基于VDI架構的云桌面管理模式研究

廖淑華

（廣東職業(yè)技術學院 信息工程學院，廣東 佛山 528041）

0 引 言

隨著社會信息化水平的不斷提高，計算機應用更加廣泛，另外高校也不斷擴招學生，計算機機房建設數(shù)量越來越多，設備配置逐年提高。由于計算機機房使用頻率高，長時間使用無法保證系統(tǒng)和軟件的完整性，硬件故障頻繁，加大了管理員的管理難度，從而影響使用效果。

1 傳統(tǒng)計算機機房管理中存在的問題

1.1 軟件更新快 使用周期短

由于計算機設備采購的時間不同、品牌不同、型號不同，硬件更新需要投入大量資金，一般5年后就要淘汰更新設備，而軟件更新?lián)Q代和升級速度也日益加快。各實訓基地的機房軟件安裝對硬件配置要求不同，如程序類軟件要求大內(nèi)存、高頻率CPU、低性能顯卡；圖形類課程要求高性能顯卡；計算機配置的限制無法更新軟件；每個系統(tǒng)里需要安裝多種軟件，少則十幾種，多則幾十種，軟件間沖突不兼容，出現(xiàn)計算機運行速度減慢，卡頓等問題。

1.2 軟件部署復雜 維護困難

由于軟件更新或升級，每學期都需有更新和安裝最新的軟件適應技術發(fā)展和課程要求?，F(xiàn)在機房多采用網(wǎng)絡同傳功能，安裝一臺母機發(fā)送到其他計算機。采用網(wǎng)絡同傳要求設備配置一致，不同配置之間不能發(fā)送數(shù)據(jù)，不同機房之間（不同局域網(wǎng)IP之間）不能發(fā)送，而且計算機機房分布在不同的教學樓和樓層，每間機房需要分別更新一臺母機軟件后再發(fā)送數(shù)據(jù)，如果在發(fā)送過程中某臺機網(wǎng)絡故障會影響全部計算機接收數(shù)據(jù)，造成發(fā)生數(shù)據(jù)失敗，由于數(shù)據(jù)發(fā)送了一部分造成全部計算機系統(tǒng)崩潰無法正常開機。

綜合上述問題，計算機機房建設成本、資源共享、軟件維護、運維管理等方面的問題越來越嚴重，需要尋求新的解決方案以適應高校計算機機房建設和管理模式。

2 基于VDI架構的云桌面機房

隨著云計算技術的不斷發(fā)展，云計算虛擬化技術逐步走向成熟并受到廣泛應用。云桌面逐漸成為高校計算機機房的發(fā)展方向，開始從傳統(tǒng)PC機向云桌面方向轉型，并逐步建成一批云桌面機房。在機房管理方面，管理員使用云桌面虛擬化技術，通過云桌面管理平臺科學有效、合理管理云桌面機房，克服傳統(tǒng)機房管理中存在的弊端。目前主流的云桌面有VDI虛擬桌面架構、VOI虛擬操作系統(tǒng)架構、IDV智能桌面虛擬化、RDS遠程桌面服務。其中基于VDI架構的云桌面是目前應用最廣泛的云桌面之一，實現(xiàn)機房桌面集中管理，系統(tǒng)維護和軟件安裝更新，保障了數(shù)據(jù)安全。解決了繁雜的維護工作，提高了工作效率。

2.1 VDI云桌面的結構

VDI架構是集中存儲、集中運算的虛擬桌面架構。該架構是把所有的終端數(shù)據(jù)運算都集中在服務器端，保障了數(shù)據(jù)安全性。而終端設備負責顯示實現(xiàn)應用操作，云桌面的虛擬化以及數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡上傳輸。信息工程學院的VDI架構的云桌面設計是采用VMware軟件構建虛擬云桌面，如圖1 VDI云桌面平臺系統(tǒng)架構所示?；赩DI架構的云桌面分為四層，基礎設施層、虛擬化資源管理層、應用層、終端層。終端桌面設備可以是舊電腦、VDI終端盒+顯示器、一體機或者個人PC機，通過網(wǎng)絡連接到云服務器。管理層采用VMware ESXi軟件創(chuàng)建和運行虛擬機的虛擬化平臺，將處理器、內(nèi)存、存儲器和資源虛擬化為多個虛擬機。通過ESXi運行虛擬機，安裝操作系統(tǒng)、應用程序以及配置虛擬機。使用VMware vCenter可以將主機資源加入池中，將集中監(jiān)控和管理物理和虛擬機。通過VMware vSphere Client使終端機從Windows PC遠程連接到ESXi的虛擬機上。

