Thinputer桌面虛擬化平臺(tái)在電子閱覽室的應(yīng)用

關(guān)鍵詞：Thinputer；桌面虛擬化；電子閱覽室；瘦客戶機(jī)

摘要：文章以湖南圖書館的電子閱覽室為研究對(duì)象，從應(yīng)用需求、平臺(tái)架構(gòu)、硬件規(guī)劃和平臺(tái)部署四個(gè)方面進(jìn)行分析和闡述，論證了桌面虛擬化技術(shù)不僅能提升電子閱覽室讀者的用戶體驗(yàn)，還能提高工作人員的運(yùn)維效率。

中圖分類號(hào)：G250.71文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-1588（2015）03-0122-03

1前言

“公共電子閱覽室建設(shè)計(jì)劃”是我國十二五期間實(shí)施的重要文化惠民項(xiàng)目。通過該項(xiàng)目，我國建設(shè)了一大批免費(fèi)、“綠色”、安全的公益性上網(wǎng)場所，對(duì)提高廣大社會(huì)公眾的思想道德素質(zhì)與縮小“數(shù)字鴻溝”具有重要作用。湖南圖書館于2009年開始加大對(duì)電子閱覽室的建設(shè)，目前已經(jīng)有讀者電腦約100余臺(tái)，免費(fèi)向讀者提供數(shù)字資源下載、信息檢索和上網(wǎng)服務(wù)，滿足了廣大公眾特別是學(xué)生和老年人等低收入群體的需求。然而，隨著設(shè)備使用年限的增加，普通電腦搭建電子閱覽室模式存在的問題日漸顯現(xiàn)出來：①電腦硬件資源利用率的不均衡。隨著Windows系統(tǒng)和各類應(yīng)用軟件的不斷升級(jí)更新，對(duì)電腦硬件資源性能的要求也越來越高。多年前購買的電腦難以到達(dá)要求，運(yùn)行變得越來越慢，資源利用率非常高，特別是CPU和內(nèi)存利用率常常會(huì)達(dá)到90%～100%。然而，由于電腦硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展，近兩年購買的電腦性能非常好，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電子閱覽室常用軟件的應(yīng)用需求，硬件資源利用率相當(dāng)?shù)汀?jù)統(tǒng)計(jì)，新購電腦的CPU利用率通常不到10%，內(nèi)存利用率在30%左右，硬盤利用率不到10%，這造成了新購電腦硬件資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。②軟件更新周期長。由于電子閱覽室的使用人群復(fù)雜，系統(tǒng)非常容易受到破壞。因此，電子閱覽室的電腦通常采用硬盤還原技術(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，這種技術(shù)手段保證了系統(tǒng)每次都能正常運(yùn)行，但造成應(yīng)用軟件不能及時(shí)更新。工作人員經(jīng)常需要定期對(duì)所有電腦內(nèi)的軟件進(jìn)行升級(jí)，雖然可以通過網(wǎng)絡(luò)分發(fā)等手段進(jìn)行批量處理，但仍然需要耗費(fèi)相當(dāng)長的時(shí)間。③硬件維護(hù)量大。對(duì)數(shù)量龐大的讀者電腦進(jìn)行維護(hù)一直是工作人員比較頭疼的事情，設(shè)備日趨老化使得故障率不斷上升，更增加了工作人員的維護(hù)量。

2桌面虛擬化概述

2.1桌面虛擬化介紹

桌面虛擬化又稱虛擬桌面，是指利用中心服務(wù)器虛擬出獨(dú)立的擁有操作系統(tǒng)、應(yīng)用環(huán)境和計(jì)算能力的虛擬計(jì)算機(jī)（VM），用戶可以通過輸入輸出設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)訪問自己虛擬計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)桌面、文件和程序[1]。通常，桌面虛擬化平臺(tái)由桌面云服務(wù)器、管理平臺(tái)和云終端組成。桌面云服務(wù)器擁有非常高的計(jì)算性能和大容量的存儲(chǔ)空間，能夠?yàn)樗锌蛻舳颂峁┸浖h(huán)境所需的計(jì)算和存儲(chǔ)資源。管理平臺(tái)是管理員對(duì)虛擬桌面進(jìn)行安裝、配置和管理的操作平臺(tái)。云終端是用于運(yùn)行遠(yuǎn)程虛擬桌面連接程序的設(shè)備，通常是瘦客戶機(jī)，也可以是普通電腦、筆記本電腦和移動(dòng)終端設(shè)備。

