高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室桌面化虛擬化建設(shè)的研究

張園園，馮光南

（安徽工業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,安徽 合肥 235100）

0 引言

計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展為虛擬機(jī)的使用提供了非常便捷的條件，高等院校的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室在傳統(tǒng)的架構(gòu)模式下呈現(xiàn)出管理分散、成本高以及用戶使用不便等一系列缺點(diǎn)。通過(guò)桌面虛擬化技術(shù)對(duì)高等院校的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行改造具有非常重要的作用。

1 桌面虛擬化概述

桌面虛擬化的技術(shù)最早是基于服務(wù)器而提出的一種更加便捷的計(jì)算機(jī)管理模型，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成中主要包括最基本的硬件、架構(gòu)在硬件系統(tǒng)上的操作系統(tǒng)以及各種具有特定功能的軟件，桌面虛擬化主要是從人的操作和管理的角度對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化所形成的產(chǎn)物，其特點(diǎn)是可以將計(jì)算機(jī)的物理部分與人們的操作環(huán)節(jié)進(jìn)行相對(duì)徹底地分離，這些虛擬化的桌面可以直接存儲(chǔ)在遠(yuǎn)程的中央服務(wù)器上，其具體構(gòu)成可分為4個(gè)主要部分。將計(jì)算機(jī)終端進(jìn)行虛擬化處理之后可以讓人們?cè)诓皇軙r(shí)間和地點(diǎn)限制的情況下方便地通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)個(gè)人的桌面系統(tǒng)，完成其操作活動(dòng)。

計(jì)算機(jī)桌面虛擬化技術(shù)可以將計(jì)算機(jī)的硬件設(shè)備、操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件以及使用者進(jìn)行有效的綁定，操作人員只需要通過(guò)虛擬化的桌面系統(tǒng)就可以對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)進(jìn)行有效的管理并指揮其完成具體的工程任務(wù)。

現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)的桌面虛擬化技術(shù)發(fā)展正在接受新的挑戰(zhàn)，主要原因在于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能硬件技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致終端系統(tǒng)的類(lèi)型、功能和數(shù)量出現(xiàn)了大幅度的增加，層出不窮的新型智能硬件系統(tǒng)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)桌面虛擬化的需求越來(lái)越多，舊的硬件系統(tǒng)和新的硬件系統(tǒng)在架構(gòu)上存在的差異也會(huì)導(dǎo)致桌面虛擬化工作的開(kāi)展具有一定的難度[1]。

2 建設(shè)需求分析

第一，傳統(tǒng)架構(gòu)下的高效計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室往往是在每一臺(tái)計(jì)算機(jī)上安裝操作系統(tǒng)以及教學(xué)課程所需的各種軟件，這種管理模式帶來(lái)的弊端在于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)非常分散且對(duì)后續(xù)的管理帶來(lái)了較大的難度，例如，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和備份需要逐一去完成。第二，學(xué)生在利用網(wǎng)絡(luò)或者使用某些移動(dòng)式硬件設(shè)備的過(guò)程中可能會(huì)受到病毒的攻擊，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在安全防護(hù)水平方面的管理也存在著比較松散且難以集中統(tǒng)一管理的問(wèn)題，這就為計(jì)算機(jī)安全管理帶來(lái)了困難，嚴(yán)重的情況下可能會(huì)造成計(jì)算機(jī)課實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)丟失或者嚴(yán)重?fù)p壞等。第三，傳統(tǒng)的架構(gòu)模式下學(xué)生在上課時(shí)必須在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中去完成相關(guān)的操作，而且一旦設(shè)備出現(xiàn)故障就會(huì)出現(xiàn)停滯不前的情況，這種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)管理模式導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中受到時(shí)間和空間上的巨大限制。第四，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)眾多的計(jì)算機(jī)在日常的管理中需要老師對(duì)其軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)的維護(hù)，這種分散化的管理模式需要消耗大量的時(shí)間和人力成本，一個(gè)簡(jiǎn)單的軟件升級(jí)就可能產(chǎn)生很大的工作量[2]。

