基于VMware View的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室桌面云平臺(tái)構(gòu)建

蘇宇　王冬秀　何世恒

摘要：高校在建成的數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)上構(gòu)建高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室桌面云需要在統(tǒng)計(jì)分析學(xué)生使用需求的基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)平臺(tái)的桌面資源池、存儲(chǔ)、物理服務(wù)器及管理組件部署等進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，在部署完成投入使用中不斷螺旋上升優(yōu)化，達(dá)到建設(shè)一個(gè)穩(wěn)定的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室云桌面云平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：VMware View；桌面云；計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）08-0218-03

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)等的迅速發(fā)展，社會(huì)各行各業(yè)對(duì)大學(xué)畢業(yè)生計(jì)算機(jī)基本操作能力、辦公軟件應(yīng)用能力，以及專業(yè)計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用能力等的要求越來(lái)越高，高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)的教學(xué)任務(wù)也越來(lái)越重要，其建設(shè)與管理要求也隨之提高。

基于VMware View的桌面云平臺(tái)采用了虛擬機(jī)技術(shù)，相對(duì)于過去傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室主要有幾點(diǎn)好處：1）便于管理，大幅度提高管理效率；2）能更靈活地滿足學(xué)生需求；3）避免資源浪費(fèi)，節(jié)省資源。硬件和人力上都可以節(jié)省很多資源，延長(zhǎng)舊設(shè)備的使用壽命。例如，將傳統(tǒng)PC作為瘦客戶端桌面使用，通過在瘦客戶端桌面中使用VMware View，可以在舊版桌面硬件上使用windows7等操作系統(tǒng)，使硬件的使用壽命延長(zhǎng)2到4年。

本文就構(gòu)建基于VMware View計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室桌面云平臺(tái)的幾個(gè)重要問題進(jìn)行分析，在學(xué)校已建成數(shù)據(jù)中心并投入使用的背景下提出了搭建整體方案。

1計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室云桌面的架構(gòu)與構(gòu)建思路

1）計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室云桌面的架構(gòu)采用典型的VMware View架構(gòu)，是在vSphere服務(wù)器虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)之上的，包括ESX或ESXi群集、虛擬化管理端vCenter等，其體系架構(gòu)如下圖：

2）構(gòu)建一個(gè)基于VMware View的云桌面平臺(tái)，最為核心的內(nèi)容就是對(duì)內(nèi)存、CPU、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等資源進(jìn)行規(guī)劃與設(shè)計(jì)，這必須建立在對(duì)服務(wù)對(duì)象及用戶群及用戶、用戶需求、管理要求等情況的詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為虛擬機(jī)、桌面池、管理組建、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)等內(nèi)容的規(guī)劃與設(shè)計(jì)。一方面，不浪費(fèi)過多資源；另一方面，能很好地滿足用戶群對(duì)桌面良好運(yùn)行的性能要求。即基于用戶群進(jìn)行規(guī)劃：用戶群定義——資源池設(shè)計(jì)——存儲(chǔ)設(shè)計(jì)——服務(wù)器設(shè)計(jì)。

2基于VMware View的云桌面平臺(tái)的構(gòu)建

1）用戶群分析

高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的用戶對(duì)象是學(xué)生，從使用計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室方面主要有幾點(diǎn)特點(diǎn)：

a.無(wú)需專屬計(jì)算機(jī)，屬于典型的Kiosk用戶；

b.每次上機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，一般情況下，無(wú)需保存數(shù)據(jù)；

c.不同專業(yè)的學(xué)生其上機(jī)課程總體特點(diǎn)各異，不同的上機(jī)課程群對(duì)計(jì)算機(jī)終端的性能要求不同。以2016年本校本科教育全年120多門的計(jì)算機(jī)上機(jī)課程為樣本，筆者進(jìn)行了分析統(tǒng)計(jì)分類，具體如下表：

計(jì)算機(jī)上機(jī)類課程分類表

結(jié)合所在學(xué)?，F(xiàn)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行現(xiàn)狀，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的高使用率以及對(duì)計(jì)算機(jī)高性能特殊要求及建設(shè)成本性價(jià)比考慮，筆者認(rèn)為承擔(dān)計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)課程類及多媒體設(shè)計(jì)類兩類課程并不適合通過虛擬桌面實(shí)現(xiàn)，因此本文研究的主要是承擔(dān)前三類課程的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室云桌面平臺(tái)建設(shè)。

2）資源池的構(gòu)建

根據(jù)用戶使用資源的需求特點(diǎn)，資源池中根據(jù)三個(gè)不同類型云桌面用戶設(shè)置3個(gè)子資源池“Common”、“DEM”、“EGI”，分別對(duì)應(yīng)第一類公共基礎(chǔ)類用戶、第二類經(jīng)管類用戶、第三類工科類用戶。從現(xiàn)行學(xué)校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)情況來(lái)看，同一時(shí)段使用計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的情況：其中第一類用戶不超過320人（8個(gè)班），第二類用戶不超過160人（4個(gè)班），第三類工科類用戶不超過240人（6個(gè)班）。