2.2桌面虛擬化優(yōu)勢

電子閱覽室采用桌面虛擬化模式，與傳統(tǒng)PC模式相比具有許多優(yōu)勢：①提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。一方面，桌面虛擬化模式中的云終端結(jié)構(gòu)簡單，通常采用低功耗的組件和無風(fēng)扇設(shè)計(jì)，降低了部件損壞的概率，增加了終端的穩(wěn)定性。另一方面，云服務(wù)器通常采用多臺(tái)服務(wù)器集群的冗余方式進(jìn)行部署，并通過多鏈路互連，避免了單點(diǎn)故障的風(fēng)險(xiǎn)。因此，桌面虛擬化模式中硬件設(shè)備故障率很低，系統(tǒng)運(yùn)行非常穩(wěn)定。②提高了資源利用率。桌面虛擬化模式的管理平臺(tái)可以根據(jù)用戶所運(yùn)行的應(yīng)用軟件需求彈性、靈活地給虛擬桌面分配硬件資源，打破了用戶應(yīng)用軟件與硬件資源之間的束縛，提高了服務(wù)器硬件資源的利用率。③提升了終端用戶體驗(yàn)。桌面虛擬化模式使用戶不再受終端的限制，可以使用電腦、IPAD等移動(dòng)終端設(shè)備登錄到虛擬桌面。此外，用戶數(shù)據(jù)保存在云端，云端服務(wù)器的冗余保障了數(shù)據(jù)的安全。④軟件的維護(hù)變得簡單快捷。桌面虛擬化模式中虛擬桌面被封裝成文件形式。因此，操作系統(tǒng)重新部署以及應(yīng)用軟件更新，只需從標(biāo)準(zhǔn)模板中批量復(fù)制出多個(gè)虛擬桌面即可，工作人員在數(shù)分鐘內(nèi)即可完成電子閱覽室內(nèi)全部虛擬桌面的更新維護(hù)。

2.3幾種桌面虛擬化平臺(tái)分析比較

目前比較流行的桌面虛擬化平臺(tái)有Vmware view[2]、Citrix XenDesktop[3]、Microsoft Hyper-V[4]等。這幾種平臺(tái)都采用“裸金屬”架構(gòu)（虛擬桌面直接運(yùn)行在硬件上，由虛擬化軟件提供全仿真的硬件環(huán)境），因此這些平臺(tái)下的虛擬桌面性能都能接近或達(dá)到物理機(jī)的性能。在功能方面，這幾種平臺(tái)功能都十分強(qiáng)大，能夠滿足不同場景的用戶需求，因而十分受歡迎，市場占有率很高，但缺點(diǎn)是整體費(fèi)用高，前期投入非常大。隨著開源軟件的不斷成熟，一種基于開源軟件KVM的虛擬化技術(shù)平臺(tái)Thinputer變得越來越流行。Thinputer同樣采用“裸金屬”架構(gòu)，與目前流行的幾種平臺(tái)相比，Thinputer具有性價(jià)比高和部署流程簡單的優(yōu)勢[5]。通過對(duì)以上幾款桌面虛擬化平臺(tái)的比較分析，筆者決定采用Thinputer搭建電子閱覽室桌面虛擬化平臺(tái)。

3Thinputer桌面虛擬化搭建電子閱覽室方案

3.1應(yīng)用需求

姚舜：Thinputer桌面虛擬化平臺(tái)在電子閱覽室的應(yīng)用姚舜：Thinputer桌面虛擬化平臺(tái)在電子閱覽室的應(yīng)用目前湖南圖書館電子閱覽室提供給讀者的電腦已經(jīng)使用了將近6年，本次計(jì)劃全部替換成瘦客戶機(jī)，并采用桌面虛擬化模式提供服務(wù)。改造后的電子閱覽室仍然按照以前的模式分為數(shù)字資源區(qū)和上網(wǎng)區(qū)。數(shù)字資源區(qū)提供電子圖書、電子期刊、有聲讀物、視頻點(diǎn)播、地方特色等數(shù)字資源瀏覽服務(wù)，上網(wǎng)區(qū)除了可以訪問湖南圖書館數(shù)字資源外，還可以訪問互聯(lián)網(wǎng)。這兩個(gè)區(qū)域各部署100臺(tái)瘦客戶機(jī)。

