校園虛擬化云計算實驗室設(shè)計

杜朝暉

杜朝暉/廣東郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師（廣東廣州510630）。

隨著云時代的到來，通信技術(shù)、計算機技術(shù)和業(yè)務(wù)的進一步發(fā)展給大專院校傳統(tǒng)模式實訓(xùn)室的建設(shè)提出了挑戰(zhàn)。云計算在資源整合和提高設(shè)備利用率方面的特點是傳統(tǒng)實訓(xùn)室建設(shè)無法替代的，云計算人才的巨大需求缺口也為大專院校人才培養(yǎng)改革提出了新的方向，培養(yǎng)云計算相關(guān)人才是大勢所趨。許多學(xué)校都會增加云計算機專業(yè)或相關(guān)課程，所以云計算實驗室的建設(shè)使必不可少的。云計算實驗室如果單純做云計算實驗，會造成資源利用不充分，如果跟其他課程公用，其他課程實驗前恢復(fù)工作量大，做云計算實驗時又會把系統(tǒng)破壞。本文以一個55人的實驗室為例來討論如何解決此問題。

一、實驗室需求分析

實驗室要求配置終端數(shù)量為55臺，需要部署一套虛擬化及云計算實驗機房以滿足學(xué)生各類計算機課程實訓(xùn)實驗的基本需求，同時為滿足云計算機設(shè)計管理人員培養(yǎng)的需求，實訓(xùn)環(huán)境需要能夠支持學(xué)生體驗到虛擬化云計算的奧秘，并親自逐步部署一整套虛擬化云計算環(huán)境。日常的使用需要能夠滿足以下需求：

（一）安全易管理

多媒體機房目前采用的是傳統(tǒng)PC管理模式，系統(tǒng)采用還原卡的方式恢復(fù)桌面應(yīng)用，補丁更新以及桌面環(huán)境部署的維護成本大，還經(jīng)常無故感染病毒，同時由于學(xué)生對于電腦的操作隨意性強，硬件更換周期加快，硬件成本投入增加，且學(xué)生的行為無法得到有效控制，課程效率無法得到提升，必須找到一個統(tǒng)一管理的方法。

（二）所需軟件多樣化

機房環(huán)境由于業(yè)務(wù)單一，只能滿足部分課程的授課，無法滿足定制化課程和多樣式課程的授課，且環(huán)境更改非常復(fù)雜，周期也很長，這為課程的安排帶來不便。要能夠?qū)崿F(xiàn)計算機類課程的絕大部分實驗需求，如Linux、Windows系統(tǒng)管理、虛擬化實驗；網(wǎng)站開發(fā)、電子商務(wù)；計算機和網(wǎng)站軟件開發(fā)類；CAD、PS圖形處理；財務(wù)管理；辦公自動化管理等課程。在此實驗機房中，內(nèi)嵌各種實驗環(huán)境、教學(xué)環(huán)境、培訓(xùn)環(huán)境，并可根據(jù)課程需求定制不同的環(huán)境，實現(xiàn)按需分配的效果。

（三）降低投入成本

目前學(xué)校在設(shè)備的配置以及更新上可以節(jié)約大量的資金。在云系統(tǒng)中要想對高性能的資源進行直接性使用，只需要用普通的一臺PC機作為終端，降低了主機維護成本，任何時候簡單替換瘦客戶機即可直接使用。

根據(jù)以上需求進行分析，無論從解決現(xiàn)有的授課和實訓(xùn)環(huán)境，改善桌面環(huán)境以及培訓(xùn)規(guī)范，還是基于學(xué)校企業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃，都需要從傳統(tǒng)的行業(yè)轉(zhuǎn)型到云計算環(huán)境中，實現(xiàn)IT系統(tǒng)高工作效率，節(jié)約日后系統(tǒng)更新成本。

二、方案部署

云計算實訓(xùn)室的設(shè)計模式為Iaas（礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)模式InfrastruetureasaServiee）。服務(wù)器虛擬化將物理服務(wù)器劃分成多個邏輯服務(wù)器，實現(xiàn)資源利用和管理，桌面虛擬化為將服務(wù)器虛擬化平臺上安裝的Windows桌面系統(tǒng)，用戶通過任意終端設(shè)備登錄，連接分配給用戶的桌面，方案的示意如圖1所示。

三、資源需求

（一）虛擬云桌面使用資源

在虛擬云桌面的使用中，主要是對軟件工具的使用，在此環(huán)境中要能夠?qū)崿F(xiàn)計算機類課程的絕大部分實驗需求。

1.使用情形描述。系統(tǒng)需要56個終端，包括55個學(xué)生位和一個教師位，學(xué)生需要能在windows系統(tǒng)下，開機加載公共的桌面環(huán)境、切換系統(tǒng)模板、進行普通的互聯(lián)網(wǎng)瀏覽、使用各類教學(xué)軟件上課、瀏覽網(wǎng)絡(luò)視頻資源、教師可以使用桌面控制軟件控制學(xué)生桌面。

