企業(yè)愿意引入虛擬化技術(shù)推動(dòng)信息化建設(shè)，桌面虛擬化則是其中最具商用價(jià)值的典型代表。

圖1 虛擬桌面

桌面虛擬化即虛擬桌面，又叫桌面云（見(jiàn)圖1），它和傳統(tǒng)桌面的區(qū)別是，虛擬云技術(shù)將信息數(shù)據(jù)的處理、運(yùn)行、存儲(chǔ)都放在云端，用戶看到的是云端的桌面視圖，通過(guò)桌面交付協(xié)議在用戶的個(gè)人終端上顯示，云端接收到用戶鍵盤、鼠標(biāo)等動(dòng)作，及時(shí)處理并通過(guò)桌面視圖反饋回用戶。虛擬桌面不會(huì)影響用戶體驗(yàn)，在用戶看來(lái)，這一切都是透明的，仿佛是在自己的個(gè)人電腦上操作一樣。

1.桌面云技術(shù)關(guān)鍵問(wèn)題

要在高校機(jī)房中應(yīng)用桌面虛擬化技術(shù)，關(guān)鍵是如何運(yùn)維管理虛擬桌面平臺(tái)，讓員工獲得和本地計(jì)算機(jī)桌面一樣的用戶體驗(yàn)，重點(diǎn)是以下幾個(gè)問(wèn)題：①桌面云架構(gòu)的選擇；②虛擬桌面管理與分配策略；③用戶虛擬桌面性能監(jiān)控；④用戶虛擬桌面性能分析與優(yōu)化。

2.桌面云架構(gòu)的選擇

部署桌面云系統(tǒng)，首先涉及到桌面云架構(gòu)的選擇，當(dāng)前比較成熟的兩個(gè)桌面虛擬化的公司分別是VMware 和Citrix。

Citrix公司是業(yè)內(nèi)最早研發(fā)虛擬桌面的企業(yè)之一，它提供的產(chǎn)品XenDesktop是一款成熟的桌面云解決方案，其主要優(yōu)勢(shì)是使用自己開(kāi)發(fā)的ICA協(xié)議，采用Citrix HDX為使用者提供流暢的用戶體驗(yàn)。

VMware公司在國(guó)內(nèi)早已是耳熟能詳?shù)膶Ｗ⒂谔摂M化的一家科技公司，其帶來(lái)的虛擬化桌面解決方案VMware View架構(gòu)如圖2所示。VMware View是一個(gè)企業(yè)級(jí)的桌面虛擬化解決方案，它與自己的VMware vSphere 4協(xié)同工作，給用戶提供的是一個(gè)完整的端到端的解決方案。

VMware View相比XenDesktop具有部署簡(jiǎn)潔、安裝快速、管理復(fù)雜度低的特點(diǎn)，比較適合在高校機(jī)房中計(jì)劃和部署。

圖2 VMware View架構(gòu)

3.虛擬桌面管理與分配策略

虛擬桌面管理策略：①指定云端的服務(wù)器的詳細(xì)參數(shù)和權(quán)限；②桌面資源池中需要始終保持一定數(shù)量的桌面為啟動(dòng)狀態(tài)，以便在用戶請(qǐng)求連接時(shí)保證桌面云的快速響應(yīng)速度，其他未使用的桌面則設(shè)置為關(guān)閉狀態(tài)（維護(hù)模式例外）。③使用者關(guān)閉注銷虛擬桌面后，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同類型的虛擬桌面（共享還是專用），來(lái)決定如何操作（重啟、掛起還是關(guān)閉）。

虛擬桌面分配策略：①接收到創(chuàng)建虛擬桌面的請(qǐng)求，請(qǐng)求中包括名稱、類型、描述、數(shù)量、ID號(hào)等參數(shù)。②根據(jù)該請(qǐng)求的各項(xiàng)參數(shù)，在桌面云數(shù)據(jù)庫(kù)中自動(dòng)生成一項(xiàng)虛擬桌面記錄并將初始狀態(tài)設(shè)置為關(guān)閉狀態(tài)。③根據(jù)用戶的請(qǐng)求，將桌面池中符合條件的虛擬桌面分配給用戶，并將該虛擬桌面設(shè)置為啟動(dòng)。

4.用戶虛擬桌面性能監(jiān)控

在高校機(jī)房中，我們對(duì)用戶虛擬桌面進(jìn)行監(jiān)控，主要是為了以下三個(gè)目的：①當(dāng)虛擬桌面出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，以便管理員可以快速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題原因，及時(shí)處理；②為將來(lái)針對(duì)桌面云系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘提供樣本數(shù)據(jù)；③減少管理人員的運(yùn)維工作量，提高虛擬桌面使用者的用戶體驗(yàn)。

用戶虛擬桌面性能監(jiān)控，我們重點(diǎn)監(jiān)控四個(gè)指標(biāo)：①CPU：監(jiān)控CPU利用率等CPU占用情況；②內(nèi)存：監(jiān)控內(nèi)存利用率等內(nèi)存使用情況；③磁盤：監(jiān)控磁盤讀寫時(shí)間、讀寫速率等磁盤使用情況；④網(wǎng)絡(luò)：監(jiān)控整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率、丟包率、利用率等使用情況。

5.用戶虛擬桌面性能分析與優(yōu)化

（1）建模用戶的性能數(shù)據(jù)

對(duì)監(jiān)控獲得的性能數(shù)據(jù)，我們要對(duì)其數(shù)學(xué)量化和建模，性能數(shù)據(jù)可以表示為三元組＜t,u,s＞，其中u表示用戶，t表示時(shí)間，s表示性能（CPU、內(nèi)存、磁盤、網(wǎng)絡(luò)）。

