桌面虛擬化技術(shù)在學(xué)校機(jī)房管理中的應(yīng)用

杜舒華

（作者單位：福建工程移民職業(yè)技術(shù)學(xué)校）

隨著信息化技術(shù)以及多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，大部分學(xué)校都投入購(gòu)買(mǎi)了數(shù)量較多的計(jì)算機(jī)放置于多媒體教室及機(jī)房，以滿足課程的需要，多媒體教室和機(jī)房是學(xué)校的重要教學(xué)場(chǎng)所。

目前，大部分學(xué)校在機(jī)房設(shè)備管理中，使用的是基于硬件的保護(hù)卡，這種工作方式存在一些問(wèn)題：無(wú)法防護(hù)專(zhuān)門(mén)攻擊保護(hù)卡的病毒；在傳輸文件時(shí)，會(huì)存在個(gè)別機(jī)器無(wú)法傳送成功；添加或刪除學(xué)生機(jī)某些程序或文件，較為耗時(shí)；保護(hù)卡接觸不良時(shí)無(wú)法被識(shí)別從而未能起到保護(hù)的作用。這些都會(huì)給使用計(jì)算機(jī)的任課老師和機(jī)房管理者在運(yùn)行和維護(hù)上帶來(lái)困擾。

如今，隨著網(wǎng)絡(luò)信息化技術(shù)的發(fā)展，虛擬化桌面技術(shù)的提出，能夠有效解決這一困擾。老師和學(xué)生通過(guò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)服務(wù)器的云桌面系統(tǒng)，獲得和PC完全一致的體驗(yàn)；管理員也只需要在服務(wù)器端管控就可以輕松完成所有的管理工作。

一、虛擬化桌面技術(shù)介紹

（一）什么是桌面虛擬化

桌面虛擬化是指將計(jì)算機(jī)的桌面進(jìn)行虛擬化，以達(dá)到桌面使用的安全性和靈活性。桌面是一種泛指，它不是單純地理解為用戶操作系統(tǒng)的桌面快捷方式，它可以理解為用戶的應(yīng)用環(huán)境，該系統(tǒng)安裝了哪些應(yīng)用程序。借助桌面虛擬化技術(shù)，用戶可以通過(guò)任何設(shè)備，在任何地點(diǎn)，任何時(shí)間訪問(wèn)在網(wǎng)絡(luò)上的屬于我們個(gè)人的桌面系統(tǒng)。

現(xiàn)行的計(jì)算機(jī)模式，硬件、操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序、個(gè)人配置等這幾個(gè)層級(jí)，都是緊密相連的。虛擬桌面技術(shù)，就是打破了這些層級(jí)之間的聯(lián)系，將多臺(tái)服務(wù)器的硬件資源（CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)）進(jìn)行共享，建立資源池。通過(guò)在資源池內(nèi)的資源進(jìn)行調(diào)配，建立虛擬機(jī)，利用網(wǎng)絡(luò)，將遠(yuǎn)端的“操作系統(tǒng)”及操作指令推送給“瘦客戶機(jī)”。遠(yuǎn)端的瘦客戶機(jī)只是一個(gè)微型主機(jī)，本身不帶有存儲(chǔ)介質(zhì)，只是負(fù)責(zé)顯示服務(wù)器端傳輸來(lái)的圖像，同時(shí)通過(guò)鍵鼠的操作，向服務(wù)器發(fā)布指令，并進(jìn)行回顯。

圖1 本地模式與虛擬桌面模式的對(duì)比

本地模式與虛擬桌面模式的對(duì)比見(jiàn)圖1。

（二）桌面虛擬化的優(yōu)勢(shì)

桌面虛擬化的部署模式相對(duì)于現(xiàn)行的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)管理模式，具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1.集中統(tǒng)一管理，提升管理效率

機(jī)房管理人員可通過(guò)可視化界面，及時(shí)了解服務(wù)器資源池的使用情況以及虛擬機(jī)的運(yùn)行情況。利用虛擬化技術(shù)，機(jī)房管理人員或是教師可利用模板、快照等功能，統(tǒng)一升級(jí)終端系統(tǒng)及軟件，并可快速恢復(fù)終端的故障。假如學(xué)生誤刪除了系統(tǒng)文件，導(dǎo)致系統(tǒng)或是軟件故障，教師可通過(guò)后臺(tái)直接將該學(xué)生的系統(tǒng)直接重置，快速恢復(fù)系統(tǒng)。