3.2整體架構(gòu)

電子閱覽室桌面虛擬化架構(gòu)由服務(wù)器、存儲(chǔ)、Thinputer桌面虛擬化平臺(tái)和瘦客戶機(jī)組成（見圖1）。其中服務(wù)器和存儲(chǔ)由多臺(tái)高性能服務(wù)器與SAN光纖存儲(chǔ)組成，用于電子閱覽室終端桌面的計(jì)算處理和數(shù)據(jù)保存。Thinputer桌面虛擬化平臺(tái)包括虛擬機(jī)管理平臺(tái)OVP和虛擬桌面控制器OVD。虛擬機(jī)管理平臺(tái)負(fù)責(zé)將服務(wù)器和存儲(chǔ)虛擬化成計(jì)算資源池和存儲(chǔ)資源池并分配給虛擬桌面。虛擬桌面控制器是提供給系統(tǒng)管理員的操作平臺(tái)，系統(tǒng)管理員通過該控制器不僅可以接入到任意一臺(tái)服務(wù)器并對(duì)整個(gè)服務(wù)器集群進(jìn)行管理，還可以進(jìn)行虛擬桌面的創(chuàng)建、更新和還原操作。瘦客戶機(jī)是一種能遠(yuǎn)程連接虛擬桌面的設(shè)備，讀者通過瘦客戶機(jī)可以登錄和操作虛擬桌面，獲得與普通電腦同樣的操作體驗(yàn)。

3.3硬件規(guī)劃

3.3.1存儲(chǔ)規(guī)劃。桌面虛擬化平臺(tái)所需的存儲(chǔ)空間包括共享系統(tǒng)鏡像、臨時(shí)存儲(chǔ)空間和數(shù)據(jù)空間。共享系統(tǒng)鏡像是每個(gè)虛擬桌面啟動(dòng)時(shí)讀取的系統(tǒng)文件，該系統(tǒng)文件的安裝需要20G的存儲(chǔ)空間，本次預(yù)計(jì)保留5個(gè)系統(tǒng)文件，共需100G存儲(chǔ)空間。臨時(shí)存儲(chǔ)空間為每個(gè)虛擬桌面運(yùn)行時(shí)所需的臨時(shí)文件存儲(chǔ)空間，每個(gè)虛擬桌面的臨時(shí)空間設(shè)置最大為5G，一共需要5G×200=1T的存儲(chǔ)空間。數(shù)據(jù)空間用來向每個(gè)虛擬桌面提供長期保存數(shù)據(jù)的空間，每個(gè)虛擬桌面設(shè)置數(shù)據(jù)空間為10G，一共需要10G×200=2T的存儲(chǔ)空間。因此，整個(gè)平臺(tái)共需要3.12T存儲(chǔ)空間。

目前湖南圖書館有聯(lián)想AMS500和HDS HUS兩套存儲(chǔ)系統(tǒng)，已經(jīng)建立了較為完善的SAN光纖存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，并且通過采用存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)，將兩套存儲(chǔ)整合在一起，實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)空間的統(tǒng)一分配和管理?？紤]電子閱覽室以后的擴(kuò)展，筆者從現(xiàn)有存儲(chǔ)系統(tǒng)中劃分4T存儲(chǔ)空間提供給桌面虛擬化平臺(tái)使用。

3.3.2服務(wù)器規(guī)劃。服務(wù)器規(guī)劃既要考慮要有足夠的計(jì)算能力滿足所有虛擬桌面的使用，又要考慮提高資源的利用率，避免投入的浪費(fèi)。在選擇服務(wù)器的時(shí)候，主要從服務(wù)器的CPU和內(nèi)存兩個(gè)方面進(jìn)行考慮。在CPU的選擇上，對(duì)于讀者用機(jī)的應(yīng)用負(fù)載（網(wǎng)站瀏覽、文檔處理、視頻播放等），Thinputer建議采用每核處理10個(gè)虛擬桌面的方式進(jìn)行規(guī)劃運(yùn)行。因此，200個(gè)虛擬桌面需要的服務(wù)器CPU總核數(shù)為20核。在內(nèi)存的選擇上，考慮操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件要求，采用每個(gè)虛擬桌面分配2GB的內(nèi)存空間。因此，全部虛擬桌面共需要服務(wù)器內(nèi)存總數(shù)為400GB。通過計(jì)算，采用兩臺(tái)服務(wù)器，每臺(tái)服務(wù)器兩顆6核CPU和256G內(nèi)存即滿足了桌面虛擬化平臺(tái)的性能要求。考慮到服務(wù)器的余備份，本次電子閱覽室改造方案最后采用三臺(tái)服務(wù)器搭建Thinputer桌面虛擬化平臺(tái)。

