應(yīng)用型本科院校云機房建設(shè)的應(yīng)用研究

李輝 涂勝倩 楊靜

摘要：應(yīng)用型本科院校招生規(guī)模增加、計算機相關(guān)課程增多，但現(xiàn)有機房的日常建設(shè)與管理模式均存在諸多問題，很難滿足當(dāng)前教學(xué)及相關(guān)實訓(xùn)的需求。隨著云計算和虛擬化技術(shù)的普及，機房數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)集中化管理，便于集中部署與教學(xué)相關(guān)的桌面環(huán)境，為應(yīng)用型本科院校機房帶來新的技術(shù)架構(gòu)和管理模式。通過研究傳統(tǒng)機房建設(shè)和運維管理現(xiàn)狀，結(jié)合學(xué)校的實際應(yīng)用需求，設(shè)計并建立不同架構(gòu)融合的新虛擬桌面云平臺，達到對應(yīng)用型本科院校云機房統(tǒng)一管理的目的。

關(guān)鍵詞：云計算;虛擬化;云桌面;云機房

中圖分類號：TP391? ? 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）33-0034-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

作為承擔(dān)應(yīng)用型本科院校不同專業(yè)實驗和實訓(xùn)課程的重要場所，計算機機房對資源共享、資源分配、數(shù)據(jù)安全、軟硬件更新等提出更高的要求。而傳統(tǒng)機房主要存在不同批次電腦間硬件不統(tǒng)一、系統(tǒng)升級與更新頻繁、后期硬件擴容成本高等問題[1-2]。云機房，其技術(shù)支撐為桌面虛擬化技術(shù)，該項技術(shù)是以云計算為中心加以虛擬化技術(shù)融合搭建而成，通過資源的統(tǒng)一集中部署，改變了過去獨立、冗散的系統(tǒng)環(huán)境[3-5]。利用集群式服務(wù)器的優(yōu)化架構(gòu)，實現(xiàn)了實體硬件或操作系統(tǒng)的虛擬化，節(jié)省物理空間，并將硬件資源進行有效資源分配與共享，即可實現(xiàn)統(tǒng)一高效管理[6-7]。從現(xiàn)有的運行情況來看，虛擬桌面云平臺能夠提高機房軟硬件資源的利用率與系統(tǒng)的可靠性、可擴展性[8]。如何建立優(yōu)化的虛擬桌面云平臺架構(gòu)、提高資源利用率及減輕維護工作任務(wù)量，并保障云機房運行的穩(wěn)定性，已成為應(yīng)用型本科院校云機房普遍面臨的難題。

1 應(yīng)用型本科院校機房建設(shè)與管理的現(xiàn)狀分析

20世紀(jì)80年代末，隨著計算機專業(yè)的普及，各大高校開始配置機房，早期的機房通常由十多臺獨立運行的計算機組成，大部分機房管理缺少專業(yè)的計算機機房維護人員，機房運行故障率高。到了二十一世紀(jì)初，維護管理制度趨于完善，加之高性能的中央服務(wù)器大量應(yīng)用，星型拓撲結(jié)構(gòu)或網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)的中心機房開始在高校中普及[9]。此時，機房的建設(shè)與管理仍然存在諸多問題：（1）硬件建設(shè)與管理方面：由于日常消耗帶來機房的擴建和維修，不同批次的硬件設(shè)備之間品牌、型號和性能差異很大，造成了硬件配置標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，管理維護困難;每臺計算機都包含CPU、內(nèi)存、硬盤、顯卡等設(shè)備，整體電源能耗大，還需額外配備專業(yè)電源管理人員，加重管理負擔(dān)。（2）機房軟件建設(shè)與管理方面：大部分專業(yè)軟件授權(quán)費用高，且需要綁定終端硬件，需要逐臺激活，增加管理人員的負擔(dān);校園計算機病毒泛濫，并可借助校園網(wǎng)大面積擴散，短時間內(nèi)很難進行保障教學(xué)正常;現(xiàn)有的機房管理軟件一般只能通過廣播的方式實現(xiàn)教學(xué)演示，教學(xué)方式單一、教學(xué)效果差，無法有效實現(xiàn)課堂上師生互動。

