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    高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室桌面虛擬化解決方案探究

    2018-01-12 16:33呂梅桂
    關(guān)鍵詞:桌面虛擬化機(jī)房

    呂梅桂

    摘 要:本文針對(duì)目前傳統(tǒng)機(jī)房管理模式存在的各種難題,以虛擬化技術(shù)為支撐尋求校園機(jī)房桌面虛擬化方案的解決之道。通過(guò)對(duì)市面主流的兩種不同架構(gòu)的桌面虛擬化產(chǎn)品的實(shí)際案例考查、測(cè)試和體驗(yàn),分析其利弊。最后,針對(duì)我校此次更新機(jī)房為專業(yè)機(jī)房的實(shí)際情況,選擇采用噢易公司產(chǎn)品搭建計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的方案。通過(guò)實(shí)際的使用表明,噢易云桌面具有本地緩存技術(shù),采用了P2P網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù),可以隨時(shí)隨地更新桌面,能夠流暢地運(yùn)行三維建模軟件,完全滿足教學(xué)需求,也給管理帶來(lái)了極大的便利。

    關(guān)鍵字:桌面虛擬化;云桌面;虛擬化架構(gòu);專業(yè)機(jī)房

    中圖分類號(hào):TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號(hào):1673-8454(2017)23-0067-03

    一、引言

    計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室作為高校實(shí)踐教學(xué)的重要基地,不僅關(guān)系到相關(guān)課程的教學(xué)效果與教學(xué)質(zhì)量,也在一定程度上體現(xiàn)了學(xué)校信息化的程度及教學(xué)管理水平,因此如何管理好這些計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室就成為每個(gè)管理員面臨的重要問(wèn)題。[1]隨著高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的不斷投入和擴(kuò)大,在管理人員相對(duì)緊缺的情況下,要提高設(shè)備的使用率及實(shí)驗(yàn)室的管理水平,運(yùn)用先進(jìn)的管理系統(tǒng)和技術(shù)就顯得至關(guān)重要。[2]而云計(jì)算的出現(xiàn)無(wú)疑給高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理提供了一個(gè)新的發(fā)展方向。云桌面的發(fā)展是基于云計(jì)算和虛擬化技術(shù),通俗的來(lái)理解,就是顯示在用戶屏幕上的桌面是由虛擬的“云”所提供。這個(gè)“云”就是以網(wǎng)絡(luò)為載體,借助虛擬化技術(shù)所整合的計(jì)算機(jī)硬件、操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)等資源。[3]目前主流云計(jì)算廠商基本都有開(kāi)展云桌面方面的業(yè)務(wù),產(chǎn)品名稱各式各樣,然而,決定是否使用云桌面并非是全部采用或者完全不用的簡(jiǎn)單抉擇,面對(duì)市面上琳瑯滿目的產(chǎn)品確實(shí)讓人舉足不定。本文將根據(jù)實(shí)際情況選取適合的虛擬化方案,并對(duì)桌面虛擬化技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)與問(wèn)題進(jìn)行了深入分析。

    二、傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理的現(xiàn)狀

    筆者作為一名高校的機(jī)房管理人員,在目前傳統(tǒng)PC機(jī)房的管理和維護(hù)中,經(jīng)常會(huì)遇到以下難題:

    (1)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室不僅承擔(dān)著全校公共計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課,還有分院的專業(yè)課、實(shí)訓(xùn)課,為了滿足各專業(yè)、班級(jí)的教學(xué)、實(shí)驗(yàn)等需求,管理員需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力,在機(jī)房部署多操作系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)環(huán)境;另一方面還需要對(duì)不同的考試要求部署相應(yīng)的考試環(huán)境;[4]同時(shí),專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)所需的應(yīng)用軟件種類繁多,不同課程、不同教師對(duì)同一軟件的版本要求有些還不一樣,導(dǎo)致安裝的軟件過(guò)多過(guò)雜,嚴(yán)重影響應(yīng)用程序的運(yùn)行速度,影響教學(xué)質(zhì)量。

    (2)為了保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定,免受病毒的攻擊,實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)一般安裝還原卡或硬盤保護(hù)程序,這卻導(dǎo)致計(jì)算機(jī)每做一次修改都需要把修改后的計(jì)算機(jī)作為“母機(jī)”同傳給其他計(jì)算機(jī),[5]如遇到有些專業(yè)軟件不能同傳,還需要在每臺(tái)計(jì)算機(jī)上逐一改動(dòng)后再逐一手動(dòng)保存;而且不同機(jī)器型號(hào)、硬件配置不一樣的機(jī)器也無(wú)法實(shí)現(xiàn)同傳功能。