3.3.3網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。每個(gè)虛擬桌面的遠(yuǎn)程顯示速度和設(shè)備性能很大一部分取決于網(wǎng)絡(luò)帶寬，因此，必須對(duì)電子閱覽室的網(wǎng)絡(luò)的帶寬和可靠性進(jìn)行重新規(guī)劃。改造前本館電子閱覽室已經(jīng)搭建了一個(gè)全千兆的局域網(wǎng)，并通過千兆光纖使接入交換機(jī)與核心交換機(jī)相連。雖然千兆網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)足夠滿足桌面虛擬化對(duì)帶寬的要求，但主干的單鏈路降低了網(wǎng)絡(luò)可靠性。因此，本次規(guī)劃在接入交換機(jī)和核心交換機(jī)之間新增加一條千兆鏈路，并采用雙鏈路聚合保證主要鏈路的冗余。此外，筆者將電子閱覽室網(wǎng)絡(luò)按區(qū)域劃分為不同的Vlan，并在上網(wǎng)行為管理系統(tǒng)中對(duì)每個(gè)Vlan進(jìn)行不同的訪問設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)訪問控制。

3.4平臺(tái)部署

公共電子閱覽室桌面虛擬化平臺(tái)部署首先需要在服務(wù)器端安裝Thinputer虛擬化平臺(tái)組件，該組件將虛擬化的所有功能集合在一起，因此安裝完該組件后不再需要安裝其他平臺(tái)組件。其次需要新建虛擬桌面并對(duì)虛擬桌面進(jìn)行配置，Thinputer提供了虛擬桌面控制器給系統(tǒng)管理員進(jìn)行操作。結(jié)合湖南圖書館電子閱覽室自身特點(diǎn)，筆者為上網(wǎng)區(qū)和數(shù)字資源區(qū)的瘦客戶機(jī)各配置了一個(gè)共享鏡像以供其虛擬桌面啟動(dòng)使用，并為每個(gè)虛擬桌面配置10G數(shù)據(jù)區(qū)。為了防止虛擬桌面被破壞，筆者采用“非持久桌面”方式對(duì)虛擬桌面進(jìn)行管理，即虛擬桌面每次關(guān)機(jī)再啟動(dòng)后，系統(tǒng)將恢復(fù)到安裝后的初始狀態(tài)。最后，配置瘦客戶機(jī)通過RDP（Remote Desktop Protocol，遠(yuǎn)程桌面協(xié)議）連接到虛擬桌面，并設(shè)置為自動(dòng)連接。

4結(jié)語

經(jīng)過一段時(shí)間的測試，系統(tǒng)總體運(yùn)行穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)過死機(jī)或重啟的故障，湖南圖書館無論是上機(jī)讀者還是電子閱覽室管理員都對(duì)虛擬桌面的方式表示滿意。從讀者使用效果來看，虛擬桌面與傳統(tǒng)電腦的操作一樣，并且運(yùn)行更加穩(wěn)定和流暢。采用瘦客戶機(jī)作為終端設(shè)備，不僅發(fā)熱量小還沒有噪音，給讀者創(chuàng)造了一個(gè)安靜舒適的閱讀環(huán)境。從管理員的管理維護(hù)效率來看，虛擬桌面可以進(jìn)行統(tǒng)一的部署、維護(hù)和升級(jí)，減少了軟硬件維護(hù)和管理的時(shí)間與成本，從而成倍提升IT運(yùn)維效率。

參考文獻(xiàn)：

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[2]付婷波.基于VMwaer View圖書館桌面云的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].圖書館理論與實(shí)踐，2014（6）：96-98.

[3]Citrix.XenDesktop[EB/OL].http：//www.citrix.com/products/xendesktop/overview.html？posit=glnav.

[4]Microsofttechnet.Hyper-V 概述[EB/OL]. http：//technet.microsoft.com/zh-cn/library/hh831531.aspx.

[5]青葡萄科技.桌面虛擬化Thinputer[EB/OL].http：//www.thinputer.com/products-53.html.

（編校：嚴(yán)真）