校園虛擬化云計算實驗室設計

杜朝暉

杜朝暉/廣東郵電職業技術學院講師（廣東廣州510630）。

隨著云時代的到來，通信技術、計算機技術和業務的進一步發展給大專院校傳統模式實訓室的建設提出了挑戰。云計算在資源整合和提高設備利用率方面的特點是傳統實訓室建設無法替代的，云計算人才的巨大需求缺口也為大專院校人才培養改革提出了新的方向，培養云計算相關人才是大勢所趨。許多學校都會增加云計算機專業或相關課程，所以云計算實驗室的建設使必不可少的。云計算實驗室如果單純做云計算實驗，會造成資源利用不充分，如果跟其他課程公用，其他課程實驗前恢復工作量大，做云計算實驗時又會把系統破壞。本文以一個55人的實驗室為例來討論如何解決此問題。

一、實驗室需求分析

實驗室要求配置終端數量為55臺，需要部署一套虛擬化及云計算實驗機房以滿足學生各類計算機課程實訓實驗的基本需求，同時為滿足云計算機設計管理人員培養的需求，實訓環境需要能夠支持學生體驗到虛擬化云計算的奧秘，并親自逐步部署一整套虛擬化云計算環境。日常的使用需要能夠滿足以下需求：

（一）安全易管理

多媒體機房目前采用的是傳統PC管理模式，系統采用還原卡的方式恢復桌面應用，補丁更新以及桌面環境部署的維護成本大，還經常無故感染病毒，同時由于學生對于電腦的操作隨意性強，硬件更換周期加快，硬件成本投入增加，且學生的行為無法得到有效控制，課程效率無法得到提升，必須找到一個統一管理的方法。

（二）所需軟件多樣化

機房環境由于業務單一，只能滿足部分課程的授課，無法滿足定制化課程和多樣式課程的授課，且環境更改非常復雜，周期也很長，這為課程的安排帶來不便。要能夠實現計算機類課程的絕大部分實驗需求，如Linux、Windows系統管理、虛擬化實驗；網站開發、電子商務；計算機和網站軟件開發類；CAD、PS圖形處理；財務管理；辦公自動化管理等課程。在此實驗機房中，內嵌各種實驗環境、教學環境、培訓環境，并可根據課程需求定制不同的環境，實現按需分配的效果。

（三）降低投入成本

目前學校在設備的配置以及更新上可以節約大量的資金。在云系統中要想對高性能的資源進行直接性使用，只需要用普通的一臺PC機作為終端，降低了主機維護成本，任何時候簡單替換瘦客戶機即可直接使用。

根據以上需求進行分析，無論從解決現有的授課和實訓環境，改善桌面環境以及培訓規范，還是基于學校企業戰略規劃，都需要從傳統的行業轉型到云計算環境中，實現IT系統高工作效率，節約日后系統更新成本。

二、方案部署

云計算實訓室的設計模式為Iaas（礎設施即服務模式InfrastruetureasaServiee）。服務器虛擬化將物理服務器劃分成多個邏輯服務器，實現資源利用和管理，桌面虛擬化為將服務器虛擬化平臺上安裝的Windows桌面系統，用戶通過任意終端設備登錄，連接分配給用戶的桌面，方案的示意如圖1所示。

三、資源需求

（一）虛擬云桌面使用資源

在虛擬云桌面的使用中，主要是對軟件工具的使用，在此環境中要能夠實現計算機類課程的絕大部分實驗需求。

1.使用情形描述。系統需要56個終端，包括55個學生位和一個教師位，學生需要能在windows系統下，開機加載公共的桌面環境、切換系統模板、進行普通的互聯網瀏覽、使用各類教學軟件上課、瀏覽網絡視頻資源、教師可以使用桌面控制軟件控制學生桌面。