圖1 VDI云桌面平臺系統(tǒng)架構

基于VDI架構的云桌面能夠?qū)⒏鞣N專業(yè)軟件和程序集中在服務器統(tǒng)一管理，統(tǒng)一分配存儲資源，應用服務器虛擬資源池創(chuàng)建虛擬機，為終端機提供可靠優(yōu)質(zhì)快速的管理策略。其原理是將數(shù)據(jù)計算功能集中在服務器，終端設備負責顯示功能，操作虛擬化云桌面，數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸?shù)椒掌?。云計算技術使終端計算機不占用資源，通過服務器集群來實現(xiàn)硬件、軟件、數(shù)據(jù)存儲、計算分析等不同類型的功能服務。從而實現(xiàn)系統(tǒng)及軟件安裝與維護的高效化，降低物理限制，將物理設備轉化成虛擬資源管理，將物理機維護簡化為虛擬平臺管理。

2.2 VDI云桌面的優(yōu)勢

VDI云桌面的優(yōu)勢有以下幾點：

（1）集中管理，數(shù)據(jù)安全。運用云計算和虛擬化技術將計算和存儲放在服務器，通過網(wǎng)絡提供終端的虛擬桌面服務?？蓪崿F(xiàn)服務器集群、批量部署、虛擬機存儲熱遷移、桌面虛擬化等功能。系統(tǒng)更加安全可靠，數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)備份、安全策略部署集中在服務器上進行。具有集中管理，數(shù)據(jù)安全等優(yōu)勢。

（2）建設成本低，適合舊的PC機。通常高校購買的PC機時間、批次、型號不同，硬件差異較大，造成各機型運行軟件有較大差異，一般使用5年后就開始淘汰更新。VDI架構可以創(chuàng)建獨立的虛擬桌面并安裝適合的系統(tǒng)軟件，系統(tǒng)軟件集中運行在服務器，PC機只需要顯示和操作分配的云桌面。取消了本機資源占用，利用服務器集群實現(xiàn)計算功能，通過網(wǎng)絡訪問云桌面。利用舊PC機作為終端機降低建設成本。

（3）軟件部署效率高，易維護。計算機機房授課種類繁多，安裝的軟件種類繁多，有些軟件要求硬件環(huán)境較高，VDI架構的特點就是硬件資源共享、按需分配、集中處理、集中管理、多終端訪問。支持快速自動化部署，只需要將所需軟件分類安裝到不同模板虛擬機上，再通過虛擬機克隆的方式生成多臺終端虛擬機，分配給不同的機房使用。提高了軟件部署效率，降低運維難度。管理員還可以根據(jù)課程需求，配置不同硬件環(huán)境的云桌面，實現(xiàn)硬件資源的動態(tài)分配。

3 云桌面機房管理模式

運用云桌面管理平臺統(tǒng)籌管理機房云桌面，信息工程學院的云桌面機房使用軒轅匯捷實訓教學云管理平臺管理基于VDI架構的云桌面，實現(xiàn)模板部署管理、桌面管理、為教室分配云桌面，也可以按課程分配云桌面、空閑資源分配等。

3.1 模板管理

模板可以按課程模板部署，根據(jù)實訓課程資源，包括操作系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件、課程專業(yè)軟件，生成多個課程類模板形成課程資源池。針對不同的課程選擇相應的課程模版，配置適合課程需求的桌面計算資源、存儲資源以及劃分網(wǎng)絡資源，以滿足教學需要。也可以實踐、競賽項目、考試科目快速部署模板，實現(xiàn)統(tǒng)籌分配設備，提高設備的運行效率和資源的利用率。模板管理示意圖如圖2所示。

圖2 模板管理示意圖

3.2 桌面管理

桌面管理分為桌面池和桌面使用管理兩部分。桌面池管理每個云桌面機房，查看每個機房桌面狀態(tài)使用情況。桌面使用管理負責機房里的每個云桌面終端，開關機、重啟、編輯操作終端桌面、切換模板，可以遠程控制、維護終端桌面，查看終端設備運行情況，節(jié)省維護成本，減輕管理員的維護工作量。桌面管理示意圖如圖3所示。

