噢易桌面云虛擬化平臺在高校公共機房中的應(yīng)用探討

王麗華　楊學(xué)志　王仲賓

摘 要：隨著云計算的不斷發(fā)展，虛擬桌面解決方案VDl日益成熟，應(yīng)用虛擬桌面技術(shù)能夠有效地解決高校公共機房管理中存在的諸多問題，降低運維成本。該文介紹了噢易教育桌面云虛擬化技術(shù)在筆者所在學(xué)校計算機基礎(chǔ)實驗室的應(yīng)用，對其軟件產(chǎn)品、核心技術(shù)、環(huán)境搭建進行詳細闡述，深入探討了其優(yōu)勢與不足。

關(guān)鍵詞：VDI 桌面虛擬化 SPICE

中圖分類號：TP308 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）01（b）-0100-03

Abstract： With the continuous development of cloud computing， virtual desktop solutions VDl is increasingly mature， the application of virtual desktop technology can effectively solve the problems in the management of public computer room in Colleges and universities， reduce operation and maintenance costs. This paper introduces the application of the virtual desktop cloud virtualization technology in our school， and discusses the advantages and disadvantages of the software products， core technology and environment construction in detail.

Key Words： VDI； Desktop virtualization； SPICE

高校公共機房承擔(dān)全校計算機基礎(chǔ)課、基于網(wǎng)絡(luò)的實踐教學(xué)課程（非計算機類）的實驗教學(xué)任務(wù)，使用的軟件涉及面廣，計算機使用頻度高。傳統(tǒng)的管理是采用單機工作，每臺單機安裝多個操作系統(tǒng)，每個操作系統(tǒng)下安裝不同類型的應(yīng)用軟件。這樣的管理，存在如下一些問題[1]：機房PC機多，日常維護工作繁雜；計算機性能趕不上軟件更新速度；教學(xué)系統(tǒng)部署、升級和維護困難；數(shù)據(jù)分散，管理難度大；使用USB接口容易感染病毒，安全性差。因此，需要探索出一種新的管理模式，降低總體運維成本。

噢易教育桌面云虛擬化技術(shù)通過低成本的終端設(shè)備，將操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和用戶數(shù)據(jù)等進行統(tǒng)一托管，能有效地使用PC中的閑置資源從而釋放PC強大的潛力，同時兼具個人計算機使用的便利性和親和性，大幅度降低IT建設(shè)的總成本，降低維護維修費用，提高工作效率。

1 噢易桌面虛擬化平臺簡介

噢易教育桌面云（英文簡稱：OS-Easy E-VDI）是一套專門針對高校等大量分散的客戶端群體的集中管理解決方案[2]。該方案將云計算技術(shù)與高校實驗教學(xué)、多媒體教學(xué)等應(yīng)用場景相結(jié)合，實現(xiàn)桌面PC操作系統(tǒng)和應(yīng)用環(huán)境的集中控制和集中管理，應(yīng)用環(huán)境隨需供應(yīng)，提高了PC系統(tǒng)的安全性、可靠性，使IT管理人員在集中管理的資源中，按需供應(yīng)PC運行所需要的OS&AP以及個性化計算環(huán)境。

噢易教育桌面云建立在以X86 PC為標準的IT基礎(chǔ)架構(gòu)之上，在保證桌面運行速度、效能、軟硬件兼容性以及用戶體驗和習(xí)慣沒有任何改變的前提下，實現(xiàn)有效提升高校對廣泛使用的PC的管理效率[2]，簡化應(yīng)用部署，提高數(shù)據(jù)保護能力和安全性，提高資源利用率，降低維護成本，減輕實驗人員的工作量。

1.1 噢易教育桌面云虛擬化平臺的核心技術(shù)

