基于云計(jì)算的高校桌面云機(jī)房的部署與應(yīng)用

李海嬋

1 引言

高職院校利用計(jì)算機(jī)來(lái)輔助教學(xué)已經(jīng)是很普遍的事情，傳統(tǒng)機(jī)房一般由多臺(tái)真實(shí)的物理機(jī)構(gòu)建而成，利用機(jī)房進(jìn)行實(shí)訓(xùn)有利于提高教學(xué)效果。但傳統(tǒng)機(jī)房的部署在實(shí)際運(yùn)行中存在管理難度大、靈活性較差、耗電和輻射大等問(wèn)題。

隨著云計(jì)算的出現(xiàn)，虛擬化技術(shù)得到了飛速發(fā)展，作為虛擬化技術(shù)其中的一個(gè)組成部分，桌面虛擬化也發(fā)展迅猛，成為教育、企業(yè)等各行業(yè)的焦點(diǎn)。基于云計(jì)算建立的桌面云機(jī)房具有維護(hù)簡(jiǎn)單、管理成本相對(duì)較低、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)機(jī)房存在的部分問(wèn)題。不少高職院校逐漸利用桌面虛擬化技術(shù)部署桌面云機(jī)房應(yīng)用在教學(xué)中。

2 桌面云機(jī)房的架構(gòu)

桌面虛擬化的基礎(chǔ)是服務(wù)器虛擬化，服務(wù)器虛擬化就是在傳統(tǒng)服務(wù)器上安裝虛擬機(jī)系統(tǒng)，由虛擬機(jī)系統(tǒng)模擬出操作系統(tǒng)運(yùn)行所需要的硬件資源，包括硬盤(pán)、網(wǎng)卡、內(nèi)存、CPU等資源，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)虛擬機(jī)操作系統(tǒng)共享物理服務(wù)器的硬件資源，從而提高資源利用率。

桌面云機(jī)房采用的是桌面虛擬化架構(gòu)VDI，VDI架構(gòu)主要由服務(wù)器端、用戶(hù)端所構(gòu)成，用戶(hù)端通過(guò)云終端和桌面協(xié)議連接到服務(wù)器端，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在服務(wù)器集中處理和管理，用戶(hù)端只用于分布顯示，但用戶(hù)利用云終端進(jìn)行操作與平時(shí)操作傳統(tǒng)PC機(jī)幾乎沒(méi)有任何的區(qū)別，體驗(yàn)效果完全一致，桌面云機(jī)房的架構(gòu)如圖1所示[1]。

圖1 桌面云機(jī)房架構(gòu)圖

2.1 云機(jī)房硬件資源

云機(jī)房硬件資源是提供部署桌面云機(jī)房的硬件基礎(chǔ)設(shè)施，主要包括服務(wù)器集群、存儲(chǔ)模塊、機(jī)柜、UPS、交換機(jī)等設(shè)備。

（1）服務(wù)器端一般放在網(wǎng)絡(luò)管理中心，服務(wù)器端安裝操作系統(tǒng)和教學(xué)軟件，通過(guò)虛擬技術(shù)建立虛擬機(jī)，虛擬機(jī)共享服務(wù)器的所有硬件，每一臺(tái)虛擬機(jī)對(duì)應(yīng)一個(gè)用戶(hù)桌面端。

（2）存儲(chǔ)模塊主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)備份及故障切換。

（3）UPS主要是防止市電突然中斷時(shí)仍可繼續(xù)供電給服務(wù)器，保證服務(wù)器正常運(yùn)作。

2.2 服務(wù)器端軟件資源

（1）虛擬化基礎(chǔ)平臺(tái)軟件

通過(guò)虛擬化基礎(chǔ)平臺(tái)軟件可以在網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲(chǔ)模塊構(gòu)建一個(gè)統(tǒng)一的虛擬化層，實(shí)現(xiàn)資源的整合，使得資源能夠被池化地共享和動(dòng)態(tài)分配，可實(shí)現(xiàn)集中調(diào)度和管理虛擬網(wǎng)絡(luò)、虛擬計(jì)算、虛擬存儲(chǔ)等虛擬資源。

（2）虛擬桌面云管理軟件

虛擬桌面云管理軟件提供了圖形化的管理界面，管理員通過(guò)管理界面可快速為用戶(hù)發(fā)放、維護(hù)、回收虛擬桌面，實(shí)現(xiàn)虛擬資源的彈性管理，提高資源利用率[2]。

2.3 接入設(shè)備

云終端是替換傳統(tǒng)桌面PC的設(shè)備，用于登錄虛擬桌面。所有用戶(hù)端配置一臺(tái)云終端設(shè)備、顯示器、鍵盤(pán)和鼠標(biāo)等，云終端具有USB口、網(wǎng)卡接口，用戶(hù)端可以通過(guò)云終端的網(wǎng)絡(luò)接口連接到服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)登錄虛擬桌面。