由于第二、第三類用戶同時(shí)也屬于第一類用戶，且第一類公共基礎(chǔ)類涉及的應(yīng)用軟件要求不高，“DEM”、“EGI1”和“EGI2”三類桌面也可以滿足公共基礎(chǔ)類用戶需求，因此可通過優(yōu)化排課，適當(dāng)?shù)亟档屯粫r(shí)段使用計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，總體上減少總云桌面的建設(shè)數(shù)量，避免資源浪費(fèi)。參考2016年，學(xué)校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室整體運(yùn)行情況分析，云桌面預(yù)按第一類200個(gè)，第二類160個(gè)，第三類200個(gè)建設(shè)。如用戶數(shù)量擴(kuò)增，可再增加資源靈活配置更多桌面。

學(xué)生用戶屬于典型的Kiosk用戶，云桌面需要自動(dòng)登錄，云桌面主要配置策略包括：（1）自動(dòng)化大家桌面池；（2）浮動(dòng)分配，用戶可以訪問池中的任何可用桌面；（3）通過View Composer使用鏈接克隆技術(shù)，節(jié)省存儲(chǔ)空間；（4）使用每次用戶注銷刷新策略；（5）使用GPO設(shè)置，默認(rèn)情況下，桌面啟動(dòng)或?qū)SB設(shè)備插人客戶端計(jì)算機(jī)是執(zhí)行將本地USB設(shè)備連接到桌面，為學(xué)生通過U盤保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供接口。參考VMware view最佳實(shí)例應(yīng)用情況以及現(xiàn)行計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行情況，預(yù)分配如下表：

3）存儲(chǔ)規(guī)劃與優(yōu)化

針對(duì)學(xué)生用戶，相對(duì)于存儲(chǔ)容量，數(shù)據(jù)的I/O性能需優(yōu)先考慮。使用View Composer帶鏈接的克隆技術(shù)，桌面僅使用增量磁盤來(lái)存儲(chǔ)自身操作系統(tǒng)與母版之間的數(shù)據(jù)差異，同時(shí)由于用戶使用特點(diǎn)桌面配置時(shí)啟動(dòng)刷新策略，可以降低高達(dá)70%的存儲(chǔ)成本。存儲(chǔ)容量總體需求按3個(gè)資源池共560個(gè)虛擬桌面計(jì)算約13T，考慮到冗余量，總的存儲(chǔ)容量預(yù)按15T規(guī)劃建設(shè)，并將所有磁盤配置為RAID 10，以提升I/O性能。

存儲(chǔ)性能需求上，根據(jù)行業(yè)的總體經(jīng)驗(yàn)及用戶習(xí)慣分析，一般用戶對(duì)I/O性能要求在20個(gè)lOPS左右，但高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室往往存在著同時(shí)啟動(dòng)云桌面的情況，即要處理桌面的啟動(dòng)風(fēng)暴問題，在啟動(dòng)風(fēng)暴中，用戶對(duì)I/O性能會(huì)達(dá)到50-100個(gè)IOPS，按桌面總數(shù)量560個(gè)同時(shí)啟動(dòng)計(jì)算估算，所有桌面同時(shí)登錄時(shí)所產(chǎn)生的總體IOPS將達(dá)到56000（560×100）。一般而言，每分鐘15000轉(zhuǎn)的SAS磁盤最多可以處理的IOPS為180，而SSD可以處理大約5000個(gè)IOPS，利用SSD存儲(chǔ)可以消除啟動(dòng)風(fēng)暴。

但考慮到SSD的建設(shè)成本，同時(shí)將使用View Composer設(shè)置連接克隆，資源池的系統(tǒng)母版映像文件作為只讀磁盤為該資源池中所有桌面虛擬機(jī)所共享，當(dāng)桌面虛擬機(jī)經(jīng)歷啟動(dòng)過程時(shí)，大部分的磁盤活動(dòng)來(lái)自于母版映像。因此，可將母版映像和副本存放在SSD存儲(chǔ)上，其他所有單獨(dú)的虛擬機(jī)快照可以存放SAS或SATA的存儲(chǔ)池上?？紤]到學(xué)校數(shù)據(jù)中心已投入使用，已經(jīng)提供了一個(gè)很好的支撐平臺(tái)，為避免對(duì)已有的基礎(chǔ)架構(gòu)的影響和太大的改動(dòng)，可通過由SSD磁盤組成的NSS SANAccelerator硬件裝置，放置在主機(jī)和存儲(chǔ)設(shè)備之間。此硬件裝置作為緩存層，所有的存儲(chǔ)I/O都將通過它到達(dá)后端的存儲(chǔ)設(shè)備。緩存硬件裝置可以識(shí)別頻繁訪問的磁盤數(shù)據(jù)塊，并自動(dòng)將其緩存，這樣這些數(shù)據(jù)塊將可以從SSD磁盤讀取，而非從較慢的后端存儲(chǔ)。通過緩存一些共同的數(shù)據(jù)如虛擬機(jī)母版映像，可以按需動(dòng)態(tài)調(diào)整以滿足任何高I/O需求，從而消除啟動(dòng)風(fēng)暴。考慮到所有桌面不太可能同時(shí)啟動(dòng)，可適當(dāng)降低總IOPS峰值，SSD共需11塊。