虛擬化桌面還可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行還原配置操作，可在虛擬桌面每次重啟時(shí)對(duì)虛擬桌面進(jìn)行還原。以機(jī)房為例，學(xué)生機(jī)就可部署這種運(yùn)行模式。學(xué)生在機(jī)房上機(jī)操作結(jié)束后，一重啟系統(tǒng)，系統(tǒng)就恢復(fù)為初始狀態(tài)。

2.定制專(zhuān)屬的虛擬機(jī)系統(tǒng)

任課老師可根據(jù)自己的課程定制安裝的系統(tǒng)及軟件，生成專(zhuān)屬課程的虛擬機(jī)系統(tǒng)，并通過(guò)系統(tǒng)的分發(fā)功能，快速分發(fā)給學(xué)生機(jī)，老師和學(xué)生只需通過(guò)自己的賬號(hào)登錄瘦客戶機(jī)，就可獲取屬于自己的“云桌面”。

3.數(shù)據(jù)安全

相對(duì)現(xiàn)行的計(jì)算機(jī)模式，數(shù)據(jù)的傳輸都是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的。在數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程中，數(shù)據(jù)存在被竊取的可能。而采用虛擬化桌面技術(shù)，它是將所有數(shù)據(jù)都存放在服務(wù)器，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)膬H僅是圖像信息，這樣就能規(guī)避信息在傳輸過(guò)程中被竊取的可能。服務(wù)器端部署桌面系統(tǒng)時(shí)，會(huì)采用特殊的加密模式，能夠有效實(shí)現(xiàn)核心數(shù)據(jù)的安全，防止泄密。

4.節(jié)能減排普通計(jì)算機(jī)，主機(jī)功耗約200W，而采用云瘦客戶端的主機(jī)，平均功耗僅為20W，能耗小，僅為原主機(jī)的十分之一，且無(wú)污染，真正實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保。

二、解決方案

圖2 虛擬化桌面技術(shù)部署結(jié)構(gòu)體系圖

隨著虛擬化技術(shù)的不斷發(fā)展，目前已經(jīng)有部分公司推出了“虛擬化桌面一體機(jī)”。簡(jiǎn)單地說(shuō)，它就是一臺(tái)經(jīng)過(guò)量身定制的軟硬件一體化服務(wù)器，集成了虛擬桌面控制器、存儲(chǔ)虛擬化、虛擬化管理軟件等功能。

以下是虛擬化桌面技術(shù)部署的體系結(jié)構(gòu)圖2。

如圖2所示，多臺(tái)“虛擬化桌面一體機(jī)”組成服務(wù)器集群，存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、虛擬機(jī)管理軟件以及虛擬桌面控制器都集成在了服務(wù)器中。虛擬機(jī)運(yùn)行于虛擬管理平臺(tái)之上，管理員可通過(guò)管理平臺(tái)對(duì)全系統(tǒng)的虛擬機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)管理及監(jiān)控。用戶通過(guò)搜客戶機(jī)、普通PC或是筆記本電腦連入網(wǎng)絡(luò)登錄自己的賬號(hào)和密碼，訪問(wèn)屬于“自己”的桌面系統(tǒng)。

虛擬桌面控制器提供用戶認(rèn)證管理、策略控制等功能。

虛擬機(jī)管理軟件集成了虛擬機(jī)管理、系統(tǒng)平臺(tái)監(jiān)控、資源管理調(diào)度、數(shù)據(jù)備份及恢復(fù)等功能。

虛擬化桌面部署簡(jiǎn)單，管理員只需通過(guò)在虛擬機(jī)管理軟件上進(jìn)行操作配置，創(chuàng)建虛擬機(jī)。這些虛擬機(jī)均運(yùn)行在資源池中的物理服務(wù)器上，從功能、性能和操作方式上，等同于傳統(tǒng)的單臺(tái)物理PC機(jī)，可安裝office、媒體播放軟件、瀏覽器等軟件。底層物理服務(wù)器組成硬件計(jì)算池，實(shí)現(xiàn)PC虛擬機(jī)系統(tǒng)的底層硬件冗余；如果其中一臺(tái)物理服務(wù)器故障，可在線動(dòng)態(tài)遷移至其他服務(wù)器機(jī)上；虛擬化環(huán)境建成后可通過(guò)統(tǒng)一集中控制臺(tái)利用模板庫(kù)可隨時(shí)增加或者刪減虛擬機(jī)，以便滿足人員的擴(kuò)充和調(diào)度。