總的來說，相對于機房建設(shè)，機房管理的重要性逐漸凸顯出來，計算機通識教學(xué)成為幾乎所有專業(yè)的必修課程，致使機房每天的使用頻率非常高，如何有效部署應(yīng)用軟件的批量升級及學(xué)生端的遠程控制以減輕機房維護人員的工作任務(wù)量，同時如何有效隔絕計算機病毒或網(wǎng)絡(luò)攻擊以防止重要數(shù)據(jù)的損失。系統(tǒng)還原軟硬件與遠程控制軟件應(yīng)運而生，使得機房建設(shè)與管理走向正規(guī)化、專業(yè)化及規(guī)范化。移植于網(wǎng)吧機房的無盤系統(tǒng)實現(xiàn)服務(wù)器端的統(tǒng)一部署和管理，計算機每次重啟后即可恢復(fù)到初始狀態(tài)。但無盤系統(tǒng)的終端計算機僅是無須安裝硬盤，并且限于同一個局域網(wǎng)內(nèi)進行部署，仍存在安裝方法復(fù)雜、系統(tǒng)穩(wěn)定性差、不支持透過Internet遠程控制啟動、客戶端無法保存數(shù)據(jù)等問題[10]。

隨著計算機寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和桌面虛擬化相關(guān)開源技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，國內(nèi)很多高校紛紛采用虛擬桌面云平臺來組建云機房。在虛擬桌面云平臺中，云計算實質(zhì)上為利用分布式計算的分配與共享特性，完美結(jié)合進程式的虛擬化技術(shù)，并依托于網(wǎng)絡(luò)匯聚交換后的計算機資源池，在后臺服務(wù)器將實體硬件的資源抽象化處理，從而得到多個本地化的相互獨立虛擬資源，實現(xiàn)處理器、顯卡、內(nèi)存、硬盤等實體硬件的虛擬化，滿足本地使用時大量數(shù)據(jù)高并發(fā)交互環(huán)境的需求。虛擬桌面云平臺使云機房具有較好的優(yōu)勢：（1）云桌面全部放置于后臺服務(wù)器中，前端不占用任何性能資源，如：統(tǒng)一配置網(wǎng)絡(luò)地址、配置云桌面參數(shù)、更新等，且只需要對后臺服務(wù)器進行維護即可，有效解決管理維護問題;（2）云桌面的鏡像之間相互隔離，各個獨立鏡像的配置之間實時進行動態(tài)調(diào)度，只需利用后臺服務(wù)器即可完成，且后臺服務(wù)器可通過統(tǒng)一終端進行升級管理;（3）云桌面終端投入成本低，功耗低，整體設(shè)備更新周期為8-10年，有效降低了整體擁有成本;（4）云桌面可將遺存在本地的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一加密存儲，利用終端接口的權(quán)限來進行訪問認證。

主流的虛擬桌面云平臺的框架有四種，包括RDS、IDV、VOI及VDI等，但均存在諸多問題：前兩者雖可離線使用，但軟件支持力度差，需針對數(shù)據(jù)庫資源進行獨立安全性防護，且造價成本高;后兩者則比較耗網(wǎng)絡(luò)資源，傳輸文件過大容易造成網(wǎng)絡(luò)堵塞，極易致使服務(wù)器負載太大而出現(xiàn)故障，最終導(dǎo)致所有學(xué)生端癱瘓無法使用。此外，部分虛擬桌面云平臺由于集中在后端服務(wù)器進行計算，致使終端無法流暢運行大型3D軟件及播放高清影像。

2 基于VOI和VDI框架融合的云機房建設(shè)

當(dāng)前，雖有利用四種框架進行融合設(shè)計的案例，但效果均不理想，體現(xiàn)在無法有效利用現(xiàn)有機房的硬件資源進行部署。因此，結(jié)合VOI和VDI框架的技術(shù)特點，探索兩者之間優(yōu)勢的互補方案，設(shè)計融合方案及其系統(tǒng)架構(gòu)。

根據(jù)前述需求和技術(shù)特點，確定VOI和VDI框架融合的虛擬桌面云方案，具體如下：

利用集群式架構(gòu)的原理，通過設(shè)置控制節(jié)點和計算節(jié)點兩大部分來綜合部署瘦客戶端，便于統(tǒng)一管理。具體來說，控制節(jié)點用于在VDI服務(wù)器中存儲操作鏡像文件，計算節(jié)點用于在GPU服務(wù)器集群內(nèi)平衡可動態(tài)擴展的桌面虛擬機資源，可滿足瘦客戶端內(nèi)三維建模、影片剪輯及VR模擬等實際教學(xué)需求，同時可通過交換機的遠程登錄，提供虛擬個人桌面，進而實現(xiàn)實時的軟件數(shù)據(jù)交互處理。