3 桌面虛擬化的作用

3.1 集中化管理

個(gè)人計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)可以讓用戶在更加廣泛的場(chǎng)合和時(shí)間下去完成某些特定的任務(wù)，用戶的使用相對(duì)于更早的大機(jī)器時(shí)代得到了大幅度的改善，由此帶來(lái)的問(wèn)題是計(jì)算機(jī)的分散化導(dǎo)致管理工作大幅度增加。桌面虛擬化技術(shù)的出現(xiàn)可以讓學(xué)生在不限于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的情況下訪問(wèn)自己計(jì)算機(jī)，管理員只需要借助實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)管理中心就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每一臺(tái)計(jì)算機(jī)的管理，進(jìn)而將原本相對(duì)分散的管理模式改變?yōu)榧惺降墓芾砟Ｊ?，并有效地提高了工作效率。管理人員通過(guò)數(shù)據(jù)中心就可以對(duì)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的系統(tǒng)配置、數(shù)據(jù)同步。

3.2 靈活的訪問(wèn)方式

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)管理模式下學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)必須在特定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室完成各項(xiàng)工作，而桌面虛擬化技術(shù)的應(yīng)用可以讓學(xué)生通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)在各種時(shí)間和各種地點(diǎn)下方便地訪問(wèn)虛擬化的桌面，進(jìn)而借助桌面上的軟件系統(tǒng)去完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，學(xué)習(xí)效率大大提升[3]。

3.3 降低設(shè)備采購(gòu)和維護(hù)成本

傳統(tǒng)架構(gòu)模式下需要為每一個(gè)學(xué)生都提供一臺(tái)物理機(jī)器以及安裝各種實(shí)驗(yàn)所需的軟件，這些軟硬件設(shè)備的采購(gòu)成本相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較高的。桌面虛擬化架構(gòu)模式下學(xué)生使用的每一臺(tái)虛擬機(jī)器的采購(gòu)成本可以降低到傳統(tǒng)物理機(jī)器的50%左右，整體的成本可以得到大幅度的壓縮。與此同時(shí)，通過(guò)虛擬機(jī)器節(jié)省下來(lái)的費(fèi)用還可以用來(lái)改善實(shí)驗(yàn)室的服務(wù)器設(shè)備，學(xué)生在使用過(guò)程中可以獲得更大的內(nèi)存、磁盤(pán)空間以及更加優(yōu)秀大的計(jì)算能力。

3.4 終端設(shè)備更加簡(jiǎn)潔

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)需要為每一個(gè)學(xué)生提供良好的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，因?yàn)橛布渲弥苯雨P(guān)系到CPU計(jì)算能力、內(nèi)存大小、磁盤(pán)存儲(chǔ)能力以及系統(tǒng)安全防護(hù)等一系列性能。但是虛擬桌面技術(shù)和遠(yuǎn)程服務(wù)其的應(yīng)用可以讓用戶使用一些具備簡(jiǎn)單上網(wǎng)功能的硬件設(shè)備來(lái)完成遠(yuǎn)程服務(wù)器的操作，例如個(gè)人電腦、手機(jī)或者瘦客戶端等。這些用于操作遠(yuǎn)程服務(wù)器和虛擬桌面的硬件設(shè)備本身不需要具備非常優(yōu)秀的配置，也就是說(shuō)用戶使用的終端設(shè)備在這種情況下得到了大幅度的簡(jiǎn)化。

3.5 節(jié)能

傳統(tǒng)的物理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中需要消耗更多的電能，而現(xiàn)階段基于云服務(wù)技術(shù)所構(gòu)建的虛擬機(jī)可以大幅度降低電力能源的消耗量，進(jìn)而有效地節(jié)約高校實(shí)驗(yàn)室的電力成本。

