高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室桌面虛擬化解決方案探究

呂梅桂

摘 要：本文針對(duì)目前傳統(tǒng)機(jī)房管理模式存在的各種難題，以虛擬化技術(shù)為支撐尋求校園機(jī)房桌面虛擬化方案的解決之道。通過(guò)對(duì)市面主流的兩種不同架構(gòu)的桌面虛擬化產(chǎn)品的實(shí)際案例考查、測(cè)試和體驗(yàn)，分析其利弊。最后，針對(duì)我校此次更新機(jī)房為專業(yè)機(jī)房的實(shí)際情況，選擇采用噢易公司產(chǎn)品搭建計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的方案。通過(guò)實(shí)際的使用表明，噢易云桌面具有本地緩存技術(shù)，采用了P2P網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，可以隨時(shí)隨地更新桌面，能夠流暢地運(yùn)行三維建模軟件，完全滿足教學(xué)需求，也給管理帶來(lái)了極大的便利。

關(guān)鍵字：桌面虛擬化；云桌面；虛擬化架構(gòu)；專業(yè)機(jī)房

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-8454（2017）23-0067-03

一、引言

計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室作為高校實(shí)踐教學(xué)的重要基地，不僅關(guān)系到相關(guān)課程的教學(xué)效果與教學(xué)質(zhì)量，也在一定程度上體現(xiàn)了學(xué)校信息化的程度及教學(xué)管理水平，因此如何管理好這些計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室就成為每個(gè)管理員面臨的重要問(wèn)題。[1]隨著高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的不斷投入和擴(kuò)大，在管理人員相對(duì)緊缺的情況下，要提高設(shè)備的使用率及實(shí)驗(yàn)室的管理水平，運(yùn)用先進(jìn)的管理系統(tǒng)和技術(shù)就顯得至關(guān)重要。[2]而云計(jì)算的出現(xiàn)無(wú)疑給高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理提供了一個(gè)新的發(fā)展方向。云桌面的發(fā)展是基于云計(jì)算和虛擬化技術(shù)，通俗的來(lái)理解，就是顯示在用戶屏幕上的桌面是由虛擬的“云”所提供。這個(gè)“云”就是以網(wǎng)絡(luò)為載體，借助虛擬化技術(shù)所整合的計(jì)算機(jī)硬件、操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)等資源。[3]目前主流云計(jì)算廠商基本都有開(kāi)展云桌面方面的業(yè)務(wù)，產(chǎn)品名稱各式各樣，然而，決定是否使用云桌面并非是全部采用或者完全不用的簡(jiǎn)單抉擇，面對(duì)市面上琳瑯滿目的產(chǎn)品確實(shí)讓人舉足不定。本文將根據(jù)實(shí)際情況選取適合的虛擬化方案，并對(duì)桌面虛擬化技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)與問(wèn)題進(jìn)行了深入分析。

二、傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理的現(xiàn)狀

筆者作為一名高校的機(jī)房管理人員，在目前傳統(tǒng)PC機(jī)房的管理和維護(hù)中，經(jīng)常會(huì)遇到以下難題：

（1）計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室不僅承擔(dān)著全校公共計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課，還有分院的專業(yè)課、實(shí)訓(xùn)課，為了滿足各專業(yè)、班級(jí)的教學(xué)、實(shí)驗(yàn)等需求，管理員需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力，在機(jī)房部署多操作系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)環(huán)境；另一方面還需要對(duì)不同的考試要求部署相應(yīng)的考試環(huán)境；[4]同時(shí)，專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)所需的應(yīng)用軟件種類繁多，不同課程、不同教師對(duì)同一軟件的版本要求有些還不一樣，導(dǎo)致安裝的軟件過(guò)多過(guò)雜，嚴(yán)重影響應(yīng)用程序的運(yùn)行速度，影響教學(xué)質(zhì)量。

（2）為了保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定，免受病毒的攻擊，實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)一般安裝還原卡或硬盤保護(hù)程序，這卻導(dǎo)致計(jì)算機(jī)每做一次修改都需要把修改后的計(jì)算機(jī)作為“母機(jī)”同傳給其他計(jì)算機(jī)，[5]如遇到有些專業(yè)軟件不能同傳，還需要在每臺(tái)計(jì)算機(jī)上逐一改動(dòng)后再逐一手動(dòng)保存；而且不同機(jī)器型號(hào)、硬件配置不一樣的機(jī)器也無(wú)法實(shí)現(xiàn)同傳功能。