2.使用資源分析。一臺虛擬桌面需要做包括數(shù)據(jù)庫、程序開發(fā)、辦公應(yīng)用、繪圖軟件等應(yīng)用，所需要的資源如表1所示。

表1 虛擬桌面使用資源分析

機房所有桌面使用的資源以高峰期并發(fā)使用率為100%來進行計算，一個實驗室的總的桌面數(shù)為56臺，具體需要的各類資源如表2所示。

表2 虛擬桌面使用資源計算

（二）云計算、服務(wù)器虛擬化實驗使用資源

1.使用情形描述。該場景主要為學(xué)生提供服務(wù)器虛擬化實驗。每四位同學(xué)一組，底層部署高性能服務(wù)器，然后對服務(wù)器進行虛擬化，虛擬出28臺服務(wù)器，即虛擬化底層架構(gòu)VESXI有28個，供14組56個學(xué)生使用，每組學(xué)生分配兩臺服務(wù)器，來完成虛擬化的一系列教學(xué)實驗。

2.所需資源計算。單組4個學(xué)生實驗，每組分配2個VESXI可實現(xiàn)高可用性實驗，以實驗室的高峰期并發(fā)使用率為100%來計算，所需的資源如表3所示。

表3 云計算實驗使用資源計算

（三）整體資源需求

把上述兩部分的資源整合在一起可以看到，如下表中的需求，我們考慮到一定的冗余，確定了最后的資源數(shù)目。如表4所示。

表4 總體資源計算

（四）資源整體配置

根據(jù)資源數(shù)目的需求，要進一步整合，來計算出最終需要配置的服務(wù)器數(shù)目，具體的計算結(jié)果如下：

1.CPU需求計算。CPU總共需要990個，按照1:8來計算，990/8(1核相當于8個vcpu)/32(4路8核服務(wù)器)=4，即要4臺服務(wù)器。

2.內(nèi)存需求計算。內(nèi)存共需要1190GB，1190GB/4=298GB，每臺服務(wù)器配置298GB，配置19條16GB的內(nèi)存。

3.磁盤容量需求計算。磁盤空間共需要10200GB，分別分配2*400G的SSD和22*600G的SAS。存儲設(shè)備配制2塊400GB的SSD硬盤，22塊10krpm、600的SAS盤 （或其他同等檔次與范圍的硬盤）。存儲本身支持雙控制器，每個控制器含16GB的緩存。存儲支持多級緩存機制，能實現(xiàn)將高頻率讀取數(shù)據(jù)。

四、系統(tǒng)管理設(shè)計

實驗環(huán)境的平臺需要安裝配置虛擬化操作系統(tǒng)及相關(guān)軟件，本設(shè)計采用的虛擬化服務(wù)器產(chǎn)品為vSphere產(chǎn)品，作為整個桌面終端的方案架構(gòu)，系統(tǒng)邏輯管理結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)邏輯管理結(jié)構(gòu)

在底層，利用view套件里的vsphere軟件進行服務(wù)器虛擬化，然后在底層的服務(wù)器中部署虛擬機，在虛擬機上創(chuàng)建桌面進行發(fā)布，這樣終端就會有不同的桌面可以使用,在平時實訓(xùn)課學(xué)生上課時，用虛擬化部署的1個虛擬桌面上課，底層的兩臺交換機共同使用，實現(xiàn)56個虛擬桌面同時在線，實現(xiàn)切換流暢，使用和管理方便。搭建虛擬化的環(huán)境時，利用其中底層的4臺服務(wù)器發(fā)布56個桌面的同時，然后在服務(wù)器虛擬化的基礎(chǔ)上再進行虛擬化，可實現(xiàn)人人都能學(xué)會部署桌面，并且節(jié)約資源。學(xué)生生不僅在課堂上可以使用實訓(xùn)室原有的低性能計算機接人云桌面,也可以在課外通過LAN、WAN利用筆記本電腦、智能手機、瘦終端等接人云桌面,為學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)與實踐提供平臺。

本文從需求入手，經(jīng)過需求分析、資源計算，給出了基于云計算的實驗室建設(shè)方案。此方案基于云環(huán)境，一方面可以為計算機專業(yè)教學(xué)實課程提供實踐便利,另一方面使學(xué)生能夠親身感受云技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢,還可以在參與云平臺構(gòu)建、運行和維護中獲取更多的專業(yè)知識與操作技能。進行實驗室建設(shè)時對云計算的應(yīng)用，不僅可以解決缺乏基礎(chǔ)建設(shè)資金以及浪費實驗資源的問題，還可以大大的改善實驗管理教學(xué)凌亂的現(xiàn)象，云計算的實驗室建設(shè)方案可進一步推廣應(yīng)用。

隨著網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，把所有的硬件資源進行有效整合，建成服務(wù)器集群，形成資源池，按需動態(tài)分配資源，負載均衡，利用虛擬化技術(shù)構(gòu)建校園云將是一個不錯的解決方案，校園云必將成為大專院校重要的研究方向和信息化建設(shè)的主流。

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