基于OpenStack的校園云桌面設計與實現

王麗穎，劉麗娜，廖雯昕

（廣州工商學院 計算機科學與工程系，廣東 廣州 510850）

0 引 言

目前，我國許多高校面臨著各院系計算機設備資源分配不均勻、計算機設備閑置、早期采購的設備未使用就面臨淘汰等資源浪費問題。為了更好地滿足教學與科研的實際需求，高校可使用云計算技術來減少升級硬件、軟件的成本，達到統一調配資源、充分利用資源的效果。自云計算技術誕生以來，尚未制定出一個具有針對性與合理性的方案用來實現高校教學與科研實驗的校園云桌面。本文設計與構建了基于OpenStack的校園云桌面平臺，該平臺有利于對高校軟硬件資源和教學科研資源進行整合，為教學與科研提供便捷的桌面與存儲服務。

1 OpenStack及云桌面簡介

OpenStack是由Rackspace與NASA共同研發與投入使用的一種云計算平臺，提供與Amazon EC2及S3類似的云基礎架構服務，采用SOA架構及模塊化設計，主要包含Nova，Neutron，Ceph，Glance，Keystone及消息中間件等模塊，用來向架構的上層提供計算、網絡、存儲、鏡像、認證等服務。由于各大高校實際教學與科研等工作情況各不相同，因此，本文采用源代碼安裝方式在CentOS 7.2上構建OpenStack。

云桌面也稱為桌面云，通過桌面虛擬化來提供計算機桌面服務[1]。終端上的客戶端與云系統進行交互來為用戶提供桌面服務。桌面虛擬化的協議主要包括ICA，RDP，PCoIP和SPICE協議，具體實施時一般采用SPICE協議，并結合業務實際需求對該協議進行優化，必要時需在客戶端添加硬件，避免在使用某些圖形渲染軟件時使桌面性能受到影響。

2 基于OpenStack的云桌面平臺設計與部署

2.1 總體設計與開發

云桌面平臺總體設計與開發的工作包括網絡拓撲設計與實施、軟件架構設計與開發（云桌面客戶端模塊設計與資源管理系統的桌面模塊設計）、虛擬機的HA設計與部署及存儲設計與部署等。

（1）拓撲設計與實施。校園云桌面系統物理結構如圖1所示。數據中心部署有OpenStack資源管理系統，且部署有主干網，其內部的HA架構可保證云計算平臺服務有足夠高的可用性。各教室部署有云桌面終端，教室、宿舍所在的樓部署萬兆交換機便于連到數據中心。數據中心包括存儲、計算、網絡、各自組網等。

（2）云桌面客戶端模塊設計。該模塊主要包括桌面服務、云桌面升級、賬戶信息、校園服務等子模塊。具體模塊設計如圖2所示。

（3）資源管理系統的桌面模塊設計。該模塊包括云認證、計算、存儲、網絡、云桌面帳號管理、云桌面、計費、管理員等子組件。云桌面帳號管理、云桌面服務端、計費、管理員非原生組件需要額外進行開發。校園云桌面平臺設計如圖3所示。

圖3 校園云桌面平臺設計

（4）高可用虛擬機模塊設計。調用該模塊將會產生冗余的虛擬機，該模塊實現基于Spice協議，Pacemaker，HAproxy，Glance，NFS結構（集中式存儲），固態（系統盤）或機械結構（數據盤）等技術。

（5）高可用存儲設計。該模塊采用封裝Ceph模塊實現。

2.2 部署

2.2.1 部署基礎組件

OpenStack的基礎組件包括數據庫與消息隊列，整個系統最經常訪問這兩個組件。其中，數據庫用于OpenStack運行的關鍵信息與狀態存取，數據庫部署采用MySQL數據庫，參照方案Mariadb Galera Cluster執行部署操作。消息隊列用于OpenStack服務中各模塊之間的消息傳輸，消息隊列部署采用Rabbitmq HA方案，且單獨部署該集群[2]。

2.2.2 部署資源管理系統的HA組件及OpenStack各組件

根據業務需要，HA的組件有控制節點、存儲、虛擬機及儀表盤（Dashboard）等。各計算節點配置部署DVR來提升云桌面訪問速度。采用Pacemaker+HAproxy控制節點、儀表盤的高可用；采用Ceph實現存儲的高可用；采用NFS作為云桌面的硬盤后端，將系統盤部署在固態硬盤上實現虛擬機的高可用及高性能[3]。

安 裝 包 括 Keystone，Glance，Nova，Neutron，Ceph，Dashboard，Ceilometer組件。同時，安裝Cobbler服務組件，使用Cobbler自動化安裝服務器，修改配置文件。

2.2.3 部署校園云桌面等相關組件

數據中心安裝的額外開發的組件包括認證、云桌面帳號管理、云桌面、高可用云桌面、計費、管理員等子組件[4]。

3 云桌面在教學與科研中的應用及性能測試

3.1 基于OpenStack的云桌面在校園教學與科研中的應用

（1）云儲存。利用云存儲不僅可以隨時隨地登錄云中獲取桌面數據，還可為師生提供云盤服務。

（2）桌面云。開展教學活動時，教師可利用鏡像制作教學環境模版，學生連接教室使用已安裝好的環境。教室具有保存快照功能，亦可24小時開機，學生可在任意時刻返回以往教學課堂環境，方便接入學習。同時，云桌面實現了可在一間實體教室進行多門課程教授的效果。開展科研活動時，可方便接入環境，進行在線協作。云桌面為師生營造了便利的教學與科研活動空間。

3.2 平臺性能測試

將A校原有系統與基于OpenStack的校園云桌面平臺進行對比。性能測試結果見表1所列。

表1 云桌面性能測試結果

測試結果表明，云桌面平臺提供的桌面可以較好地滿足教學科研人員桌面與存儲需求，且具有相對低廉的成本優勢，有利于提升高校在教學科研上的自動化、網絡化以及數字化水平。

4 結 語

本文基于OpenStack設計與構建了校園云桌面平臺，通過各組件與相關模塊的部署，實現了高校軟硬件資源和教學科研資源的整合。通過性能測試，驗證了此系統的高可用性，可為教學與科研提供便捷的桌面與存儲服務，應用前景廣闊。

[1]馮健，倪明，郭自剛，等.基于視頻流的云桌面設計與實現[J].計算機工程，2013，39（10）：37-41.

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[3]羅兵，譙英，符曉.OpenStack云平臺的高可用設計與實現[J].計算機科學，2017，44（S1）：563-566.

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[5]林羨中.使用云桌面進行新型計算機實驗室建設[J].物聯網技術，2017，7（8）：114-115.

[6]楊麗，鄭小發，夏北京.云桌面虛擬化技術環境下的高職學生多元化網絡虛擬技術教育研究[J].物聯網技術，2013，3（10）：73-75.

[7]石屹嶸，龔德志.基于SPICE開源協議的云桌面技術架構研究[J].電信科學，2013，29（8）：162-167.

[8]姜斌斌，張梁斌，高昆，等. 基于Citrix的萬里云桌面和應用虛擬化的部署探析[J].浙江萬里學院學報，2016，29（4）：102-107.