云終端具有X86架構(gòu)和ARM兩種架構(gòu)，X86架構(gòu)云終端性能會(huì)比ARM架構(gòu)好，但價(jià)格會(huì)比ARM架構(gòu)貴，而ARM架構(gòu)云終端在功耗方面比X86架構(gòu)云終端低，功耗一般決定著設(shè)備的壽命，從性?xún)r(jià)比進(jìn)行考慮，現(xiàn)在市場(chǎng)上一般選擇ARM架構(gòu)的云終端來(lái)部署桌面云機(jī)房[3]。

2.4 桌面顯示協(xié)議

桌面顯示協(xié)議主要的作用是把服務(wù)器端虛擬機(jī)的虛擬桌面顯示到用戶(hù)端，使用戶(hù)像使用真實(shí)的物理機(jī)一樣。不同的廠家使用的協(xié)議不同，好的顯示協(xié)議會(huì)讓用戶(hù)有較好的使用感受，各種協(xié)議主要從圖像顯示性能、傳輸帶寬、視頻支持、安全性等方面進(jìn)行比較。選擇廠家，意味著選擇協(xié)議，因此使用者可根據(jù)自身的需求選擇產(chǎn)品。

3 桌面云機(jī)房部署

桌面云機(jī)房部署主要包括服務(wù)器端和用戶(hù)端的部署、網(wǎng)絡(luò)部署等，具體如下：

3.1 桌面云機(jī)房構(gòu)建

（1）搭建服務(wù)器端集群

服務(wù)器配置決定著桌面云機(jī)房的性能，高校桌面云機(jī)房一般配置60個(gè)用戶(hù)端，為了保證性能和穩(wěn)定，至少需要2臺(tái)服務(wù)器，采用服務(wù)器集群方式實(shí)現(xiàn)共同管理。每臺(tái)服務(wù)器搭建30臺(tái)（虛擬機(jī)數(shù)量=用戶(hù)數(shù)/服務(wù)器數(shù)量）虛擬機(jī)，在選擇產(chǎn)品時(shí)，學(xué)校主要從性?xún)r(jià)比和教學(xué)兩方面進(jìn)行綜合考慮，至少要采用中等偏上的服務(wù)器配置才能保證性能。由于現(xiàn)在服務(wù)器CPU接口最多只有2個(gè)，因此首次配置CPU時(shí)應(yīng)選擇高主頻的檔次，基本要達(dá)到十核以上，否則不利于以后的擴(kuò)展。內(nèi)存配置要達(dá)到128G以上，由于內(nèi)存插槽一般有16個(gè)，數(shù)量較多，以后可根據(jù)需求擴(kuò)展性能。服務(wù)器一般采用冗余雙電源和配置UPS，保證服務(wù)器的可用性和穩(wěn)定性。同時(shí)，為了保證數(shù)據(jù)存取的速度，操作系統(tǒng)和桌面云軟件的安裝應(yīng)選擇SSD的固態(tài)硬盤(pán)。同時(shí)配置多一塊SSD硬盤(pán)，用于緩存熱點(diǎn)數(shù)據(jù)，其他的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可以選擇SATA機(jī)械硬盤(pán)。

（2）安裝存儲(chǔ)模塊

有些品牌廠家采用軟件實(shí)現(xiàn)分布式虛擬存儲(chǔ)，通過(guò)軟件將服務(wù)器硬盤(pán)資源池化，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)備份及故障切換。有些品牌廠家采用的是硬件存儲(chǔ)服務(wù)器，硬件存儲(chǔ)服務(wù)器價(jià)格會(huì)比較貴，主要是根據(jù)學(xué)校的實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

（3）在服務(wù)器端安裝虛擬化基礎(chǔ)平臺(tái)軟件和虛擬桌面云管理軟件，構(gòu)建虛擬化層，實(shí)現(xiàn)虛擬資源的管理。

（4）安裝用戶(hù)端設(shè)備，用戶(hù)端設(shè)備包括云終端、顯示器、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等。

（5）安裝網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括雙絞線、網(wǎng)卡、交換機(jī)、路由器等。由于距離近，可通過(guò)雙絞線從云終端、服務(wù)器端連接到機(jī)房的交換機(jī)，交換機(jī)之間通過(guò)級(jí)聯(lián)或星形等方式實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)相通。中心交換機(jī)可以把機(jī)房的網(wǎng)絡(luò)連接到網(wǎng)絡(luò)管理中心，從而實(shí)現(xiàn)多間機(jī)房的互聯(lián)。

3.2 桌面云機(jī)房廠家的選擇

用戶(hù)可根據(jù)學(xué)校的財(cái)政支持和性能需求選擇服務(wù)器品牌。國(guó)外產(chǎn)品雖然比較成熟，但隨著國(guó)內(nèi)技術(shù)的發(fā)展，華為、深信服等廠家在云桌面應(yīng)用也很廣泛，也值得選擇。如深信服公司，通過(guò)大幅改進(jìn)傳輸協(xié)議，利用專(zhuān)利技術(shù)SRAP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)傳輸效率比傳統(tǒng)的微軟RDP技術(shù)提高6倍以上，不僅可獲得高效的桌面響應(yīng)速度，而且極大地降低了網(wǎng)絡(luò)帶寬的消耗。

