面向機房多課程的輕型云桌面定制的研究

黃英

摘要：為了滿足不同專業不同實驗課的需求，針對傳統云桌面響應慢、學生實驗課上機有效時間縮短的問題，作者對機房多課程應用軟件進行分類，依據鏡像分割與合并的原理，提出了面向機房多課程的輕型云桌面的定制方法，即將軟件分類成基礎軟件和專用軟件，并按需生成基礎鏡像和專用鏡像，再將兩個鏡像合并為所需的新鏡像定制成輕型云桌面。這樣能改善學生實驗課上機的體驗度，提高機房機器的使用效率，節省服務器存儲的空間，促進實驗課教學質量的提升。

關鍵詞：機房多課程應用軟件;鏡像的分割;鏡像的合并;輕型云桌面定制

中圖分類號：TP302 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2018）08-0076-03

引言

機房是實驗教學的重要基地，機房的服務對象是全校的師生，實驗教學已經成為高校教學體系中的重要環節。[1]機房的實驗課程常因不同的學院不同的專業需求而更換不同的軟件，但因為實際條件的限制而不能實現，目前多數機房的做法是，將所需的軟件都整合到云桌面（即傳統云桌面），需要時調出來使用。其優點是軟件管理和使用方便，但帶來的問題是：在有批量客戶機登錄時，運行的軟件較多，導致網絡和服務器開銷增大，往往會出現云桌面連接時間較長，甚至云桌面連接失敗的現象。可見，“大而統”的云桌面已經不能滿足門類多樣的實驗課程的需要。對此，筆者提出了面向機房多課程的輕型云桌面定制[2]的設想，即將機房所涉及的實驗課程進行歸類，將不同實驗課所用的相同或相似的實驗應用軟件歸為一類，并據此定制個性化的云桌面來滿足不同的實驗課程的需求。

由于定制的個性化云桌面只包含了相關實驗所需的軟件，所以，它是輕型的。與目前的將所有軟件都整合在一起的做法相比，它在連接和使用上要更快速、有效、穩定。因此，面向機房多課程的輕型云桌面的定制有助于提高機房機器的使用效率，節省服務器存儲的空間，增加學生實驗課的有效上機時間，對提高實驗課的教學質量有著積極的促進作用。

基本原理

筆者采用鏡像分割和鏡像合并的方法實現面向機房多課程的輕型云桌面的定制。

1.鏡像

鏡像（Mirroring）是指一個磁盤上的數據在另一個磁盤上存在一個完全相同的副本，是冗余的一種類型;一個鏡像文件可以由一個或許多個文件組成。

鏡像的優點是可以使損壞的數據塊恢復正常，并支持“熱替換”，即在不斷電的情況下對故障磁盤進行更換后，只要從鏡像盤上恢復數據即可，這提高了系統的容錯能力，從而保障了數據的安全性。

本文提到的鏡像是指操作系統、實驗課程所需的應用程序和相關數據的載體，實驗室通常的做法是以完整的虛擬鏡像形式保存在存儲服務器上;而當同一時段有批量并發的客戶機登錄到云桌面時須從鏡像存儲服務器上下載這個完整的鏡像，但其下載過程中要經過網絡，會造成鏡像傳輸耗時長、體驗效果差及機器的使用率下降的現象。

2.鏡像分割

鏡像分割就是將較大的鏡像文件分割成若干塊，并存儲在多個鏡像存儲服務器上，而且每個鏡像數據塊都有兩個副本（冗余存儲），其可提供并行下載不同的鏡像數據塊;當某個鏡像數據塊下載失敗時，會選擇另一個鏡像存儲服務器重新下載鏡像數據塊，且會根據存儲服務器的I/O負載、帶寬負載選擇下載數據，從而提高了數據的傳輸效率。

3.鏡像合并

當需要鏡像文件中的幾個文件時，可采用專用的軟件（如UnionFS）用提取的方法將所需的幾個鏡像文件合并到相應的鏡像文件重構新的鏡像并交付使用。

研究內容

機房課程應用軟件的分類研究。

面向機房多課程的輕型云桌面定制的研究。

研究方法

1.機房課程應用軟件的分類

分類原則是按照實驗課程所要用到的軟件的相似性進行聚類分類。初步將編程應用軟件歸為一類，如C、C++、VC++、Java、VB等;將CAD軟件歸為一類，如AutoCAD、SolidWorks等;將CAE軟件歸為一類，如MATLAB等;將數字媒體應用軟件歸為一類，如PS、Flash等;將大型實驗應用軟件歸為一類，如SQL等。上述分類的軟件為機房實驗專用軟件。將操作系統如Win7、Linux，等及辦公系統軟件如Office，等合并歸為一類，為機房實驗基礎軟件。對機房實驗課程軟件進行的初步分類如圖1所示。

