桌面虛擬化技術在高校機房中的應用研究*

陳麗燕，呂光金，何士產，金張果

（1.上海財經大學浙江學院，浙江金華321000；2.國網金華供電公司，浙江金華321000）

桌面虛擬化技術在高校機房中的應用研究*

陳麗燕1，呂光金1，何士產1，金張果2

（1.上海財經大學浙江學院，浙江金華321000；2.國網金華供電公司，浙江金華321000）

隨著高校信息化建設的不斷推進，對計算機機房的要求越來越高，面對高校龐大的計算機數目，機房的管理存在著或多或少的問題。本文從當前高校機房的現狀開始分析，提出機房管理存在的問題和限制，在簡要介紹當前云計算的一些基本情況后，研究將桌面虛擬化技術與傳統的高校機房管理如何有效的結合起來。

云計算；高校機房；信息化

一、傳統機房管理存在的問題

近幾年，高校的信息化建設逐步推進，信息化水平不斷提高。作為體現信息化水平重要的參考依據，高校計算機機房的建設一直都是信息化建設的重點。根據教育部的相關規定，高校應當按照在校學生比例配備一定數量的計算機，以滿足科研和教學的要求，高校機房承擔了所有與計算機學科相關的實踐、教學、考試等任務，一定程度上影響了學校教學的成果，隨著計算機機房的重要性不斷提高，在管理的過程中，傳統的計算機機房存在以下問題。

1.硬件配置不一，軟件運維工作量大

隨著高校擴招，人數不斷增多，近幾年的高校機房計算機保有量都在一萬臺以上，這些計算機一般都是批量在不同的時間采購，新舊設備年限跨度相對較大，一部分臺式機硬件配置較為落后，已經逐漸滿足不了如今功能越來越強大的科研教學軟件配置要求，很多軟件不得不使用較低的版本以減少系統的資源占用。使用低版本軟件意味著存在較大的安全風險，同時，由于低版本的應用程序往往功能不是很全面，也間接影響了高校的科研和教學水平。從經濟層面的角度來看，一次性更換所有落后終端將會帶來一筆不小的經濟開支，也會帶來高強度的運維壓力（如配置操作系統、安裝教學軟件等等）。

2.軟件正版率問題依舊存在

隨著信息化建設的不斷推進，越來越多的辦公軟件、科研軟件以及教學軟件引入高校機房，這些軟件對加強高校機房信息化建設、提升科研教學能力起了非常重要的作用，然而，由于經費等復雜現實原因，當前國內高校機房中使用的軟件或多或少的存在使用非正版軟件的現象，并且這些軟件大多價格不菲，在國家提倡軟件正版化的趨勢下，如何解決軟件正版率問題，是高校機房建設的一大難題。

二、云計算關鍵問題和解決方案研究

云計算是當前計算機界炙手可熱的新興技術，近幾年更是霸占主流搜索引擎中的熱門詞匯，它所帶來的虛擬化技術對現有的IT基礎架構帶來巨大的變革，更多的公司企業愿意引入虛擬化技術推動信息化建設，桌面虛擬化則是其中最具商用價值的典型代表。

圖1 虛擬桌面

桌面虛擬化即虛擬桌面，又叫桌面云（見圖1），它和傳統桌面的區別是，虛擬云技術將信息數據的處理、運行、存儲都放在云端，用戶看到的是云端的桌面視圖，通過桌面交付協議在用戶的個人終端上顯示，云端接收到用戶鍵盤、鼠標等動作，及時處理并通過桌面視圖反饋回用戶。虛擬桌面不會影響用戶體驗，在用戶看來，這一切都是透明的，仿佛是在自己的個人電腦上操作一樣。

1.桌面云技術關鍵問題

要在高校機房中應用桌面虛擬化技術，關鍵是如何運維管理虛擬桌面平臺，讓員工獲得和本地計算機桌面一樣的用戶體驗，重點是以下幾個問題：①桌面云架構的選擇；②虛擬桌面管理與分配策略；③用戶虛擬桌面性能監控；④用戶虛擬桌面性能分析與優化。

2.桌面云架構的選擇

部署桌面云系統，首先涉及到桌面云架構的選擇，當前比較成熟的兩個桌面虛擬化的公司分別是VMware 和Citrix。

Citrix公司是業內最早研發虛擬桌面的企業之一，它提供的產品XenDesktop是一款成熟的桌面云解決方案，其主要優勢是使用自己開發的ICA協議，采用Citrix HDX為使用者提供流暢的用戶體驗。

VMware公司在國內早已是耳熟能詳的專注于虛擬化的一家科技公司，其帶來的虛擬化桌面解決方案VMware View架構如圖2所示。VMware View是一個企業級的桌面虛擬化解決方案，它與自己的VMware vSphere 4協同工作，給用戶提供的是一個完整的端到端的解決方案。

VMware View相比XenDesktop具有部署簡潔、安裝快速、管理復雜度低的特點，比較適合在高校機房中計劃和部署。

圖2 VMware View架構

3.虛擬桌面管理與分配策略

虛擬桌面管理策略：①指定云端的服務器的詳細參數和權限；②桌面資源池中需要始終保持一定數量的桌面為啟動狀態，以便在用戶請求連接時保證桌面云的快速響應速度，其他未使用的桌面則設置為關閉狀態（維護模式例外）。③使用者關閉注銷虛擬桌面后，應當根據不同類型的虛擬桌面（共享還是專用），來決定如何操作（重啟、掛起還是關閉）。