4 虛擬桌面建設(shè)方法

4.1 瘦客戶端方案

這種架構(gòu)模式需要利用服務(wù)器的資源池來(lái)實(shí)現(xiàn)顯卡圖形運(yùn)算、CPU計(jì)算以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等計(jì)算機(jī)常用功能，用戶在使用時(shí)需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接訪問(wèn)服務(wù)器資源池上運(yùn)行的虛擬機(jī)桌面并借此來(lái)完成各種任務(wù)。此時(shí)，用戶使用的終端在硬件配置方面的要求是比較低的，虛擬桌面的操作系統(tǒng)一般是Linux，這種操作系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)在于其具備非常良好的安全性且在這種系統(tǒng)下可以更好地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程任務(wù)的管理。需要指出的是這種架構(gòu)模式在某些情況下也具有較多的局限性，具體如下：（1）如果高等院校的實(shí)驗(yàn)室中外接了打印機(jī)、掃描儀等多種設(shè)備就可能造成虛擬桌面出現(xiàn)兼容不良的問(wèn)題；（2）高等院校的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室一般具有較大的使用需求，同時(shí)上百臺(tái)虛擬機(jī)運(yùn)行的情況也是非常普遍的，這種情況就對(duì)學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的網(wǎng)絡(luò)配置能力提出了較高的要求。例如，寬帶不足的情況下可能會(huì)導(dǎo)致學(xué)生在使用虛擬服務(wù)時(shí)不能獲得流暢的運(yùn)行體驗(yàn)；（3）這種架構(gòu)方案對(duì)服務(wù)器的性能具有比較高的要求，并且在配置系統(tǒng)的過(guò)程中需要根據(jù)學(xué)生終端的數(shù)量合理地提升服務(wù)器性能，整體成本是比較高的。系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中還可能因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)故障或者服務(wù)器故障而導(dǎo)致所有的學(xué)生終端都不能正常地使用[4]。

4.2 X86架構(gòu)的虛擬桌面方案

采用這種架構(gòu)模式可以讓管理人員快速地部署計(jì)算機(jī)終端系統(tǒng)并有效地降低整體的維護(hù)成本，管理人員可以在服務(wù)器上將各個(gè)終端的相關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)部署上去并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)集中化的管理。學(xué)生訪問(wèn)虛擬終端時(shí)服務(wù)器會(huì)以數(shù)據(jù)流的形式將其傳輸給每一個(gè)用戶，在這種架構(gòu)模式下通常包括了客戶端、服務(wù)器、管理端，而且服務(wù)器需要進(jìn)行備份。這種架構(gòu)形式下服務(wù)器的主要作用是向客戶提供各種必要的數(shù)據(jù)以及存儲(chǔ)虛擬磁盤(pán)文件，管理端可以從遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)用戶虛擬桌面發(fā)送以及操作等重要的工能，用戶終端主要是X86架構(gòu)的個(gè)人計(jì)算機(jī)，然后在上面安裝一些云桌面客戶端，然后用戶就可以通過(guò)這些客戶端來(lái)訪問(wèn)遠(yuǎn)程的虛擬桌面。

在這種架構(gòu)模式下用戶的訪問(wèn)終端需要支持內(nèi)存、CPU計(jì)算以及顯卡等物理功能，而服務(wù)器則根據(jù)用戶的需求將相關(guān)的軟件數(shù)據(jù)和操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到用戶的個(gè)人終端上，傳統(tǒng)架構(gòu)下的所有計(jì)算機(jī)在這種模式下依然可以得到有效的利用，因而對(duì)傳統(tǒng)架構(gòu)體系進(jìn)行改造時(shí)可以利用這種X86架構(gòu)的虛擬桌面系統(tǒng)來(lái)降低成本。

5 結(jié)語(yǔ)

虛擬機(jī)和虛擬桌面技術(shù)的應(yīng)用可以讓用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接訪問(wèn)桌面并借助各種軟件來(lái)操縱遠(yuǎn)程服務(wù)器。高等院校的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室可以借助這種技術(shù)來(lái)降低運(yùn)行成本、提高集中管理度以及改善學(xué)生的使用體驗(yàn)，學(xué)生在這種架構(gòu)模式下可以不受時(shí)間和地點(diǎn)的限制，從而非常方便地訪問(wèn)遠(yuǎn)程服務(wù)器。在具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中可以采用瘦客戶端方案或者X86架構(gòu)下的虛擬桌面方案等。