噢易教育桌面云底層設(shè)計使用的是KVM公司的開源軟件，其核心技術(shù)如下。

1.1.1 VDI虛擬化技術(shù)

VDI（Virtual Desktop Infrastructure，虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu)）虛擬化技術(shù)，采用“集中計算，分布顯示”的設(shè)計原則[3]，將所有客戶端的運算合為一體，在數(shù)據(jù)中心內(nèi)進行集中處理，而桌面用戶采用瘦客戶端的方式，僅負責(zé)輸入輸出與界面顯示，不參與任何計算和應(yīng)用。它不是給每個用戶都配置一臺運行Windows 7或Linux的桌面PC，而是通過在數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器運行Windows 7或Linux，將桌面進行虛擬化。在VDI模式下，每個虛擬機就是一個單獨的桌面PC，雖然所有虛擬機都存放和運行在同一個數(shù)據(jù)中心，但每個虛擬機之間都是相互獨立的，單個虛擬機的狀態(tài)好壞不會對其他虛擬機造成任何影響。

1.1.2 鏈接克隆技術(shù)

在VDI模式下，所有虛擬機可通過虛擬機模板統(tǒng)一創(chuàng)建。用戶通過虛擬機后臺管理平臺，先建立一個虛擬機模板，單個虛擬機模板相當(dāng)于1臺獨立的桌面PC，里面包含應(yīng)用所需的操作系統(tǒng)和軟件；模板建立好后，通過鏈接克隆模板，可以快速批量生成與虛擬機模板完全一樣的虛擬機，所有操作均在服務(wù)器端完成，與終端無關(guān)；虛擬機生成后，用戶在多類型終端（瘦客戶機、移動手機、平板電腦等）上通過登錄VDI客戶端軟件，直接訪問位于服務(wù)器端的虛擬機。

1.1.3 快速并發(fā)啟動技術(shù)

單個虛擬機啟動時，磁盤讀取的IOPS可達26，當(dāng)多個虛擬機并發(fā)啟動時，磁盤讀取的IOPS可高達千位數(shù)。機械磁盤的IOPS通常不到200，如果采用機械磁盤去負載，容易造成磁盤讀取瓶頸，引發(fā)啟動風(fēng)暴問題。噢易采用SSD和內(nèi)存作為緩存的快速并發(fā)啟動技術(shù)[4]，通過固態(tài)硬盤SSD本身的高IOPS特性，解決了虛擬機并發(fā)啟動風(fēng)暴的問題。

1.1.4 差異更新技術(shù)

虛擬機均基于模板創(chuàng)建，同時也可以通過模板進行虛擬機的統(tǒng)一更新；在模板更新方面，噢易采用差異更新技術(shù)（僅同步模板變更部分）來更新模板和虛擬機。同時模板同步包含P2P和SCP兩種技術(shù)方式，能夠根據(jù)服務(wù)器集群數(shù)量選擇不同的方式進行同步，保證在短時間內(nèi)完成模板同步。

1.1.5 立即還原技術(shù)

當(dāng)虛擬機被設(shè)置為還原模式時，后臺會將該虛擬機新增的數(shù)據(jù)存放于臨時數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)，當(dāng)虛擬機重啟時，臨時數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)即在后臺自動刪除，實現(xiàn)虛擬機的立即還原。

1.1.6 視頻與屏幕廣播重定向技術(shù)

虛擬機的資源是通過服務(wù)器提供，當(dāng)在多個虛擬機內(nèi)同時播放本地或在線播放高清視頻時，會瞬間占用服務(wù)器大量的資源，導(dǎo)致出現(xiàn)服務(wù)器資源緊張的情況。對此，噢易提供視頻重定向技術(shù)[3]，即在虛擬機內(nèi)播放本地或在線高清視頻時，視頻不直接在虛擬機內(nèi)解碼，而是將視頻文件投送到終端設(shè)備上，由終端設(shè)備負責(zé)解碼播放。通過該技術(shù)，不僅保障了視頻播放的效果，還不會額外占用服務(wù)器資源。在采用視頻重定向技術(shù)播放本地或在線高清視頻時，單個虛擬機的CPU占用率≤8%。

1.1.7 在線編輯模板技術(shù)

