桌面虛擬化技術在分布式設備管理中的研究與應用

林先津

（華僑大學網絡與教育技術中心，福建泉州 362021）

華僑大學網絡與教育技術中心為全校多媒體、計算機及部分語言實驗室提供教學服務，目前管理了2個校區的教學設備，其中有多媒體教室約200間、機房電腦約2 000臺、語音實驗室11間。由于設備（客戶端）數量眾多、位置分散、應用環境（教學）復雜，對管理者提出了很高的要求，主要表現在：（1）操作系統多樣化及軟件安裝存在軟件環境個性化、復雜化；（2）設備分布散，教學軟件安裝、補丁升級、病毒庫升級工作量巨大，運維難度大，無法及時滿足提供教學需求，影響了教學的正常進行。這些問題讓管理人員面臨了巨大的壓力，迫切需要有一套完整有效的信息化系統管理解決方案對實驗室的資源分散應用、集中管理，降低各種費用，改變信息資源的應變模式為“集中式的信息管理架構”模式［1－3］，讓信息應用資源發揮了更大的效用。

1 桌面虛擬化技術分析

虛擬化是各個系統集成廠商所共用的一個概念，即通過劃分計算機的軟硬件資源，形成多個虛擬的應用執行環境［4］。目前的桌面虛擬化應用有2個關鍵特征：一是將分散在分點的應用系統都集中管理在總的服務器中；二是提高了客戶端的利用率和應用效率［5］。隨著近幾年虛擬化技術不斷發展，桌面虛擬化技術在分布式設備管理中有非常明顯的優勢，桌面虛擬化是管理者應對數量多、分布式設備管理的一個新的解決方案和基礎架構理念。

1.1 桌面虛擬化平臺基礎架構

Phantosys桌面虛擬化是一套以終端硬盤扇區數據管理及存儲為基礎的運算模式，即以從事使用者服務管理與供應工作的平臺，實際上是在傳統設備的、以硬盤為基礎的運算架構中增加硬盤扇區數據存取路徑的層次，并在路徑中加入管理功能［6］。圖1為Phantosys桌面虛擬化平臺基礎架構。

圖1 桌面虛擬化平臺基礎架構

在Phantosys DVP 架構之下，硬盤的存取與管理路徑系由3 個組件組成：Phantosys 本地扇區數據緩存（LocalCache）架構、Phantosys EDSC（EthernetDisk Sector Communication）網絡硬盤扇區數據傳輸協議及Phantosys DesktopVirtual Platform PIM 群集文件架構。Phantosys通過EDSC網絡硬盤扇區數據傳輸協議、本地硬盤扇區緩存技術和跨平臺群集文件系統技術實現了多桌面應用環境的模塊化組合和動態生成以及隨需提供，確保了桌面運行的效果和傳統的設備沒有任何差異和改變，建立了在桌面虛擬化技術領域中全新的技術方向和解決方案。

1.2 EDSC協議

EDSC 磁盤扇區傳輸協議是一套計算機硬盤扇區數據管理與傳輸服務供應協議，是系統平臺的通信基礎，位于客戶端操作系統之下、直接對客戶端的硬盤扇區數據進行管理和控制，能夠支持主流操作系統（Windows系列、Linux 系列）。位于OSI 7 層網絡模式中的數據鏈路層（在需要的時候也可轉換為網絡層協議），能夠將各種服務套件以扇區緩存的方式動態架構到運算平臺（亦即客戶端）的硬盤內，內含多組協議指令，可用以執行客戶端硬盤扇區數據的存取與管理工作（例如安裝、刪除、存儲空間調整、復制、存取管理、桌面環境整合），以此達成應用服務的管理與供應工作。

1.3 本地硬盤扇區緩存技術

本地硬盤扇區緩存技術可以讓客戶端的硬盤不再安裝任何分區格式和文件系統，本地硬盤在系統架構里成為一個緩存設備，并且這種緩存機制是位于BIOS之上、操作系統之下的。客戶端在第一次調用一個操作系統或軟件的時候，本地硬盤扇區緩存將調用過的數據以扇區的方式載入到客戶端硬盤，當客戶端重復調用相同的系統或軟件時，就可以直接從本地硬盤直接取用，不用再從平臺服務器調取，并且客戶端在系統運行期間的一切硬盤I／O 存儲動作都是基于本地的，如此可以充分發揮客戶端的完整硬件性能，并且對服務器、網絡的壓力極低。

1.4 跨平臺群集文件系統技術

跨平臺的群集文件是指在平臺服務器端的負責客戶端桌面系統供應的資源池文件，這個文件系統能夠將各種不同文件格式、不同原廠的操作系統和應用軟件耦合在一起，利用單個資源池文件就能為客戶端提供各種主流操作系統（Windows系列、Linux 系統）和基于這些操作系統之上的應用軟件的生成、調用和管理。

2 桌面虛擬技術在分布式設備管理中的方案設計

2.1 桌面虛擬技術方案總體規劃

基于學校現有的系統架構、應用及需求，為能保證在最短時間內穩定地使系統上線，并且保證今后若干年內系統良好的可擴展性和可升級性，采用桌面虛擬技術實現的目標如下：

（1）通過對服務器、存儲硬件等物理資源的共享和虛擬化，提供給用戶與使用傳統設備基本一致的操作體驗，并能夠動態地對用戶之間進行計算資源的調配，支持在增加硬件配置和許可數等條件下靈活的擴展功能。

