與服務器虛擬化資源共享的云桌面計算機實驗室建設

康玉虎（通訊作者），白龍

（蘭州城市學院信息網絡中心，甘肅蘭州，730070）

0 引言

近年來，高校計算機實驗室建設模式正在逐步由傳統的PC 機實驗室向云桌面實驗室轉變。云桌面計算機實驗室相較于傳統計算機實驗室具有易部署、易管理、易擴展、易維護等優點。然而，從近年來云桌面計算機實驗室建設實踐來看，云桌面計算機實驗室的建設成本并不比傳統PC 計算機實驗室低，在管理上也需要一定的技術力量，如何利用高校現有資源，降低云桌面計算機實驗室建設成本，優化實驗室管理，是一個值得研究的問題。在云桌面計算機實驗室建設時充分利用高校數據中心原有軟硬件資源及信息中心人力技術資源，建設與服務器虛擬化資源共享的云桌面計算機實驗平臺，是提高高校信息化資源共享程度，降低云桌面計算機實驗室建設成本，提升實驗室運維水平的可取思路。

1 服務器虛擬化與桌面虛擬化

■1.1 服務器虛擬化

從技術層面來說，服務器虛擬化是將一臺或多臺物理服務器的硬件資源抽象成邏輯資源，使 CPU、內存、磁盤、I/0 等硬件變成可以動態管理的“資源池”，在資源池中可以運行幾臺甚至上百臺相互隔離的虛擬服務器，從而提高硬件資源的利用率，簡化系統管理，實現物理服務器資源的整合與共享。這里的虛擬服務器可以安裝服務器版操作系統，用來部署業務應用，也可以安裝桌面版操作系統，為用戶提供桌面環境。

從應用層面來說，服務器虛擬化特指利用服務器虛擬化技術構建資源池，創建多個虛擬服務器，安裝服務器版操作系統，在虛擬服務器上部署各類業務應用，解決了每個應用占用一臺物理服務器導致的資源浪費問題，同時簡化了業務部署的復雜度，使得業務可以快速上線。

■1.2 桌面虛擬化

桌面虛擬化又稱云桌面，是指在虛擬化平臺安裝云桌面系統，建立云桌面虛擬機，通過高效的桌面傳輸協議，為用戶提供安全、高效的虛擬桌面應用執行環境。終端用戶通過云桌面瘦終端或者PC、筆記本、手機、平板等設備通過網絡遠程調用虛擬化平臺上的云桌面虛擬機即可擁有整個客戶桌面。

2 與服務器虛擬化資源共享的云桌面計算機實驗室建設

各高校在數據中心建設中普遍使用了服務器虛擬化技術[1][2]，但是在云桌面計算機實驗室建設時，往往采用軟硬件平臺獨立建設的模式。出于資源共享、降低成本的考慮，云桌面計算機實驗室建設可以采用與學校數據中心及服務器虛擬化資源共享的模式。

■2.1 與服務器虛擬化資源共享的云桌面計算機實驗平臺架構

與服務器虛擬化資源共享的云桌面計算機實驗平臺與學校數據中心虛擬化平臺共享軟硬件資源，硬件方面由多臺物理服務器、兩臺存儲設備，兩臺網絡交換機、兩臺光纖交換機構成，形成計算、存儲、網絡資源的冗余。軟件設施有服務器虛擬化軟件、存儲管理軟件、多路徑管理軟件、云桌面管理軟件、實驗室教學管理軟件等。以華為虛擬化平臺為例，每臺物理服務器均安裝虛擬化平臺軟件FusionCompute,包括虛擬化引擎（Compute Node Agent，CNA），和資源調度管理軟件（Virtual Resource Management，VRM），其中CNA 是直接安裝在物理服務器上，VRM 是以虛擬機的形式部署。

兩臺存儲設備做主備或者雙活，物理服務器向下通過光纖交換機連接存儲設備，向上連接網絡交換機。利用FusionCompute可以將計算、存儲、網絡資源虛擬化成資源池，然后利用這些虛擬資源，在FusionCompute 中建立多個虛擬機用于部署云管理軟件（FusionManager，FM）及學校各類應用系統。同時以虛擬機的形式部署云桌面軟件（FusionAccess，FA），通過FusionAccess 與FusionComper的聯動批量創建云桌面虛擬機。云桌面用戶通過網絡，使用云桌面瘦終端或者PC、手機等終端都可以使用云桌面虛擬機。

與服務器虛擬化資源共享的云桌面計算機實驗平臺架構見圖1。

圖1 與服務器虛擬化資源共享的云桌面計算機實驗平臺架構

■2.2 與服務器虛擬化資源共享的云桌面計算機實驗室部署

首先在服務器虛擬化平臺基礎上部署云桌面軟件，構成與服務器虛擬化資源共享的云桌面計算機實驗平臺。然后創建云桌面虛擬機，云桌面虛擬機中安裝計算機實驗教學軟件、實驗室教學管理軟件等相關軟件，將做好的虛擬機轉換成模板虛擬機。最后利用模板虛擬機批量克隆出實驗室所需的云桌面虛擬機。