虛擬桌面分配策略：①接收到創建虛擬桌面的請求，請求中包括名稱、類型、描述、數量、ID號等參數。②根據該請求的各項參數，在桌面云數據庫中自動生成一項虛擬桌面記錄并將初始狀態設置為關閉狀態。③根據用戶的請求，將桌面池中符合條件的虛擬桌面分配給用戶，并將該虛擬桌面設置為啟動。

4.用戶虛擬桌面性能監控

在高校機房中，我們對用戶虛擬桌面進行監控，主要是為了以下三個目的：①當虛擬桌面出現問題時，以便管理員可以快速發現問題原因，及時處理；②為將來針對桌面云系統進行數據分析和數據挖掘提供樣本數據；③減少管理人員的運維工作量，提高虛擬桌面使用者的用戶體驗。

用戶虛擬桌面性能監控，我們重點監控四個指標：①CPU：監控CPU利用率等CPU占用情況；②內存：監控內存利用率等內存使用情況；③磁盤：監控磁盤讀寫時間、讀寫速率等磁盤使用情況；④網絡：監控整個網絡的傳輸速率、丟包率、利用率等使用情況。

5.用戶虛擬桌面性能分析與優化

（1）建模用戶的性能數據

對監控獲得的性能數據，我們要對其數學量化和建模，性能數據可以表示為三元組＜t,u,s＞，其中u表示用戶，t表示時間，s表示性能（CPU、內存、磁盤、網絡）。

隨機抽取T個時間段，針對每個時間段內的每位用戶提取N條記錄作為一個樣本，記為Xti=∈RN×1，t=1,2……T，然后針對這些樣本進行分析。

（2）根據聚類算法將性能數據劃分為三類

得到樣本數據后，我們采用經典聚類算法K-means將這些樣本數據聚成三類，分別為資源分配過量、資源分配不足和資源分配適當。首先，從這些樣本中，隨機選取xi,xj,xk作為初始聚類中心u1,u2,u3。

①對每一個樣本xi，都計算其到每一類中心的距離，公式為：

②根據dl(xi)，判斷樣本xi的屬類，公式為：

③重新計算每類的中心，公式為：

（3）判斷用戶使用虛擬資源情況

通過聚類算法收斂，得到樣本的聚類結果之后，需要判斷各類的具體類型，我們引入函數p（l)：

其判斷方法如下：

其中l=1，2，3，Si表示當前分配給第i個用戶的資源數目，I∈RN×1的全1向量，β為閾值，可以根據相關文獻資料和各高校機房實際使用情況進行確定和調整。判別結果分類如表1所示。

表1 判別結果分類

（4）優化用戶虛擬桌面性能

根據判別結果優化用戶虛擬桌面資源分配，再對調整后的用戶虛擬桌面進行性能分析，確定是否達到資源分配適當的狀態，整個性能分析流程見圖3。

圖3 性能分析流程

三、桌面虛擬化對高校機房的應用價值

1.解決電腦硬件配置問題，提高運維效率

部署了桌面云技術后，使用虛擬應用桌面取代傳統電腦，由于辦公應用的運行、使用，數據的計算都在云端完成，對桌面終端的硬件要求大大降低，教職工和學生可以流暢使用某些配置要求高的軟件應用，不受本地桌面終端配置的影響。

由于桌面云采用的是虛擬化技術，操作系統、應用程序和硬件都被虛擬為資源池，所有的資源都是從“云”中按需索取的，因此在虛擬桌面中不存在兼容性問題，原本在Windows XP中不能運行的軟件，在虛擬桌面中一樣可以正常使用，為教學和科研辦公提供了極大便利。

在桌面云環境下，虛擬桌面的操作系統和應用程序是由管理者統一在后臺的服務器進行安裝管理的，用戶可以自主選擇需要的軟件，這讓虛擬桌面系統更好的滿足了不同教學科研需求，同時，接入虛擬桌面系統的終端設備結構相對比較簡單，故障率相對比較低，基本上就不需要日常的維護，極大的減少了硬件維護的工作量。使用桌面云后，信息運維人員可以同時管理運維所有桌面終端，對于一款辦公軟件，只需要在“云端”安裝，用戶即可在自己的桌面終端上使用運行，不再需要運維人員去每臺電腦上重復安裝，極大提升了運維效率。

2.提高軟件正版率，確保軟件使用無盜版

絕大多數正版軟件，都有安裝次數限制，在當前運維模式下，要想提高軟件正版率，必須在機房所有電腦上安裝，因此，同一套軟件必須重復購買很多套，對于高校機房動輒上萬的電腦數量，并且所需辦公軟件、科研軟件、教學軟件數目龐大，這無疑是一筆不小的成本支出。桌面云技術可以在保證軟件正版率的同時節省經費開支，對于一款辦公軟件，只需要購買一套部署在“云端”即可全部使用，避免了不必要的重復購買，提高了經濟效益。

[1]金潔.虛擬桌面管理系統的設計與分析[D].南京：南京理工大學碩士學位論文,2013.

[2]Miller K,Peqah M.Virtualization:virtualat the desktop[C].Proceedingsof the 35th annualACM SIGUCCS fall conference.ACM,2007:255-260.

[3]Zaid Haiman,Em ilio Fuentes.A virtual-desktop revolution hasarrived[J].Caribbean Business,2010,38(33):32-33.

[4]Li Yan.Development and Application of Desktop Virtualization Technology [D].Hefei:Anhui University. 2011.

（編輯：魯利瑞）

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1673-8454（2015）02-0075-03

*上海財經大學浙江學院院級課題項目資助。