（2）要求界面響應速度與傳統設備相比無明顯差距，支持常用外設如掃描儀、攝像頭、打印機等，提供通用打印驅動，方便用戶打印。

（3）必須支持多種前端協議，提供多種協議的統一管理及接入。支持網絡帶寬自適應，能夠根據帶寬，自動調整網絡數據的傳輸率和圖像清晰度調整。要求支持底層DMZ、防火墻功能，支持虛擬交換機／路由功能，以及鏡像克隆功能。

（4）要求虛擬設備能夠運行所有的Windows軟件，無需做額外的改造或配置。同時能夠支持管理員在后臺統一、方便地完成如下任務：分配、調整各物理資源，在虛擬設備上安裝操作系統及各種應用軟件、進行配置及安全管理等。

（5）高可用性、高可靠性保證，并支持容災功能，要求實現在線遷移，以保證物理服務器故障的零停機、零數據丟失的持續可用性；可與主流備份軟件兼容，提供高級備份技術與功能，例如重復性數據刪除、顆粒度恢復、Lanfree高速備份功能［7］。

2.2 桌面虛擬技術應用的網絡設計

由于Phantosys Desktop Virtual Platform 中，客戶機的操作系統和所有文件及數據均由服務器控管，所以對網絡環境的品質要求較高。與服務器相連的交換機必須使用千兆端口，條件允許與客戶端連接的交換機也可使用千兆端口。

2.2.1 綜合布線系統設計

核心交換機為全千兆骨干交換機，并具備足夠的光纖模塊服務器直連核心交換機的千兆RJ45 端口；核心交換機與各個機房的匯聚交換機之間采用光纖鏈接；接入層交換機至少需具備一個全雙工千兆RJ45端口與匯聚交換機全雙工千兆RJ45 端口點對點連接；接入層交換機到每個Client網卡間采用點對點的超五類布線，保證全雙工百兆到桌面。

2.2.2 要確保PXE 協議、EDSC 協議能夠正常通信

（1）PXE 是INTEL 推出的一種預引導網絡協議。在遠程啟動過程中，客戶端通過PXE向服務器發生請求，要求服務器分配一個IP 地址，再用TFTP或MTFTP協議下載一個啟動軟件包到本機內存中并執行，由這個啟動軟件包完成終端基本軟件設置，從而引導預先存在于服務器中的終端操作系統。

（2）如果Phantosys DVP與對應的客戶端不在一個Vlan 中，必須在網絡中將Phantosys DVP 使用到的協議端口在Vlan間做轉發，以確保通信。

2.3 桌面虛擬化在教學應用環境集中管理應用

2.3.1 定制多操作系統的教學支撐環境

在服務器端安裝絕大部分的主流操作系統如Win2000Pro、Win2000Server、WinXPHome、WinXPPro、Win2003Server、Vista、Windows7、大多數的Linux發行版本等，配合各種教學應用軟件，供客戶端使用。

2.3.2 定制個性化的教學環境

實驗室可以根據每個教師、每個班級、每個專業不同的軟件特點、教學需求，生成量身定做的系統和資料盤，供教師隨需組合、調用，甚至在一個機房里，進行分組教學（每組調用的系統、軟件不同），這樣使一個普通機房用途個性化、多樣化，提高了教育投資的利用率、最大限度地滿足越來越復雜的教育需要［8－12］。

2.3.3 在線的集中更新升級維護

教師上課時只需要啟動自己所需的環境（一個沒有其他不相關軟件干擾、不存在病毒問題的開放式的教學環境），這種環境建立的過程可在線完成，即管理人員可以在空閑的時候隨便找一臺客戶機進行補丁安裝、軟件安裝、病毒庫升級等所有需要做的更新，然后分享給所有的計算機即可。在線更新的技術可以幫助管理員從繁重、單一的計算機GHOST 中解脫出來，將更多的寶貴精力放到更重要的事。

3 結束語

針對數量多、分布式的設備應用管理，桌面虛擬化是個新的解決方案和基礎架構理念。對使用者而言可以讓桌面用戶調用操作系統、OA 辦公軟件、財務軟件等應用；對IT 管理者而言獲得了在中心機房集中管理桌面應用、對桌面應用實現統一配置與管理的能力。因為桌面集中管理、虛擬化和隨需交付，為桌面用戶提供充分靈活操作空間的同時，又提高了管理水平，保證了實驗教學的順利進行。

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［7］陳臻棟.從安全性方面看桌面虛擬化技術［J］.計算機安全，2011（5）：83－85.

［8］董焱.基于虛擬化技術的實驗教學中心環境構建［J］.實驗技術與管理，2011，28（3）：299－302.

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［10］干俊.打造虛擬化技術下的中心機房管理模式［J］.電腦知識與技術，2011，7（18）：4308－4309，4318.

［11］郭金博.基于虛擬化技術實現資源整合［J］.信息科技，2011（8）：212.

［12］蔣建春，文偉平.“云”計算環境的信息安全問題［J］.信息網絡安全，2010（2）：61－63.