2.面向機房多課程的輕型云桌面的定制方法

利用鏡像分割方法對上述的機房實驗專用軟件和機房實驗基礎軟件進行細粒度分割，剔除不需要的部分[3] [4]，按需將分割后的軟件存儲在不同的存儲服務器，且分割后定制成機房基礎鏡像（靜態鏡像）和機房專用鏡像（動態鏡像）。在實驗課之前，將所需的兩個鏡像合并為所需的新鏡像并定制為相應的輕型云桌面。這些被重新整合并被縮小粒度的資源以輕型云桌面的形式交付，以達到網絡傳輸的低開銷、高效率的效果。[5]

筆者依據機房課程應用軟件的分類定制面向機房多課程的輕型云桌面。

①定制基礎鏡像，如將Win7操作系統與辦公系統軟件整合定制為基礎鏡像1。也可以定制多個基礎鏡像，如將Linux操作系統與辦公系統軟件整合定制為基礎鏡像2。并將鏡像設置成只讀模式。

②將機房專用軟件分成的編程應用軟件1、CAD軟件2、CAE軟件3、數字媒體應用軟件4、大型實驗應用軟件5分別生成鏡像為：編程應用鏡像1、CAD鏡像2、CAE鏡像3、數字媒體應用鏡像4、大型實驗應用鏡像5。并將鏡像設置成可讀寫模式。

③以基礎鏡像1為例，將編程應用軟件鏡像1合并到基礎鏡像1定制為輕型云桌面1;將CAD軟件鏡像2合并到基礎鏡像1定制為輕型云桌面2……同理，基礎鏡像2的定制同基礎鏡像1。當然，定制的虛擬鏡像是按照實驗課程的實際需求來定制的。面向機房多課程的輕型云桌面的定制示意圖如圖2所示。

這里使用UnionFS專用軟件工具來完成鏡像合并。雖然機房專用鏡像與機房基礎鏡像存儲在不同的服務器，且都有各自固定的存儲路徑，但在此需將設為可讀寫的機房專用鏡像與設為只讀的基礎鏡像合并到根文件系統的目錄下。

另外，在合并之前，實驗課所需的相應的應用軟件只是以鏡像的形態存在，也就是未定制成輕型云桌面前并未占用大量的服務器存儲空間。實驗開始時輕型云桌面只運行了相關的軟件，客戶機登錄的時間會減少，響應會更迅速。實驗結束之后，使用后的輕型云桌面將被掛起并回收，節省了大量的存儲服務器的空間。

在機房實驗課開始前可以依據實驗課程的類別將相應的輕型云桌面發布到相應的預約上實驗課的機房。實驗課時，學生就可以在客戶機登錄，并通過虛擬桌面池推送的對應的輕型云桌面做實驗。

結束語

基于虛擬桌面池的軟件管理（批量管理）和可以安裝軟件的有盤客戶機（個性化管理）相比在管理上有了巨大改進，但仍存在不少問題。而要回到最初的管理模式，也會有許多問題，如實驗課程軟件安裝的同傳（同傳的機器硬件配置要完全一致）時間較長[6]，出現掉線的機器就得重傳等。本文提出的是一種批量個性化的管理方案，即可以在短時間內，定制輕型云桌面[7]，并交付客戶機使用。這個方案既能讓使用者管理起來方便，又能讓學生有好的體驗感受。而且，批量個性化管理從理論上講相對于個性化管理在登錄連接上有所改進。

當然，新增的實驗課會帶來輕型云桌面重構的任務，但可以根據上述方法在短時間內為新增的實驗課定制輕型的云桌面。

參考文獻：

[1]劉文杰，江賀.基于VMware的桌面虛擬化實驗設計[J].實驗技術與管理，2015，32（1）：127-128，149.

[2]漆仁.基于OpenStack的云桌面自動化定制系統設計與實現[D].中山：中山大學，2014.

[3]李鋒，陸婷婷，郭建華.一種基于重復數據刪除的鏡像文件存儲方法研究[J].計算機科學，2016，43（11A）：495-498.

[4]陳鑫，徐義臻，郭禾，等.虛擬機可瞬時開啟的私有桌面云架構[J]. 計算機應用，2015，35（11）：3059-3062.

[5]溫武少，李芳，溫木奇，等.一種切換云桌面的方法及系統[Z].發明專利，授權號：CN105791400A，2016.

[6]周志成.桌面云在高校公共機房管理中的應用分析[J].吉林化工學院學報，2015，32（11）：69-72.

[7]張微微.虛擬桌面技術在高校公共機房管理中的應用[J].軟件導刊，2015，14（11）：197-199.