    (3)再者,目前機(jī)房使用的還原卡雖然有同傳克隆功能能集體下發(fā)數(shù)據(jù),但是無(wú)法實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)續(xù)傳和差異數(shù)據(jù)同傳,耗時(shí)長(zhǎng)、占帶寬,只要有數(shù)據(jù)更新,其余終端都無(wú)法使用,所以管理員只能在機(jī)房無(wú)課時(shí)加班加點(diǎn)。特別是碰到有考試任務(wù)的時(shí)候,例如一年兩次的計(jì)算機(jī)等級(jí)考試,管理人員需要在考試之前安裝考試客戶端、發(fā)系統(tǒng)及參數(shù)、調(diào)試,考試完畢再進(jìn)行恢復(fù),不僅耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間,而且發(fā)系統(tǒng)過(guò)程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)故障癱瘓導(dǎo)致整個(gè)機(jī)房的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)損壞,如維修來(lái)不及就可能影響考試。

    因此,面對(duì)以上的種種突出問(wèn)題,傳統(tǒng)的機(jī)房管理模式漸漸無(wú)法滿足現(xiàn)今高校大規(guī)模計(jì)算機(jī)維護(hù)的豐富需求。

    三、桌面虛擬化方案的試用體驗(yàn)

    目前,我校的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理還都是傳統(tǒng)的機(jī)房管理模式,恰逢2016年有3個(gè)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室需要更新,借這個(gè)契機(jī)我們決定嘗試運(yùn)用桌面虛擬化技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行改造。于是,筆者開(kāi)始尋求校園機(jī)房桌面虛擬化方案的解決之道。首先,通過(guò)實(shí)際案例考察,與幾家桌面虛擬化廠商的溝通交流,逐漸了解市面主流的桌面虛擬化產(chǎn)品。目前,主流的桌面虛擬化系統(tǒng)架構(gòu)包括兩種,分別為VDI架構(gòu)和IDV架構(gòu)。首先接觸到的是VMware和Citrix的以VDI為架構(gòu)的桌面云方案,VDI的基本原理:通過(guò)服務(wù)器虛擬化技術(shù),在服務(wù)器端運(yùn)行多個(gè)虛擬桌面,并在其中部署桌面虛擬化軟件以及用戶所需的操作系統(tǒng)和各種應(yīng)用軟件,然后通過(guò)桌面顯示協(xié)議將完整的虛擬機(jī)桌面交付給遠(yuǎn)程用戶使用。[6]為了更好地體驗(yàn)產(chǎn)品,我們邀請(qǐng)廠商拿產(chǎn)品到學(xué)校進(jìn)行實(shí)際部署、測(cè)試和體驗(yàn),其中以Citrix的 XenDesktop技術(shù)為依托的X公司產(chǎn)品在我校一個(gè)裝有51臺(tái)機(jī)器的機(jī)房進(jìn)行為期半年的試用。本次測(cè)試主要從以下幾點(diǎn)進(jìn)行考慮:①針對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)PC機(jī)運(yùn)維管理中遇到的難題,進(jìn)行桌面虛擬化后是否能夠解決;②桌面虛擬化后基本功能、兼容性及性能各方面是否能夠滿足教學(xué)需求;③從傳統(tǒng)PC切換成桌面虛擬化模式時(shí),用戶體驗(yàn)是否與本地桌面基本一致等等。

    在測(cè)試體驗(yàn)的過(guò)程中,VDI方案在終端管理、終端安全方面都具有先天的優(yōu)勢(shì),管理員只需要對(duì)一個(gè)鏡像或一個(gè)應(yīng)用進(jìn)行更新,所有的用戶都會(huì)獲得更新后的結(jié)果,而不需要更新每個(gè)物理桌面,這極大減少了工作量;[7]VDI方案有效地使數(shù)據(jù)與物理終端相隔離,數(shù)據(jù)集中管理,提高了系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全性,更易于維護(hù)和管理,即使用戶桌面出現(xiàn)災(zāi)難性故障也可以通過(guò)服務(wù)器在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)。VDI方案為管理員解決了很多機(jī)房部署、管理與維護(hù)的難題,但是用戶體驗(yàn)才是決定桌面產(chǎn)品生命力的關(guān)鍵。 雖然與普通PC相比,用戶在使用習(xí)慣上沒(méi)有發(fā)生明顯的改變,不需要另外學(xué)習(xí);但半年用體驗(yàn)總的來(lái)說(shuō)并不盡如人意,VDI方案存在以下幾方面缺陷:

    (1)依賴網(wǎng)絡(luò)。VDI技術(shù)最大的問(wèn)題就是對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴,因?yàn)檫\(yùn)算和存儲(chǔ)全部在服務(wù)器端進(jìn)行,如果沒(méi)有了網(wǎng)絡(luò),瘦客戶端就相當(dāng)于一個(gè)空殼子。對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴,使得脫機(jī)使用變得十分困難。