隨機(jī)抽取T個(gè)時(shí)間段，針對(duì)每個(gè)時(shí)間段內(nèi)的每位用戶提取N條記錄作為一個(gè)樣本，記為Xti=∈RN×1，t=1,2……T，然后針對(duì)這些樣本進(jìn)行分析。

（2）根據(jù)聚類算法將性能數(shù)據(jù)劃分為三類

得到樣本數(shù)據(jù)后，我們采用經(jīng)典聚類算法K-means將這些樣本數(shù)據(jù)聚成三類，分別為資源分配過(guò)量、資源分配不足和資源分配適當(dāng)。首先，從這些樣本中，隨機(jī)選取xi,xj,xk作為初始聚類中心u1,u2,u3。

①對(duì)每一個(gè)樣本xi，都計(jì)算其到每一類中心的距離，公式為：

②根據(jù)dl(xi)，判斷樣本xi的屬類，公式為：

③重新計(jì)算每類的中心，公式為：

（3）判斷用戶使用虛擬資源情況

通過(guò)聚類算法收斂，得到樣本的聚類結(jié)果之后，需要判斷各類的具體類型，我們引入函數(shù)p（l)：

其判斷方法如下：

其中l(wèi)=1，2，3，Si表示當(dāng)前分配給第i個(gè)用戶的資源數(shù)目，I∈RN×1的全1向量，β為閾值，可以根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料和各高校機(jī)房實(shí)際使用情況進(jìn)行確定和調(diào)整。判別結(jié)果分類如表1所示。

表1 判別結(jié)果分類

（4）優(yōu)化用戶虛擬桌面性能

根據(jù)判別結(jié)果優(yōu)化用戶虛擬桌面資源分配，再對(duì)調(diào)整后的用戶虛擬桌面進(jìn)行性能分析，確定是否達(dá)到資源分配適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)，整個(gè)性能分析流程見(jiàn)圖3。

圖3 性能分析流程

三、桌面虛擬化對(duì)高校機(jī)房的應(yīng)用價(jià)值

1.解決電腦硬件配置問(wèn)題，提高運(yùn)維效率

部署了桌面云技術(shù)后，使用虛擬應(yīng)用桌面取代傳統(tǒng)電腦，由于辦公應(yīng)用的運(yùn)行、使用，數(shù)據(jù)的計(jì)算都在云端完成，對(duì)桌面終端的硬件要求大大降低，教職工和學(xué)生可以流暢使用某些配置要求高的軟件應(yīng)用，不受本地桌面終端配置的影響。

由于桌面云采用的是虛擬化技術(shù)，操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和硬件都被虛擬為資源池，所有的資源都是從“云”中按需索取的，因此在虛擬桌面中不存在兼容性問(wèn)題，原本在Windows XP中不能運(yùn)行的軟件，在虛擬桌面中一樣可以正常使用，為教學(xué)和科研辦公提供了極大便利。

在桌面云環(huán)境下，虛擬桌面的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序是由管理者統(tǒng)一在后臺(tái)的服務(wù)器進(jìn)行安裝管理的，用戶可以自主選擇需要的軟件，這讓虛擬桌面系統(tǒng)更好的滿足了不同教學(xué)科研需求，同時(shí)，接入虛擬桌面系統(tǒng)的終端設(shè)備結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，故障率相對(duì)比較低，基本上就不需要日常的維護(hù)，極大的減少了硬件維護(hù)的工作量。使用桌面云后，信息運(yùn)維人員可以同時(shí)管理運(yùn)維所有桌面終端，對(duì)于一款辦公軟件，只需要在“云端”安裝，用戶即可在自己的桌面終端上使用運(yùn)行，不再需要運(yùn)維人員去每臺(tái)電腦上重復(fù)安裝，極大提升了運(yùn)維效率。

2.提高軟件正版率，確保軟件使用無(wú)盜版

絕大多數(shù)正版軟件，都有安裝次數(shù)限制，在當(dāng)前運(yùn)維模式下，要想提高軟件正版率，必須在機(jī)房所有電腦上安裝，因此，同一套軟件必須重復(fù)購(gòu)買很多套，對(duì)于高校機(jī)房動(dòng)輒上萬(wàn)的電腦數(shù)量，并且所需辦公軟件、科研軟件、教學(xué)軟件數(shù)目龐大，這無(wú)疑是一筆不小的成本支出。桌面云技術(shù)可以在保證軟件正版率的同時(shí)節(jié)省經(jīng)費(fèi)開(kāi)支，對(duì)于一款辦公軟件，只需要購(gòu)買一套部署在“云端”即可全部使用，避免了不必要的重復(fù)購(gòu)買，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

[1]金潔.虛擬桌面管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析[D].南京：南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文,2013.

[2]Miller K,Peqah M.Virtualization:virtualat the desktop[C].Proceedingsof the 35th annualACM SIGUCCS fall conference.ACM,2007:255-260.

[3]Zaid Haiman,Em ilio Fuentes.A virtual-desktop revolution hasarrived[J].Caribbean Business,2010,38(33):32-33.

[4]Li Yan.Development and Application of Desktop Virtualization Technology [D].Hefei:Anhui University. 2011.

（編輯：魯利瑞）

G434

A

1673-8454（2015）02-0075-03

*上海財(cái)經(jīng)大學(xué)浙江學(xué)院院級(jí)課題項(xiàng)目資助。