4）服務(wù)器與管理組件

在VMware View的部署中，可利用已經(jīng)建設(shè)使用的數(shù)據(jù)中心通訊網(wǎng)絡(luò)部署服務(wù)器與存儲(chǔ)，服務(wù)器與服務(wù)器，客戶端與數(shù)據(jù)中心虛擬機(jī)等之間的通訊，因此資源的規(guī)劃與設(shè)計(jì)更多地集中在物理主機(jī)資源及群集設(shè)置上，結(jié)合用戶云桌面數(shù)量、性能資源需求，搭建支撐計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室云桌面的ESXI群集，為運(yùn)行的虛擬機(jī)提供一個(gè)高可用性和冗余環(huán)境。根據(jù)資源池及虛擬機(jī)的分類及需求，在初步部署中，通過vCenter部署3個(gè)群集，2臺(tái)服務(wù)器組成虛擬服務(wù)器集群“server”，8臺(tái)組成云桌面集群“view-1”，5臺(tái)組成云桌面集群“view-2”。vCenter配置群集容量規(guī)劃如下：

在物理架構(gòu)搭建完成后，需要搭建管理架構(gòu)，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室云桌體系架構(gòu)中涉及的管理組件包括：vSphere for Desktop、vCenter Server、View Manager、View Composer、View角色管理、ThinAPP等，這些組件將運(yùn)行在服務(wù)器群集提供的虛擬機(jī)上。

在部署完成后，物理服務(wù)器資源是否能很好地滿足整個(gè)云桌面平臺(tái)日常的運(yùn)行需求，是否產(chǎn)生過量負(fù)載等問題，需要在日常教學(xué)活動(dòng)中，在整個(gè)云桌面平臺(tái)運(yùn)行中對(duì)服務(wù)器負(fù)載動(dòng)態(tài)跟蹤、預(yù)測(cè)系統(tǒng)性能以及判斷系統(tǒng)是否健康。此時(shí)，可利用VMware提供的工具vCenter Operations Manager for VMware View對(duì)虛擬桌面系統(tǒng)的系統(tǒng)負(fù)載，系統(tǒng)性能以及虛機(jī)負(fù)載和性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從整個(gè)系統(tǒng)的角度看系統(tǒng)的健康程度，負(fù)載量以及可能需要的擴(kuò)容。當(dāng)一個(gè)群集內(nèi)的ESXi主機(jī)平均CPU利用率超過60%，內(nèi)存利用率超過90%時(shí)，需要考慮群集內(nèi)加人新的ESXi主機(jī)，由于一個(gè)群集ESXi主機(jī)數(shù)不能超過8臺(tái)，當(dāng)一個(gè)包含8個(gè)主機(jī)需增加CPU等資源時(shí)，需新建一個(gè)群集。

3結(jié)束語(yǔ)

基于VMware View的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室桌面云平臺(tái)的構(gòu)建是一個(gè)螺旋上升優(yōu)化的一個(gè)過程，硬件資源的配置、管理組件在設(shè)置等很難一步就能規(guī)劃出一個(gè)運(yùn)行良好，各種資源都能充分利用的平臺(tái)，需要在日常的調(diào)試、運(yùn)維中不斷優(yōu)化，系統(tǒng)過載時(shí)擴(kuò)容、過剩時(shí)資源調(diào)配等。與企業(yè)相比，學(xué)校自建的私有云或者說(shuō)是數(shù)據(jù)中心為這一模式提供了很好的一個(gè)環(huán)境。

可以說(shuō)，建設(shè)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室桌面云平臺(tái)，不僅可以減少計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理人員的人力資源成本，可以延長(zhǎng)PC的使用壽命降低計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備更新成本。同時(shí)，集中統(tǒng)一、快速的系統(tǒng)部署，可以靈活地、及時(shí)地滿足計(jì)算機(jī)上機(jī)教學(xué)需求變化。此外，也推動(dòng)了整個(gè)學(xué)校數(shù)據(jù)中心、智慧校園的建設(shè)。