    (2)開(kāi)機(jī)風(fēng)暴。當(dāng)越來(lái)越多的用戶使用虛擬桌面時(shí),VDI的性能通常會(huì)下降。例如,當(dāng)班上所有學(xué)生在上午第一節(jié)課同時(shí)登錄虛擬桌面時(shí),會(huì)瞬間占用服務(wù)器的資源,導(dǎo)致啟動(dòng)速度很慢,有的甚至需要半個(gè)小時(shí)之久,這對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)是災(zāi)難性的。endprint

    (3)集中風(fēng)險(xiǎn)。VDI使用集中運(yùn)算機(jī)制,因此一旦服務(wù)器端出現(xiàn)問(wèn)題就會(huì)造成巨大的影響。試用期間服務(wù)器就出過(guò)問(wèn)題,導(dǎo)致整個(gè)機(jī)房都登錄不了虛擬桌面。同時(shí)數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ),也使得對(duì)安全性的需求提高。

    (4)VDI無(wú)法真正突破3D多媒體的應(yīng)用瓶頸。我校這次更新的機(jī)房是專業(yè)機(jī)房,教學(xué)需要運(yùn)行3DMax、Autocad、Pro/E等三維設(shè)計(jì)軟件,對(duì)設(shè)備的圖形處理能力的需求較高。針對(duì)VDI在圖形處理、影音播放方面出現(xiàn)掉幀或卡屏的問(wèn)題,X公司提出GPU共享的方案,但是這會(huì)導(dǎo)致建設(shè)成本再度提升。同時(shí),多媒體、3D影像設(shè)計(jì)大量的數(shù)據(jù)傳輸造成網(wǎng)絡(luò)延時(shí)等問(wèn)題使用戶的體驗(yàn)大打折扣。

    (5)維護(hù)與管理的挑戰(zhàn)。VDI技術(shù)可以對(duì)桌面環(huán)境進(jìn)行集中創(chuàng)建、 監(jiān)控和管理,大大減少機(jī)房管理員的巡視工作量,但是如果網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)器出現(xiàn)問(wèn)題,維修起來(lái)比傳統(tǒng)的電腦會(huì)復(fù)雜得多,因此這對(duì)于機(jī)房管理員來(lái)說(shuō)挑戰(zhàn)很大。[8]

    從目前使用的情況來(lái)看,采用虛擬桌面并不僅僅是把一堆分布的數(shù)據(jù)集中起來(lái)管理那么簡(jiǎn)單。VDI架構(gòu)擁有較多的缺陷,因此比較適用于對(duì)性能要求不高、需要安裝的大型應(yīng)用軟件比較少、占用帶寬少、功能比較簡(jiǎn)單的機(jī)房里,對(duì)于專業(yè)機(jī)房不太適合。

    四、智能桌面虛擬化解決方案

    在VDI方案上碰到釘子后,筆者開(kāi)始尋找其他的虛擬化解決方案。隨著用戶對(duì)體驗(yàn)、成本、使用習(xí)慣等提出更高的要求,英特爾公司提出了一種新的框架—— Intelligent Desktop Virtualization(IDV)智能桌面虛擬化。IDV采取的是分布式方法來(lái)滿足運(yùn)營(yíng)技術(shù)需求,同時(shí)集中、簡(jiǎn)化管理和部署功能。它要求客戶端不再是瘦客戶端而是具備一定運(yùn)算能力的胖客戶端。桌面數(shù)據(jù)存放和運(yùn)維管理同樣在服務(wù)器端進(jìn)行,不同的是服務(wù)器端還可以下發(fā)多個(gè)桌面系統(tǒng)虛擬機(jī)到用戶的終端,用戶終端的系統(tǒng)客戶端則負(fù)責(zé)運(yùn)行并管理這些系統(tǒng)虛擬機(jī),從而實(shí)現(xiàn)分布運(yùn)行,集中管理。[9]IDV基礎(chǔ)架構(gòu)并沒(méi)有VDI基礎(chǔ)架構(gòu)那么復(fù)雜,對(duì)服務(wù)器配置要求不高,相對(duì)于其他桌面虛擬化解決方案,不需要進(jìn)行大規(guī)模改造的前提下,即可體驗(yàn)到桌面虛擬化的優(yōu)勢(shì)。[10]本文最終采用的智能桌面虛擬化架構(gòu)的桌面系統(tǒng)是噢易云桌面增強(qiáng)版,它是噢易與某公司合作完成的一個(gè)桌面虛擬化項(xiàng)目,基于操作系統(tǒng)虛擬化,可以派發(fā)多套操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)至本地終端進(jìn)行運(yùn)算,這種桌面管理解決方案完全接近于終端的性能和完全兼容本地軟件、硬件。計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室桌面云方案整體部署架構(gòu)如圖1所示。

