桌面虛擬化在高校公共機(jī)房的研究與實(shí)踐

卓靜　周永平

摘要：高校公共機(jī)房設(shè)備數(shù)量多，使用率高。隨著實(shí)驗(yàn)課程的多樣化，配置要求的不斷提高，計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代頻繁，而現(xiàn)有管理模式和軟硬件資源暴露出諸多問題。提出桌面虛擬化全新的應(yīng)用管理模式，可根據(jù)實(shí)際教學(xué)需要，進(jìn)行個(gè)性化定制，靈活多變，實(shí)現(xiàn)了上機(jī)方式多元化，資源配置多樣化。

關(guān)鍵詞：桌面虛擬化；公共機(jī)房；鏡像；云計(jì)算

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）15-0285-03

The Research And Practice of Desktop Virtualization for Public Computer Laboratory in Colleges and Universities

ZHUO Jing， ZHOU Yong-ping

（Computer Science and Technology，Nanjing University of Technology，Nanjing 211800，China）

Abstract： The number of public computer laboratory equipments in colleges and universities is large and with the high utilization rate.. With the diversifying courses of application practice， the demand of higher level of the equipmentsconfiguration is continuous， and the computer updating is more and more frequent， on the other hand， many problems in the existing management modes and softwares resources are being exposed. Desktop virtualization application of new management mode， is put forward according to actual teaching needs， it can be flexibly customized thus， a diversified resource allocation and method of computer application practice can be realized.

Key words： desktop virtualization； the public computer laboratory； mirror； Cloud computing

隨著實(shí)驗(yàn)教學(xué)體制的不斷改革，設(shè)計(jì)性、綜合性和研究性等高層次的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目越來(lái)越多，而高校公共機(jī)房作為實(shí)踐教學(xué)的重要場(chǎng)所，在培養(yǎng)大學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、開拓創(chuàng)新能力和提升大學(xué)生綜合素質(zhì)等方面起著舉足輕重的作用。

本校公共機(jī)房主要承擔(dān)全校學(xué)生的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課及部分專業(yè)課程的上機(jī)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，同時(shí)承擔(dān)各類考試及競(jìng)賽的任務(wù)。其設(shè)備數(shù)量多，使用率高，隨著實(shí)驗(yàn)課程的多樣化，配置要求的不斷提高，規(guī)模數(shù)量的不斷擴(kuò)大，計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代頻繁，而現(xiàn)有公共機(jī)房的實(shí)驗(yàn)管理模式以及軟硬件資源暴露出諸多問題，已經(jīng)無(wú)法很好地滿足教學(xué)需求。

隨著云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用的普及，桌面虛擬化將云計(jì)算進(jìn)行了實(shí)例化應(yīng)用，利用云終端來(lái)訪問應(yīng)用程序以及整個(gè)客戶桌面，可以根據(jù)實(shí)際教學(xué)需要，進(jìn)行個(gè)性化設(shè)定，靈活多變，在充分利用新舊機(jī)器的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了上機(jī)方式多元化，資源配置多樣化。

1 桌面虛擬化

桌面虛擬化（desktop virtualization）是一種基于服務(wù)器的計(jì)算模型，通過(guò)此模型將個(gè)人計(jì)算機(jī)桌面環(huán)境與物理設(shè)備分離，所產(chǎn)生的“被虛擬”的桌面不再存儲(chǔ)于遠(yuǎn)程客戶端的本地磁盤上，而是存儲(chǔ)在遠(yuǎn)端中央服務(wù)器上[1]，是將所有桌面虛擬機(jī)在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行托管并進(jìn)行統(tǒng)一管理，用戶能夠獲得完整PC機(jī)的使用體驗(yàn)[2]。

桌面虛擬化一般包含以下核心要素：Virtualization Infrastructure（虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)）、虛擬桌面交付控制器、鏡像管理、虛擬應(yīng)用、個(gè)性化以及高效的遠(yuǎn)程訪問協(xié)議。其基本原理是在數(shù)據(jù)中心的虛擬化平臺(tái)上部署和運(yùn)行用戶所定制的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件[3]，通過(guò)桌面?zhèn)鬏攨f(xié)議將數(shù)據(jù)以視圖的方式傳送到客戶端，同時(shí)服務(wù)器對(duì)用戶端的輸入進(jìn)行處理，隨時(shí)更新桌面視圖內(nèi)容，最基本的虛擬桌面系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示：

2本校公共機(jī)房管理現(xiàn)狀

本校公共機(jī)房主要采用硬盤還原卡的形式，通過(guò)其來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的保護(hù)，并可通過(guò)局域網(wǎng)進(jìn)行系統(tǒng)和軟件的同傳，這種運(yùn)行模式是長(zhǎng)期和多數(shù)機(jī)房所采用的方式，能滿足正常的教學(xué)需要，卻存在諸多問題。