Web形式的管理平臺，其中集成有模板管理。在對模板進行編輯時，可以以網(wǎng)頁的形式打開模板虛擬機，在網(wǎng)頁內(nèi)對模板虛擬機進行操作，可在模板虛擬機內(nèi)安裝或卸載程序，增加或刪除文件，其操作方式與實體PC完全一致。

1.1.8 無存儲HA技術(shù)

在VDI模式下，多臺服務(wù)器可以組成集群，由統(tǒng)一的桌面云平臺進行管理。集群服務(wù)器之間具備負載均衡機制，同時噢易針對服務(wù)器集群的無存儲HA技術(shù)[4]，在無共享存儲的環(huán)境下，當(dāng)虛擬機所在的服務(wù)器出現(xiàn)宕機時，可在其他服務(wù)器或指定服務(wù)器上重啟虛擬機，且虛擬機的計算機名、IP地址等信息保持不變。

1.2 OS-Easy E-VDI虛擬化平臺滿足學(xué)校機房管理

運用OS-Easy E-VDI DVP預(yù)先安裝好各類教學(xué)軟件，安裝常用的X86 PC操作系統(tǒng)，如，Windows7、Windows XP、2003Server、Vista、LinuxRedFlag、RedHat等多個不同的操作系統(tǒng)，每個操作系統(tǒng)下安裝不同類型的教學(xué)軟件，也可以在線安裝和更新系統(tǒng)，教師課前把多媒體資料安裝在服務(wù)器中，由學(xué)生端調(diào)用，配合多媒體廣播軟件播放。

該學(xué)期我們使用OS-Easy E-VDI DVP云桌面，完成了全校計算機基礎(chǔ)課、基于網(wǎng)絡(luò)的實踐教學(xué)課程（非計算機類）的實驗教學(xué)任務(wù)以及各種類型的計算機機考，感覺像獨立的PC一樣個性化。

2 噢易教育桌面云桌面虛擬化平臺的教學(xué)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

2.1 使用場景——合肥工業(yè)大學(xué)計算機基礎(chǔ)實驗室（第三機房）

1個98座的機房，采用3臺物理服務(wù)器+98個瘦終端+噢易教育桌面云軟件的形式進行部署。這3臺服務(wù)器中的一臺作為主控服務(wù)器，這臺主控服務(wù)器負責(zé)對用戶，對其他兩臺服各器進行管理和維護，用戶登錄直接訪問主控服務(wù)器。另外兩臺服務(wù)器稱為計算服務(wù)器，作為存儲服務(wù)器使用，這3臺服務(wù)器采取集群方式連接。

7套教學(xué)場景，終端采用了“虛實雙系統(tǒng)”的部署模式。分別安裝了Windows XP、Windows7、Linux等操作系統(tǒng)，在每個系統(tǒng)上安裝有不同類型的教學(xué)軟件如：Offices2010、VB6.0、VC6.0、VF6.0、JAVA、SQL2008、新時代英語、新視野英語、新理念英語、Coredraw9、FORTRAN90、Lingo 10、三劍客CS6、Photospop CS6、AutoCad2010、天正建筑 2007、Sketchup 8、Matlab7.1、ZEMAX漢化版、Protel 99 SE、keil uVision4、ISIS professional、proteus7.5、MyEclipse 8.5 M1、計算機分級考試系統(tǒng)、CCF機考、ATA機考等等。

所謂“虛實雙系統(tǒng)”指的是本地系統(tǒng)內(nèi)安裝VDI客戶端軟件，可同時訪問VDI桌面和本地系統(tǒng)；本地系統(tǒng)與VDI客戶端相互獨立，當(dāng)VDI不可訪問時，可以啟用本地系統(tǒng)，防止因網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施或者云服務(wù)器出現(xiàn)故障，而影響正常教學(xué)。

2.2 產(chǎn)品架構(gòu)