    該系統(tǒng)主要由控制臺(tái)、服務(wù)端、客戶端組成,客戶機(jī)啟動(dòng)時(shí)通過(guò)DHCP獲取客戶機(jī)IP地址及服務(wù)器IP地址,使用Tftp加載啟動(dòng)文件來(lái)建立網(wǎng)絡(luò)連接并訪問(wèn)服務(wù)器上的虛擬磁盤,從而完成操作系統(tǒng)的引導(dǎo)。對(duì)比VDI方案,噢易桌面云方案更為滿足學(xué)校的需求,且更具有可行性。通過(guò)實(shí)際的使用表明,在噢易云桌面中,具有像在本地PC上安裝的操作系統(tǒng)的性能和響應(yīng)能力。它有如下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì):

    (1)不受服務(wù)器故障、網(wǎng)絡(luò)中斷的影響。云桌面具有本地緩存技術(shù),可以將網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用虛擬化數(shù)據(jù)緩存在本地硬盤。當(dāng)服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)或網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí),客戶端桌面不會(huì)受此影響,可正常使用云服務(wù)器上部署好的應(yīng)用軟件,保證上課持續(xù)進(jìn)行不中斷。

    (2)采用了本地運(yùn)行的機(jī)制,所以上課時(shí)終端開(kāi)機(jī)不會(huì)去下載整個(gè)操作系統(tǒng)鏡像,只是更新集中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù),不會(huì)占用太多的網(wǎng)絡(luò)資源,所以開(kāi)機(jī)就不會(huì)有開(kāi)機(jī)風(fēng)暴的問(wèn)題。[11]

    (3)支持以P2P方式下載桌面環(huán)境。噢易系統(tǒng)采用了P2P網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù),這種方式可以有效地均衡上下行線路的數(shù)據(jù)量,客戶端不僅能從服務(wù)器上下載更新數(shù)據(jù),還能從網(wǎng)絡(luò)中的其它客戶機(jī)上獲取所需的數(shù)據(jù)[12],大大減輕了服務(wù)器的帶寬壓力。

    (4)可完美支持多媒體、3D影像設(shè)計(jì)、視頻交互等應(yīng)用。由于方案采用集中管理、本地運(yùn)行的方式,充分利用本地計(jì)算資源,可流暢運(yùn)行三維圖形設(shè)計(jì)、高清視頻等復(fù)雜應(yīng)用,完全滿足專業(yè)機(jī)房的需求。如今,產(chǎn)品已經(jīng)使用了大半年,在教學(xué)中,大量使用了包括SQL Server、UG、ProE、3DMax等大型軟件在內(nèi)的各種軟件,軟件的性能等同于在PC上的使用性能。

    (5)采用異步傳輸模式。這種傳輸模式終端與服務(wù)器的交互數(shù)據(jù)并非實(shí)時(shí)交互,簡(jiǎn)單通俗地理解異步傳輸就是: 你傳輸吧,我去做我的事了,傳輸完了告訴我一聲。這樣可以實(shí)現(xiàn)桌面環(huán)境的隨時(shí)更新,不影響教學(xué)過(guò)程;管理員只需要對(duì)一臺(tái)客戶端進(jìn)行更新,其他客戶端重啟一次即可馬上使用更新桌面環(huán)境,無(wú)需中斷教學(xué),就實(shí)現(xiàn)了臨時(shí)桌面環(huán)境更新,給管理員帶來(lái)了極大的便利。

    五、結(jié)束語(yǔ)

    結(jié)合實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)來(lái)看, 噢易云桌面增強(qiáng)版很適合專業(yè)機(jī)房,但是由于IDV要求終端是有計(jì)算能力的胖客戶端,硬件配置要求高一些,因此購(gòu)置成本會(huì)高一些。經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外桌面虛擬化方案的初步使用與對(duì)比,國(guó)內(nèi)桌面虛擬化方案的成熟讓筆者更堅(jiān)定的邁向教育云時(shí)代。本次計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)對(duì)于推廣我校云桌面運(yùn)用是一次非常好的開(kāi)端。通過(guò)桌面虛擬化技術(shù),解決計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理與維護(hù)的困境,順應(yīng)現(xiàn)代教學(xué)和教師信息化教學(xué)的訴求,實(shí)現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量的提升,這對(duì)于推動(dòng)我校的教育信息化建設(shè)也是一次有益的嘗試。

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    (編輯:王曉明)endprint

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