1）公共機(jī)房計(jì)算機(jī)數(shù)量多，硬件配置各不相同，維護(hù)管理壓力大。

2）多樣化教學(xué)，系統(tǒng)構(gòu)建壓力大。

本校公共機(jī)房除了正常進(jìn)行教學(xué)以外，還承辦各類無(wú)紙化考試（計(jì)算機(jī)等級(jí)考試，四六級(jí)口語(yǔ)考試，CAD競(jìng)賽等），使得機(jī)房的使用環(huán)境達(dá)數(shù)十種之多，部分環(huán)境可以相互疊加使用，可部分完全不能共存，系統(tǒng)的多樣化只能靠人工進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)同傳，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

3）教學(xué)軟件更新、軟件激活頻繁

教學(xué)過(guò)程中根據(jù)教學(xué)需求，增加教學(xué)軟件，定期升級(jí)軟件版本，管理員需重新部署，逐臺(tái)升級(jí)，加上很多專業(yè)軟件，如果批量安裝，授權(quán)許可按終端計(jì)算，成本高，安裝后，需逐臺(tái)激活才能使用，由于軟件授權(quán)需綁定終端硬件，管理員必須對(duì)終端逐一操作，耗時(shí)耗力[4]。

4）計(jì)算機(jī)硬件老化嚴(yán)重

本校公共機(jī)房面向全校師生開放，承擔(dān)全校學(xué)生的公共基礎(chǔ)課及部分專業(yè)課程，量大面廣，開放時(shí)間長(zhǎng)，工作負(fù)荷重，使得計(jì)算機(jī)硬件老化嚴(yán)重。

3 桌面虛擬化在公共機(jī)房的實(shí)施

在桌面虛擬化的應(yīng)用領(lǐng)域，主要有Citrix公司的XenDesktop，VMware公司的VMwareView等國(guó)外產(chǎn)品，以及國(guó)內(nèi)主流的華為公司的FusionAccess、Thin Puter公司的Thinputer OVD等[5]。本文在深入研究相關(guān)產(chǎn)品及解決方案的基礎(chǔ)上，對(duì)虛擬化桌面產(chǎn)品進(jìn)行了對(duì)比（見表1）。通過(guò)對(duì)比我們得出Ctrix、VMware等國(guó)外產(chǎn)品比較適用于辦公場(chǎng)合，而PNS更適合機(jī)房的虛擬化建設(shè)，因此在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，我們采用了PNSQuickDesktop虛擬化產(chǎn)品對(duì)本校公共機(jī)房進(jìn)行了改造升級(jí)。

3.1 公共機(jī)房虛擬化建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

本校公共機(jī)房目前共有5個(gè)機(jī)房，每個(gè)機(jī)房單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，只需桌面百兆，上聯(lián)千兆即可，所以只需要通過(guò)一臺(tái)核心交換機(jī)把5個(gè)機(jī)房溝通起來(lái)，在核心交換機(jī)上通過(guò)劃分VLAN進(jìn)行5個(gè)機(jī)房的網(wǎng)絡(luò)管理，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示。采用此網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于，服務(wù)器數(shù)量少，所有的網(wǎng)絡(luò)均由公共機(jī)房進(jìn)行管理，容易協(xié)調(diào)，機(jī)房之間都是互通的。在實(shí)際實(shí)施中，交換機(jī)采用H3C-1050T，交換機(jī)之間采用千兆口的級(jí)聯(lián)方式；核心交換機(jī)采用思科3650G；服務(wù)器采用PNS DS-7500（英特爾4核至強(qiáng)CPU，4GB內(nèi)存，1TSATAII硬盤*4塊，RAID0，雙千兆網(wǎng)卡）；客戶端均需支持PXE網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)；網(wǎng)線均為正規(guī)品牌超5類線或者6類線。

3.2桌面虛擬化具體實(shí)施

本項(xiàng)目針對(duì)本校公共機(jī)房現(xiàn)有的五個(gè)機(jī)房進(jìn)行了測(cè)試，選用的機(jī)器均為惠普和聯(lián)想的品牌機(jī)，因采購(gòu)年代不同配置也各不相同，首先進(jìn)行Vlan的劃分，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整，為每個(gè)機(jī)房劃分不同的IP網(wǎng)段。然后配置服務(wù)器及制作種子計(jì)算機(jī)用于鏡像上傳，其具體流程如圖3。