（3）再者，目前機(jī)房使用的還原卡雖然有同傳克隆功能能集體下發(fā)數(shù)據(jù)，但是無(wú)法實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)續(xù)傳和差異數(shù)據(jù)同傳，耗時(shí)長(zhǎng)、占帶寬，只要有數(shù)據(jù)更新，其余終端都無(wú)法使用，所以管理員只能在機(jī)房無(wú)課時(shí)加班加點(diǎn)。特別是碰到有考試任務(wù)的時(shí)候，例如一年兩次的計(jì)算機(jī)等級(jí)考試，管理人員需要在考試之前安裝考試客戶端、發(fā)系統(tǒng)及參數(shù)、調(diào)試，考試完畢再進(jìn)行恢復(fù)，不僅耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間，而且發(fā)系統(tǒng)過(guò)程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)故障癱瘓導(dǎo)致整個(gè)機(jī)房的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)損壞，如維修來(lái)不及就可能影響考試。

因此，面對(duì)以上的種種突出問(wèn)題，傳統(tǒng)的機(jī)房管理模式漸漸無(wú)法滿足現(xiàn)今高校大規(guī)模計(jì)算機(jī)維護(hù)的豐富需求。

三、桌面虛擬化方案的試用體驗(yàn)

目前，我校的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理還都是傳統(tǒng)的機(jī)房管理模式，恰逢2016年有3個(gè)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室需要更新，借這個(gè)契機(jī)我們決定嘗試運(yùn)用桌面虛擬化技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行改造。于是，筆者開(kāi)始尋求校園機(jī)房桌面虛擬化方案的解決之道。首先，通過(guò)實(shí)際案例考察，與幾家桌面虛擬化廠商的溝通交流，逐漸了解市面主流的桌面虛擬化產(chǎn)品。目前，主流的桌面虛擬化系統(tǒng)架構(gòu)包括兩種，分別為VDI架構(gòu)和IDV架構(gòu)。首先接觸到的是VMware和Citrix的以VDI為架構(gòu)的桌面云方案，VDI的基本原理：通過(guò)服務(wù)器虛擬化技術(shù)，在服務(wù)器端運(yùn)行多個(gè)虛擬桌面，并在其中部署桌面虛擬化軟件以及用戶所需的操作系統(tǒng)和各種應(yīng)用軟件，然后通過(guò)桌面顯示協(xié)議將完整的虛擬機(jī)桌面交付給遠(yuǎn)程用戶使用。[6]為了更好地體驗(yàn)產(chǎn)品，我們邀請(qǐng)廠商拿產(chǎn)品到學(xué)校進(jìn)行實(shí)際部署、測(cè)試和體驗(yàn)，其中以Citrix的 XenDesktop技術(shù)為依托的X公司產(chǎn)品在我校一個(gè)裝有51臺(tái)機(jī)器的機(jī)房進(jìn)行為期半年的試用。本次測(cè)試主要從以下幾點(diǎn)進(jìn)行考慮：①針對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)PC機(jī)運(yùn)維管理中遇到的難題，進(jìn)行桌面虛擬化后是否能夠解決；②桌面虛擬化后基本功能、兼容性及性能各方面是否能夠滿足教學(xué)需求；③從傳統(tǒng)PC切換成桌面虛擬化模式時(shí)，用戶體驗(yàn)是否與本地桌面基本一致等等。

在測(cè)試體驗(yàn)的過(guò)程中，VDI方案在終端管理、終端安全方面都具有先天的優(yōu)勢(shì)，管理員只需要對(duì)一個(gè)鏡像或一個(gè)應(yīng)用進(jìn)行更新，所有的用戶都會(huì)獲得更新后的結(jié)果，而不需要更新每個(gè)物理桌面，這極大減少了工作量；[7]VDI方案有效地使數(shù)據(jù)與物理終端相隔離，數(shù)據(jù)集中管理，提高了系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全性，更易于維護(hù)和管理，即使用戶桌面出現(xiàn)災(zāi)難性故障也可以通過(guò)服務(wù)器在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)。VDI方案為管理員解決了很多機(jī)房部署、管理與維護(hù)的難題，但是用戶體驗(yàn)才是決定桌面產(chǎn)品生命力的關(guān)鍵。 雖然與普通PC相比，用戶在使用習(xí)慣上沒(méi)有發(fā)生明顯的改變，不需要另外學(xué)習(xí)；但半年用體驗(yàn)總的來(lái)說(shuō)并不盡如人意，VDI方案存在以下幾方面缺陷：

（1）依賴網(wǎng)絡(luò)。VDI技術(shù)最大的問(wèn)題就是對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴，因?yàn)檫\(yùn)算和存儲(chǔ)全部在服務(wù)器端進(jìn)行，如果沒(méi)有了網(wǎng)絡(luò)，瘦客戶端就相當(dāng)于一個(gè)空殼子。對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴，使得脫機(jī)使用變得十分困難。