4 桌面云機(jī)房管理

桌面云機(jī)房管理主要包括服務(wù)器管理、虛擬機(jī)管理、云終端管理、用戶(hù)管理等。

4.1 服務(wù)器的管理

服務(wù)器的管理主要是包括網(wǎng)絡(luò)配置，如進(jìn)行虛擬網(wǎng)橋的創(chuàng)建、IP地址的配置等，還要進(jìn)行存儲(chǔ)配置、監(jiān)控CPU性能、內(nèi)存使用情況、I/O的使用情況、網(wǎng)絡(luò)性能等，如果某一方面出現(xiàn)問(wèn)題，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并根據(jù)具體問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化。

4.2 虛擬機(jī)管理

虛擬機(jī)管理主要包括創(chuàng)建虛擬機(jī)模板、創(chuàng)建虛擬機(jī)池、批量創(chuàng)建虛擬機(jī)、虛擬機(jī)連接管理等。根據(jù)教學(xué)需求，可創(chuàng)建上課時(shí)所需要用到的WIN7、LINUX等操作系統(tǒng)模板，還可以創(chuàng)建考試專(zhuān)用的考試操作系統(tǒng)模板。使用虛擬機(jī)模板克隆分發(fā)的功能就可以快速地部署好整個(gè)機(jī)房的操作系統(tǒng)，相當(dāng)有效率。

4.3 云終端管理

云終端管理主要包括云終端配置、分組和關(guān)閉終端等功能，云終端配置主要為每一臺(tái)終端設(shè)置計(jì)算機(jī)名、IP地址等，實(shí)現(xiàn)分組是為了方便管理云終端，實(shí)現(xiàn)快速查找。

4.4 用戶(hù)管理

用戶(hù)管理包括對(duì)授權(quán)用戶(hù)登錄的管理，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)綁定虛擬機(jī)、USB接口管理等，用戶(hù)綁定虛擬機(jī)后，使用者不需要每次啟動(dòng)都輸入用戶(hù)名和密碼登錄，可以在開(kāi)機(jī)時(shí)自動(dòng)登錄到相應(yīng)的虛擬桌面，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)認(rèn)證登錄。

5 桌面云機(jī)房應(yīng)用效果

筆者所在學(xué)校是廣州現(xiàn)代信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，本校已有二三十間傳統(tǒng)機(jī)房，為了改進(jìn)機(jī)房管理，學(xué)校也逐步建立多間桌面云機(jī)房，因此筆者對(duì)于桌面云的使用情況具有較深的體會(huì)。

5.1 使用桌面云機(jī)房的優(yōu)勢(shì)

（1）提高了服務(wù)器的使用率，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)服務(wù)器上運(yùn)行多臺(tái)虛擬機(jī)，有效利用了服務(wù)器的空閑資源，同時(shí)支持動(dòng)態(tài)部署，后期可根據(jù)教學(xué)的需求實(shí)現(xiàn)快速重配置服務(wù)器。

（2）減少了機(jī)房管理員工作量，機(jī)房管理只需要重點(diǎn)維護(hù)服務(wù)器，不需要維護(hù)單機(jī)，提高了服務(wù)器與管理員的比率。同時(shí)利用虛擬機(jī)克隆分發(fā)的功能，重配置系統(tǒng)速度快，大大提高工作效率。

（3）可實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，傳統(tǒng)PC功率每臺(tái)約220W,學(xué)校機(jī)房電腦眾多，而且電腦基本每天6小時(shí)不停運(yùn)轉(zhuǎn)，耗電很大。云終端功率約5W，無(wú)噪音，不但節(jié)省開(kāi)支，同時(shí)也為師生創(chuàng)造了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。

（4）有利于后期擴(kuò)展，以后隨著教學(xué)的需求，需要提高云機(jī)房性能，升級(jí)桌面云機(jī)房，只需要提高服務(wù)器的性能就可實(shí)現(xiàn)，不需要更換其他任何設(shè)備，方便簡(jiǎn)單。

5.2 使用桌面云機(jī)房存在問(wèn)題與改進(jìn)

（1）機(jī)房管理員人才流動(dòng)大，新管理員管理初期，缺少技術(shù)，會(huì)無(wú)所適從，因此要加強(qiáng)管理員技術(shù)的培訓(xùn)。

（2）部分課程對(duì)視頻處理要求較高，但云機(jī)房對(duì)視頻的支持較有限，會(huì)引起卡機(jī)現(xiàn)象，因此要合理安排合適的課程在云機(jī)房進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

部署桌面云機(jī)房，從管理、維護(hù)和升級(jí)等方面有著極大的優(yōu)勢(shì)，雖然也存在不足之處，但只要根據(jù)存在問(wèn)題采取相應(yīng)的解決辦法，桌面云機(jī)房將會(huì)是機(jī)房實(shí)訓(xùn)室的發(fā)展趨勢(shì)。