在云桌面計算機實驗室內，做好實驗室環境建設、網絡建設、部署云桌面終端，顯示器、鼠標鍵盤等外部設備。在實驗室內，使用云桌面終端，即可通過網絡使用實驗平臺上部署的云桌面虛擬機。此外，還可以在任意網絡可達的地方使用云桌面終端或者PC、手機等使用云桌面虛擬機，擁有自己的云桌面實驗環境，實現了不受時間、空間限制的開放式計算機實驗環境。

3 與服務器虛擬化資源共享的云桌面計算機實驗室的優勢

■3.1 實驗室建設成本優勢

在獨立建設云桌面計算機實驗室模式下，主要建設成本有實驗室內部環境建設成本、云終端成本、計算、存儲資源成本及軟件平臺成本四個方面。實驗室內部環境建設包含實驗室裝修（粉刷、防靜電地板、窗簾）、實驗室網絡（綜合布線、交換機）、實驗室動力環境（空調、穩壓電源、UPS電源）、實驗室配電改造、其他設備（桌椅、機柜、文件柜、中控、功放、音響、麥克風、投影）等建設內容。云終端建設成本包含云桌面終端、鼠標、鍵盤、顯示器等。計算、存儲資源包含硬件服務器、存儲設備等。軟件平臺建設包括服務器虛擬化軟件、云桌面管理軟件、教學管理軟件等。

與服務器虛擬化資源共享的云桌面計算機實驗室模式下，云終端成本不變，實驗室內部環境建設成本、計算、存儲資源建設成本及軟件平臺建設成本均有所降低。

在實驗室內部環境建設方面，由于物理服務器等硬件設備部署在學校數據中心機房，共享數據中心機房的動力環境系統，實驗室內部只有網絡設備和終端設備，因此實驗室內部不用配備UPS 電源且配備的穩壓電源的功率可以降低，空調數量也可以減少，從而節約一部分建設成本。

在計算存儲資源方面，在主流虛擬化建設模式下，為了達到資源池化的集群效應，用多臺服務器搭建虛擬化平臺，服務器的CPU 資源是滿配的，而內存資源、存儲資源并沒有滿配。同時，由于CPU 資源的復用技術成熟，可以實現完全的共享，而內存資源的復用技術不成熟，基本沒有實現資源共享，導致服務器CPU資源與內存資源的不匹配。因此，數據中心服務器虛擬化平臺往往存在CPU 資源利用率低，資源閑置的情況。在云桌面計算機實驗室規模不大時，完全可以將新購置物理服務器加入原有服務器虛擬化平臺資源池，同時通過擴充服務器虛擬化平臺的內存資源，存儲資源、利用服務器虛擬化平臺空閑的CPU 資源來搭建云桌面計算機實驗平臺，從而減少新購物理服務器數量，降低成本。

在軟件平臺方面，由于虛擬化軟件是按CPU 個數計費，因此與服務器虛擬化共享CPU 資源后，新購置服務器數量減少，相應的CPU數量減少，因此虛擬化軟件成本得到降低。

■3.2 實驗室運行、維護優勢

與服務器虛擬化資源共享的云桌面計算機實驗室在降低實驗室建設成本，提高高校信息化資源利用率的同時，更為重要的是實驗室運行、維護方面的優勢明顯。

由于可以共享學校數據中心機房良好的溫濕度控制、穩定的供配電、先進的防火、防盜、防水設施，因此云桌面計算機實驗平臺運行環境的穩定性、安全性方面得到明顯的提高；同時，由于和服務器虛擬化構成一個大的資源池，因此可以充分發揮虛擬化平臺高可靠、高可用的特點，降低故障發生概率，最終減少運維工作量。例如，在一臺物理服務器宕機的情況下，如果是獨立部署的云桌面計算機實驗室，將會有幾十臺云桌面虛擬機無法正常運行，而在與服務器虛擬化資源共享的情況下，由于資源池足夠大，運行在這臺物理服務器上的云桌面虛擬機完全可以自動分散遷移到其他多臺物理服務器上正常運行，云桌面實驗室的正常工作不受影響。

同時，云桌面計算機實驗平臺涉及的技術復雜，運維需要的專業技能較多，與服務器虛擬化資源共享的云桌面計算機實驗建設模式下，實驗室的運維可以充分共享學校信息中心服務器虛擬化運維團隊的人員技術優勢，使得實驗室的運維水平得到保障，優化了實驗室的管理水平。

4 結語

相對于云桌面計算機實驗室的獨立建設模式，與服務器虛擬化資源共享的云桌面計算機實驗室建設模式可以充分利用高校已有的數據中心及服務器虛擬化平臺軟硬件和人力技術資源，不僅可以實現物盡其用，人盡其才，也是建設智慧校園、云中校園的客觀要求。如何進一步提高云桌面計算機實驗平臺的資源利用率，降低能耗，是今后建設綠色校園的一個研究方向。