（2）開(kāi)機(jī)風(fēng)暴。當(dāng)越來(lái)越多的用戶使用虛擬桌面時(shí)，VDI的性能通常會(huì)下降。例如，當(dāng)班上所有學(xué)生在上午第一節(jié)課同時(shí)登錄虛擬桌面時(shí)，會(huì)瞬間占用服務(wù)器的資源，導(dǎo)致啟動(dòng)速度很慢，有的甚至需要半個(gè)小時(shí)之久，這對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)是災(zāi)難性的。endprint

（3）集中風(fēng)險(xiǎn)。VDI使用集中運(yùn)算機(jī)制，因此一旦服務(wù)器端出現(xiàn)問(wèn)題就會(huì)造成巨大的影響。試用期間服務(wù)器就出過(guò)問(wèn)題，導(dǎo)致整個(gè)機(jī)房都登錄不了虛擬桌面。同時(shí)數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)，也使得對(duì)安全性的需求提高。

（4）VDI無(wú)法真正突破3D多媒體的應(yīng)用瓶頸。我校這次更新的機(jī)房是專業(yè)機(jī)房，教學(xué)需要運(yùn)行3DMax、Autocad、Pro/E等三維設(shè)計(jì)軟件，對(duì)設(shè)備的圖形處理能力的需求較高。針對(duì)VDI在圖形處理、影音播放方面出現(xiàn)掉幀或卡屏的問(wèn)題，X公司提出GPU共享的方案，但是這會(huì)導(dǎo)致建設(shè)成本再度提升。同時(shí)，多媒體、3D影像設(shè)計(jì)大量的數(shù)據(jù)傳輸造成網(wǎng)絡(luò)延時(shí)等問(wèn)題使用戶的體驗(yàn)大打折扣。

（5）維護(hù)與管理的挑戰(zhàn)。VDI技術(shù)可以對(duì)桌面環(huán)境進(jìn)行集中創(chuàng)建、 監(jiān)控和管理，大大減少機(jī)房管理員的巡視工作量，但是如果網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)器出現(xiàn)問(wèn)題，維修起來(lái)比傳統(tǒng)的電腦會(huì)復(fù)雜得多，因此這對(duì)于機(jī)房管理員來(lái)說(shuō)挑戰(zhàn)很大。[8]

從目前使用的情況來(lái)看，采用虛擬桌面并不僅僅是把一堆分布的數(shù)據(jù)集中起來(lái)管理那么簡(jiǎn)單。VDI架構(gòu)擁有較多的缺陷，因此比較適用于對(duì)性能要求不高、需要安裝的大型應(yīng)用軟件比較少、占用帶寬少、功能比較簡(jiǎn)單的機(jī)房里，對(duì)于專業(yè)機(jī)房不太適合。

四、智能桌面虛擬化解決方案

在VDI方案上碰到釘子后，筆者開(kāi)始尋找其他的虛擬化解決方案。隨著用戶對(duì)體驗(yàn)、成本、使用習(xí)慣等提出更高的要求，英特爾公司提出了一種新的框架—— Intelligent Desktop Virtualization（IDV）智能桌面虛擬化。IDV采取的是分布式方法來(lái)滿足運(yùn)營(yíng)技術(shù)需求，同時(shí)集中、簡(jiǎn)化管理和部署功能。它要求客戶端不再是瘦客戶端而是具備一定運(yùn)算能力的胖客戶端。桌面數(shù)據(jù)存放和運(yùn)維管理同樣在服務(wù)器端進(jìn)行，不同的是服務(wù)器端還可以下發(fā)多個(gè)桌面系統(tǒng)虛擬機(jī)到用戶的終端，用戶終端的系統(tǒng)客戶端則負(fù)責(zé)運(yùn)行并管理這些系統(tǒng)虛擬機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)分布運(yùn)行，集中管理。[9]IDV基礎(chǔ)架構(gòu)并沒(méi)有VDI基礎(chǔ)架構(gòu)那么復(fù)雜，對(duì)服務(wù)器配置要求不高，相對(duì)于其他桌面虛擬化解決方案，不需要進(jìn)行大規(guī)模改造的前提下，即可體驗(yàn)到桌面虛擬化的優(yōu)勢(shì)。[10]本文最終采用的智能桌面虛擬化架構(gòu)的桌面系統(tǒng)是噢易云桌面增強(qiáng)版，它是噢易與某公司合作完成的一個(gè)桌面虛擬化項(xiàng)目，基于操作系統(tǒng)虛擬化，可以派發(fā)多套操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)至本地終端進(jìn)行運(yùn)算，這種桌面管理解決方案完全接近于終端的性能和完全兼容本地軟件、硬件。計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室桌面云方案整體部署架構(gòu)如圖1所示。