我們針對(duì)實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境中的需求，配置了三種運(yùn)行環(huán)境（上課、上網(wǎng)、考試）如圖4，其中上課可以對(duì)域用戶進(jìn)行管理，并且針對(duì)教師以及具體課程制作了多種鏡像，上網(wǎng)設(shè)定了專用網(wǎng)關(guān)，考試環(huán)境有效解決了每臺(tái)計(jì)算機(jī)考試初始配置文件不同的問題，全面提供了計(jì)算機(jī)等級(jí)考試的快捷環(huán)境。將這三種教學(xué)環(huán)境制定成不同的方案，通過(guò)方案排程在指定時(shí)間內(nèi)任意切換，切換后客戶機(jī)的IP地址、機(jī)器名、所支持的域隨方案的不同而不同，滿足了正常公共機(jī)房的教學(xué)需求。

3.3 桌面虛擬化應(yīng)用到實(shí)踐教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)

針對(duì)現(xiàn)有公共機(jī)房存在的問題，桌面虛擬化體現(xiàn)了獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)：

1）無(wú)須考慮硬件差異化，進(jìn)行大規(guī)模統(tǒng)一部署電腦系統(tǒng)，能夠提高部署效率，降低部署成本

2）集中進(jìn)行軟件安裝和維護(hù)管理，極大地提高維護(hù)管理的便利性、快捷性，降低維護(hù)成本，提高服務(wù)保障能力

3）大幅度提高電腦的可靠性和安全性，抵御病毒攻擊，并能快速恢復(fù)系統(tǒng)，保障系統(tǒng)正常進(jìn)行，不影響教學(xué)的正常進(jìn)行。

4）實(shí)現(xiàn)了集中管理和個(gè)性化教學(xué)需求的結(jié)合，滿足了教學(xué)用機(jī)對(duì)個(gè)性化、定制環(huán)境的要求以及各類正版軟件統(tǒng)一化合理共享使用的需求，達(dá)到了教學(xué)環(huán)境多樣化、操作系統(tǒng)多樣化。

5）有效延長(zhǎng)機(jī)房計(jì)算機(jī)的壽命，使部分老機(jī)器能夠充分利用，降低硬件采購(gòu)成本。

通過(guò)一個(gè)學(xué)期的實(shí)際運(yùn)行，桌面虛擬化系統(tǒng)初步達(dá)到了預(yù)想目標(biāo)，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行基本穩(wěn)定，跟傳統(tǒng)模式比較，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間提升了50%，病毒發(fā)生率下降了70%，穩(wěn)定性提升了30%，響應(yīng)修復(fù)時(shí)間提升了70%，機(jī)器故障率下降了35%，充分驗(yàn)證了桌面虛擬化的可行性。

4結(jié)論

本文通過(guò)南京工業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究課題，全面分析了本校公共機(jī)房的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和需求現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了公共機(jī)房的桌面虛擬化架構(gòu)和方案，對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)環(huán)境的部署和管理進(jìn)行了改造和創(chuàng)新，提高了管理效率，提升了公共機(jī)房在教學(xué)實(shí)踐中的靈活性。

但在實(shí)際使用過(guò)程中，桌面虛擬化還存在以下問題：

1）采用集中管控的方式，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬及網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的要求比較高[6]。

2）由于目前公共機(jī)房的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡(jiǎn)單，當(dāng)后期需要承載大量用戶并發(fā)使用以及需要部署較為復(fù)雜的應(yīng)用軟件（如三維制圖、動(dòng)畫渲染）時(shí)需重新考慮網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及服務(wù)器的配置性能。

3）桌面虛擬化大大提高了管理效率，確對(duì)實(shí)驗(yàn)室人員的技術(shù)能力提出了更高的要求，實(shí)驗(yàn)室管理人員需具備更高的專業(yè)技能知識(shí)。

總之，隨著虛擬化技術(shù)的不斷成熟，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的不斷增強(qiáng)，以及網(wǎng)絡(luò)帶寬的不斷拓展，桌面虛擬化將逐漸會(huì)取代現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室管理模式，更好地提升公共機(jī)房的信息化水平。

參考文獻(xiàn)：

[1] 金彪，鄭小建，姚志強(qiáng)，等.桌面虛擬化與計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2014，31（2）：85-88.

[2] 劉昌，馮炎.桌面虛擬化及其在知識(shí)型企業(yè)的應(yīng)用方案[J].中國(guó)信息界，2011（8）：58-61.

[3] 楊培.虛擬桌面管理的研究及應(yīng)用[D].南京理工大學(xué)，2012.

[4] 林飛躍，林先津.云桌面在教學(xué)管理中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32（10）：336-338.

[5] 王凡，陳純煉.基于桌面云的高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室組件與管理[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2015，13（3）：190-193.

[6] 宋蕾.虛擬技術(shù)在高校計(jì)算機(jī)機(jī)房實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32（6）：274-278.