接下來(lái)，將就學(xué)校的實(shí)際情況，探討分析需要部署多少的服務(wù)器硬件資源。

建設(shè)方案需要多大的存儲(chǔ)空間呢？系統(tǒng)運(yùn)行最重要的就是保障系統(tǒng)及數(shù)據(jù)安全。存儲(chǔ)虛擬化是將多臺(tái)服務(wù)器的直連硬盤(pán)共同組成共享式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，通過(guò)內(nèi)置的冗余機(jī)制，可透明存儲(chǔ)多個(gè)數(shù)據(jù)副本，數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)副本分散存放于不同的服務(wù)器中。副本的多少，取決于數(shù)據(jù)的重要性，副本越多，數(shù)據(jù)越不容易丟失，也越容易被恢復(fù)，但同時(shí)也犧牲了成倍的存儲(chǔ)空間。目前，主流的存儲(chǔ)副本方案是建立三個(gè)副本。

例如：我們學(xué)校一共兩個(gè)機(jī)房，十個(gè)辦公室，合計(jì)約一百臺(tái)計(jì)算機(jī)，平均一臺(tái)計(jì)算機(jī)需要存儲(chǔ)空間0.2TB，總存儲(chǔ)空間需求60TB。

建設(shè)方案需要多少的計(jì)算資源呢？計(jì)算資源主要指的就是虛擬CPU，簡(jiǎn)稱(chēng)vCPU。vCPU資源的計(jì)算公式為vCPU資源=物理CPU個(gè)數(shù)×物理CPU核數(shù)×單核線程數(shù)×CPU頻率。舉例：1個(gè)CPU，雙核，每核2個(gè)線程，3.0GHz，那么vCPU總資源為1×2×2×3.0GHz=12GHz。在虛擬化桌面場(chǎng)景下，我們通常認(rèn)為每個(gè)物理CPU核，可以帶動(dòng)5個(gè)虛擬桌面，也就是5個(gè)vCPU。以我們學(xué)校一百臺(tái)計(jì)算機(jī)為例，并考慮1.5倍的冗余度，合計(jì)需要30個(gè)物理CPU核心，可以考慮配置三臺(tái)服務(wù)器，每臺(tái)服務(wù)器都配置有兩顆六核的3.0GHZ的CPU。

建設(shè)方案需要多少的內(nèi)存呢？我們學(xué)校的辦公計(jì)算機(jī)應(yīng)用多為office或是一些基本的多媒體應(yīng)用，那么對(duì)內(nèi)存的要求一般也不會(huì)太高。對(duì)于內(nèi)存的預(yù)計(jì)大約在2G左右。以我們學(xué)校一百臺(tái)計(jì)算機(jī)為例，并考慮1.5倍的冗余，合計(jì)總的內(nèi)存需求為300G。內(nèi)存可以分布在服務(wù)器中。

經(jīng)過(guò)上述分析，結(jié)合我校實(shí)際情況，確保各用戶均有良好的使用體驗(yàn)，總的硬件資源池為30個(gè)物理CPU，300G內(nèi)存以及60TB的存儲(chǔ)。將它們平均分配至三臺(tái)服務(wù)器中，也就是每臺(tái)服務(wù)器均部署配置兩顆六核3.0G以上的CPU，內(nèi)存為100G,存儲(chǔ)硬盤(pán)為20TB。

經(jīng)過(guò)虛擬化改造后的辦公網(wǎng)絡(luò)，個(gè)人終端將不再處理與存儲(chǔ)任何應(yīng)用和數(shù)據(jù)，只具有顯示與操作功能，但辦公操作人員照樣擁有原有系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，并獲得改造前同樣的使用體驗(yàn)。因此推薦使用瘦客戶機(jī)實(shí)現(xiàn)用戶的終端訪問(wèn)，無(wú)須部署性能卓越的個(gè)人PC。同時(shí)，為了保護(hù)投資，我們也可以繼續(xù)使用原有的PC機(jī)，待PC機(jī)更換周期到來(lái)時(shí)逐漸利用瘦客戶機(jī)代替PC機(jī)。

三、結(jié)論

雖然虛擬化桌面技術(shù)仍然存在一些問(wèn)題，比如服務(wù)器合并程度過(guò)高、初期硬件投入過(guò)大等，但其實(shí)現(xiàn)了資源的集中管理與控制，擺脫了原有分散、凌亂的各種桌面系統(tǒng)環(huán)境。在學(xué)校機(jī)房管理工作中，虛擬化桌面技術(shù)的使用可以大大減少計(jì)算機(jī)終端的維護(hù)工作量及使用成本，還可以通過(guò)虛擬化桌面的后臺(tái)管理將機(jī)房的管理水平提高到一個(gè)新的層次，從而實(shí)現(xiàn)更加規(guī)范、有序的教學(xué)秩序。