2.使用資源分析。一臺虛擬桌面需要做包括數據庫、程序開發、辦公應用、繪圖軟件等應用，所需要的資源如表1所示。

表1 虛擬桌面使用資源分析

機房所有桌面使用的資源以高峰期并發使用率為100%來進行計算，一個實驗室的總的桌面數為56臺，具體需要的各類資源如表2所示。

表2 虛擬桌面使用資源計算

（二）云計算、服務器虛擬化實驗使用資源

1.使用情形描述。該場景主要為學生提供服務器虛擬化實驗。每四位同學一組，底層部署高性能服務器，然后對服務器進行虛擬化，虛擬出28臺服務器，即虛擬化底層架構VESXI有28個，供14組56個學生使用，每組學生分配兩臺服務器，來完成虛擬化的一系列教學實驗。

2.所需資源計算。單組4個學生實驗，每組分配2個VESXI可實現高可用性實驗，以實驗室的高峰期并發使用率為100%來計算，所需的資源如表3所示。

表3 云計算實驗使用資源計算

（三）整體資源需求

把上述兩部分的資源整合在一起可以看到，如下表中的需求，我們考慮到一定的冗余，確定了最后的資源數目。如表4所示。

表4 總體資源計算

（四）資源整體配置

根據資源數目的需求，要進一步整合，來計算出最終需要配置的服務器數目，具體的計算結果如下：

1.CPU需求計算。CPU總共需要990個，按照1:8來計算，990/8(1核相當于8個vcpu)/32(4路8核服務器)=4，即要4臺服務器。

2.內存需求計算。內存共需要1190GB，1190GB/4=298GB，每臺服務器配置298GB，配置19條16GB的內存。

3.磁盤容量需求計算。磁盤空間共需要10200GB，分別分配2*400G的SSD和22*600G的SAS。存儲設備配制2塊400GB的SSD硬盤，22塊10krpm、600的SAS盤 （或其他同等檔次與范圍的硬盤）。存儲本身支持雙控制器，每個控制器含16GB的緩存。存儲支持多級緩存機制，能實現將高頻率讀取數據。

四、系統管理設計

實驗環境的平臺需要安裝配置虛擬化操作系統及相關軟件，本設計采用的虛擬化服務器產品為vSphere產品，作為整個桌面終端的方案架構，系統邏輯管理結構如圖2所示。

圖2 系統邏輯管理結構

在底層，利用view套件里的vsphere軟件進行服務器虛擬化，然后在底層的服務器中部署虛擬機，在虛擬機上創建桌面進行發布，這樣終端就會有不同的桌面可以使用,在平時實訓課學生上課時，用虛擬化部署的1個虛擬桌面上課，底層的兩臺交換機共同使用，實現56個虛擬桌面同時在線，實現切換流暢，使用和管理方便。搭建虛擬化的環境時，利用其中底層的4臺服務器發布56個桌面的同時，然后在服務器虛擬化的基礎上再進行虛擬化，可實現人人都能學會部署桌面，并且節約資源。學生生不僅在課堂上可以使用實訓室原有的低性能計算機接人云桌面,也可以在課外通過LAN、WAN利用筆記本電腦、智能手機、瘦終端等接人云桌面,為學生課后自主學習與實踐提供平臺。

本文從需求入手，經過需求分析、資源計算，給出了基于云計算的實驗室建設方案。此方案基于云環境，一方面可以為計算機專業教學實課程提供實踐便利,另一方面使學生能夠親身感受云技術應用優勢,還可以在參與云平臺構建、運行和維護中獲取更多的專業知識與操作技能。進行實驗室建設時對云計算的應用，不僅可以解決缺乏基礎建設資金以及浪費實驗資源的問題，還可以大大的改善實驗管理教學凌亂的現象，云計算的實驗室建設方案可進一步推廣應用。

隨著網絡虛擬化技術的發展應用，把所有的硬件資源進行有效整合，建成服務器集群，形成資源池，按需動態分配資源，負載均衡，利用虛擬化技術構建校園云將是一個不錯的解決方案，校園云必將成為大專院校重要的研究方向和信息化建設的主流。

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