圖3 桌面管理示意圖

3.3 教室管理

管理平臺可以創(chuàng)建多個教室，為教室分配云桌面并綁定終端機。對于課程相對固定的機房可以綁定模板，長期固定使用同一模板，只需每次更新模板即可；對于不固定教學要求的機房，按照實訓課程不同分配不同的模板，使用完畢后釋放資源；針對各類考試環(huán)境分配相應的考試模板，考試完成后再分配課程模板。也可以根據(jù)課表不固定機房使用云桌面上課，提前安排上課數(shù)據(jù)，系統(tǒng)才能按照上課要求，到上課時間準備好對應的課程模板，分配到上課機房的每臺終端機供學生上課使用，下課后釋放模板回收資源，做到靈活分配資源。教室管理示意圖如圖4所示。

圖4 教室管理示意圖

3.4 空閑資源開放

資源開放包括資源池開放、教學活動開放、辦公云電腦開放功能。

為了充分利用資源達到最大化使用，管理員在資源池用預約式開放資源將云桌面在空閑時段開放給學生課外預約使用。學生在教學前臺中看到對應的開放活動時間段，通過預約方式選擇自己實際需要使用的模板獲取到對應云桌面使用。教師也可以發(fā)起個人云電腦使用申請，系統(tǒng)在對應時段自動分配云桌面給教師，教師直接進入到對應云桌面使用辦公云電腦進行備課、課程實驗、科研等。

教師或?qū)W生可以通過任何設備包括瘦終端機、PC機、平板電腦或手機，在任何地方通過網(wǎng)絡訪問申請到的云桌面系統(tǒng)進行課程實驗，學生可以利用課余時間更好完成課程作業(yè)。虛擬化技術實現(xiàn)了多用戶的服務要求，提供個性化桌面，同時提高了設備的利用率。

4 應用效果

經(jīng)過近一年的運行使用，VDI架構云桌面機房使用效果良好，維護方便，軟件更新簡單快捷，相比傳統(tǒng)的PC機房運維更便捷，具有更多維護優(yōu)勢。提高了管理員的工作效率，減輕了維護成本。

4.1 桌面部署

在學院中心機房硬件服務器集中部署，通過虛擬化技術，終端設備通過網(wǎng)絡訪問虛擬云桌面環(huán)境。操作系統(tǒng)和應用程序集中在服務器與終端硬件無關，學生可以通過瘦終端機、舊電腦、一體機或個人PC機等終端設備訪問云桌面。操作系統(tǒng)和應用軟件的遷移、更新和維護只要通過網(wǎng)絡連接到管理平臺進行操作即可，極大的減輕了管理員的工作量，提高了維護效率。

4.2 安全性高

云桌面的安全性更高，數(shù)據(jù)集中在服務器統(tǒng)一管理，終端機僅運行屏幕動態(tài)圖片和鍵盤鼠標指令。沒有真正的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中傳輸，通過安全策略設置，防止感染病毒。由管理員統(tǒng)一安裝殺毒軟件、數(shù)據(jù)備份等，使得運行更加安全可靠。

4.3 管理維護

在管理維護上，軟硬件環(huán)境分離，系統(tǒng)軟件集中管理，只需要維護服務器和虛擬機，通過云桌面管理平臺維護好教學模板，每學期可以根據(jù)課程安排制作教學模板，合理分配資源。也可以通過VMware vSphere及時發(fā)現(xiàn)和處理異常桌面，硬件維護、軟件安裝更安全，更方便，極大地降低管理員的工作強度。

5 結 論

在實踐教學中，將需要硬件支持的實訓課程在物理機上完成，依托軟件的實訓課程都可以在虛擬機上完成。信息工程學院目前建成7間云桌面機房，可以完成全校40多門專業(yè)課和公共課程，隨著課程增加，學生人數(shù)的增加還將建設更多的云桌面機房，將性能差的舊電腦改造成云桌面機房，降低建設成本?？梢猿浞掷谜n余時間開放服務器資源，共享虛擬桌面，面向?qū)W院計算機專業(yè)學生在宿舍使用賬戶密碼，通過Web瀏覽器登錄對應的云桌面完成課堂作業(yè)。同時支持學院每學期的各類考試。通過運維實踐，基于VDI架構的云桌面機房管理比傳統(tǒng)PC機房模式效率更高，管理成本更低，同時還提高了設備的利用率，減輕了管理員的工作量。

VDI架構也存在一定的劣勢，對服務器性能及穩(wěn)定性、網(wǎng)絡聯(lián)通性和網(wǎng)絡質(zhì)量要求高。不支持離線使用，一旦斷網(wǎng)云桌面將不能使用。同時對圖形化處理支持不夠。但隨著云桌面技術的不斷發(fā)展，VDI架構將發(fā)揮更大的效益。