該系統(tǒng)主要由控制臺(tái)、服務(wù)端、客戶端組成，客戶機(jī)啟動(dòng)時(shí)通過(guò)DHCP獲取客戶機(jī)IP地址及服務(wù)器IP地址，使用Tftp加載啟動(dòng)文件來(lái)建立網(wǎng)絡(luò)連接并訪問(wèn)服務(wù)器上的虛擬磁盤，從而完成操作系統(tǒng)的引導(dǎo)。對(duì)比VDI方案，噢易桌面云方案更為滿足學(xué)校的需求，且更具有可行性。通過(guò)實(shí)際的使用表明，在噢易云桌面中，具有像在本地PC上安裝的操作系統(tǒng)的性能和響應(yīng)能力。它有如下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：

（1）不受服務(wù)器故障、網(wǎng)絡(luò)中斷的影響。云桌面具有本地緩存技術(shù)，可以將網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用虛擬化數(shù)據(jù)緩存在本地硬盤。當(dāng)服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)或網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，客戶端桌面不會(huì)受此影響，可正常使用云服務(wù)器上部署好的應(yīng)用軟件，保證上課持續(xù)進(jìn)行不中斷。

（2）采用了本地運(yùn)行的機(jī)制，所以上課時(shí)終端開(kāi)機(jī)不會(huì)去下載整個(gè)操作系統(tǒng)鏡像，只是更新集中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，不會(huì)占用太多的網(wǎng)絡(luò)資源，所以開(kāi)機(jī)就不會(huì)有開(kāi)機(jī)風(fēng)暴的問(wèn)題。[11]

（3）支持以P2P方式下載桌面環(huán)境。噢易系統(tǒng)采用了P2P網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，這種方式可以有效地均衡上下行線路的數(shù)據(jù)量，客戶端不僅能從服務(wù)器上下載更新數(shù)據(jù)，還能從網(wǎng)絡(luò)中的其它客戶機(jī)上獲取所需的數(shù)據(jù)[12]，大大減輕了服務(wù)器的帶寬壓力。

（4）可完美支持多媒體、3D影像設(shè)計(jì)、視頻交互等應(yīng)用。由于方案采用集中管理、本地運(yùn)行的方式，充分利用本地計(jì)算資源，可流暢運(yùn)行三維圖形設(shè)計(jì)、高清視頻等復(fù)雜應(yīng)用，完全滿足專業(yè)機(jī)房的需求。如今，產(chǎn)品已經(jīng)使用了大半年，在教學(xué)中，大量使用了包括SQL Server、UG、ProE、3DMax等大型軟件在內(nèi)的各種軟件，軟件的性能等同于在PC上的使用性能。

（5）采用異步傳輸模式。這種傳輸模式終端與服務(wù)器的交互數(shù)據(jù)并非實(shí)時(shí)交互，簡(jiǎn)單通俗地理解異步傳輸就是： 你傳輸吧，我去做我的事了，傳輸完了告訴我一聲。這樣可以實(shí)現(xiàn)桌面環(huán)境的隨時(shí)更新，不影響教學(xué)過(guò)程；管理員只需要對(duì)一臺(tái)客戶端進(jìn)行更新，其他客戶端重啟一次即可馬上使用更新桌面環(huán)境，無(wú)需中斷教學(xué)，就實(shí)現(xiàn)了臨時(shí)桌面環(huán)境更新，給管理員帶來(lái)了極大的便利。

五、結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)來(lái)看， 噢易云桌面增強(qiáng)版很適合專業(yè)機(jī)房，但是由于IDV要求終端是有計(jì)算能力的胖客戶端，硬件配置要求高一些，因此購(gòu)置成本會(huì)高一些。經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外桌面虛擬化方案的初步使用與對(duì)比，國(guó)內(nèi)桌面虛擬化方案的成熟讓筆者更堅(jiān)定的邁向教育云時(shí)代。本次計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)對(duì)于推廣我校云桌面運(yùn)用是一次非常好的開(kāi)端。通過(guò)桌面虛擬化技術(shù)，解決計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理與維護(hù)的困境，順應(yīng)現(xiàn)代教學(xué)和教師信息化教學(xué)的訴求，實(shí)現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量的提升，這對(duì)于推動(dòng)我校的教育信息化建設(shè)也是一次有益的嘗試。

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（編輯：王曉明）endprint