設(shè)計的系統(tǒng)架構(gòu)涉及如下，采用現(xiàn)有機房內(nèi)臺式電腦，并設(shè)置基于win系統(tǒng)的版本鏡像的存儲，隨后結(jié)合云桌面的遠程注冊和申請?zhí)攸c，將存儲版本鏡像的臺式電腦與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器端進行相連，滿足不同版本鏡像在軟件維持周期內(nèi)的實時更新。此外，學(xué)生或教師用戶可通過本地瘦客戶端的安裝操作，只需以密鑰方式登錄，即可實現(xiàn)對遠程云桌面的有效訪問。

結(jié)合圖1來看，臺式電腦和筆記本電腦上設(shè)置有瘦而客戶端，同時每個瘦客戶端獨立連接VOI服務(wù)器和VDI服務(wù)器，利用云端vGPU+VDI服務(wù)器的部署功能，有效將現(xiàn)有機房的臺式電腦進行增霸卡式的統(tǒng)一管理。經(jīng)測試，上述設(shè)計方案可應(yīng)用大學(xué)物理實驗、電工電子技術(shù)、AUTOCAD建筑設(shè)計等仿真虛擬實驗環(huán)境中。

3 總結(jié)

本文結(jié)合現(xiàn)有虛擬桌面云平臺的優(yōu)劣勢，提出一種新式的融合的架構(gòu)設(shè)計方案，其結(jié)合了VOI服務(wù)器、VDI服務(wù)器及GPU服務(wù)器的優(yōu)勢。該方案按照不同的實驗課程要求和終端的特點，部署相應(yīng)的云桌面服務(wù)，與傳統(tǒng)機房相比，云機房在建設(shè)成本、管理、運維、節(jié)能及資源利用率上具有非常好的優(yōu)勢，VDI+VOI融合實現(xiàn)了兩種虛擬云桌面平臺的統(tǒng)一管理，節(jié)省了大量部署教學(xué)環(huán)境的準(zhǔn)備時間和教學(xué)空間，滿足教師個性化桌面需求，保障了數(shù)據(jù)的安全性和私密性，為高校云機房的建設(shè)和管理提供了新思路。

參考文獻：

[1] 薄鈞戈，崔舒寧，齊琪.云桌面在大規(guī)模實驗教學(xué)管理中的應(yīng)用[J].計算機技術(shù)與發(fā)展，2019，29（4）：105-109.

[2] 張建華，王延吉.高校機房管理技術(shù)隊伍建設(shè)的研究[J].實驗技術(shù)與管理，2017，34（5）：226-228.

[3] 趙文靜，曹忠.計算機實驗室虛擬云桌面的設(shè)計與建構(gòu)[J].實驗技術(shù)與管理，2019，36（4）：40-44.

[4] 陳慧芬，盧慶武.云計算在高校機房管理中的應(yīng)用[J].實驗室研究與探索，2013，32（7）：213-216.

[5] 黃晨暉，林泳琴.基于云計算的虛擬計算機實驗室的研究與實現(xiàn)[J].實驗室研究與探索，2010，29（11）：178-181.

[6] 毋妙麗.基于云桌面技術(shù)的實驗室資源共享平臺建設(shè)[J].實驗室研究與探索，2014，33（12）：290-294.

[7] Park J，Kim H W，Jeong Y S.Efficiency sustainability resource visual simulator for clustered desktop virtualization based on cloud infrastructure[J].Sustainability，2014，6（11）：8079-8091.

[8] 趙亮.大數(shù)據(jù)環(huán)境下虛擬云桌面系統(tǒng)設(shè)計[J].科技通報，2019，35（6）：118-121.

[9] 呂方.高校機房綜合管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].天津：天津大學(xué)，2012.

[10] 金龍，董順義.在辦公分散條件下網(wǎng)絡(luò)辦公自動化的實現(xiàn)[J].信息技術(shù)，2011，35（1）：113-115，118.

【通聯(lián)編輯：梁書】