通過虛擬化技術(shù)將用戶桌面保存在數(shù)據(jù)中心，終端用戶通過虛擬桌面?zhèn)鬏攨f(xié)議訪問桌面系統(tǒng)。桌面虛擬化是一種基于中心服務(wù)器的計算模型，建立在服務(wù)器虛擬化的基礎(chǔ)之上，所有的桌面虛擬機在數(shù)據(jù)中心進行統(tǒng)一托管[4]，同時用戶能夠獲得完整的PC使用體驗，可以根據(jù)自己的需要使用虛擬桌面服務(wù)，其產(chǎn)品架構(gòu)采用E-VDI。

2.3 平臺組成

噢易教育桌面云整體解決方案主要包括：噢易云主機，噢易教育桌面云軟件，云終端或云計算一體機。

噢易云終端：我們使用2009年購買的舊PC機，其硬件配置如下，宏碁Veriton M460商用臺式電腦、Intel奔騰雙核E5200/Intel G31、2 GB DDRII800內(nèi)存、320GB SataII硬盤（7 200 r）、NVIDIA Geforce G100、獨立顯卡（512 M DDRII顯存）、100～1 000 M自適應(yīng)網(wǎng)卡。

一臺噢易云主控服務(wù)器配置如下：CPU型號為Intel（R） Xeon（R） CPU E5-2670 v2@2.50 GHz，CPU個數(shù)：2；使用內(nèi)存插槽數(shù)/總共內(nèi)存插槽數(shù)：8/16，單根內(nèi)存容量：16 GB，總內(nèi)存容量：128 GB；磁盤：1.400G PCI-E固態(tài)硬盤*1，2.600G SAS磁盤*2，RAID卡：MR9260-8i；光驅(qū)：DVDRAM GT80N。

二臺噢易云計算服務(wù)器配置如下：CPU：2*Intel E5-2620v2；內(nèi)存：96G DDR3；硬盤：1*Intel 730 400G SSD1 2*希捷1T 15K SAS；網(wǎng)卡：2*1000M。

噢易教育桌面云軟件：噢易云主機部署噢易教育桌面云軟件，采用服務(wù)器集群方式，通過虛擬化技術(shù)生成所需的虛擬桌面，利用遠程桌面顯示協(xié)議SPICE，通過網(wǎng)絡(luò)將桌面發(fā)送給機房終端設(shè)備，同時管理員可通過瀏覽器訪問服務(wù)器管理平臺，對所有服務(wù)器，虛擬桌面用戶終端進行集中管理維護。

2.3.1 服務(wù)器端軟件安裝

（1）安裝Server操作系統(tǒng)、驅(qū)動及防護軟件。

（2）安裝OS-Easy E-VDI Server端硬件及驅(qū)動。

（3）OS-Easy E-VDI Server端軟件安裝。

（4）在服務(wù)器端設(shè)置IP和OS-Easy E-VDI PXEDHCP 池的設(shè)置。

（5）在Server端添加客戶端。

（6）在Server端建立供客戶端使用的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)容器。

（7）在服務(wù)器端進行相關(guān)功能設(shè)置。

2.3.2 客戶端軟件安裝

對于獨立的PC機，首先在PC機上建立第一個系統(tǒng)盤節(jié)點。

（1）安裝OS-Easy E-VDI Client端程序。（2）設(shè)置模版客戶端。（3）上傳模版操作系統(tǒng)。

如果是瘦客戶端，客戶端自集成相關(guān)軟件，無需另外安裝軟件。

說明：以上略去了核心交換機、服務(wù)器端和客戶端上特殊功能的設(shè)置。

3 存在的問題

當(dāng)前桌面虛擬化的新型管理模式將資源的利用率最大化，數(shù)據(jù)集中管理，存放安全可靠，維護便利[5]。但是就目前而言，桌面虛擬化技術(shù)在高校的推廣依然存在一些問題，主要有以下幾點。

（1）目前世面上流行桌面虛擬化技術(shù)，依托于網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施，如果采用瘦客戶端技術(shù)，一旦網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施出現(xiàn)故障，整個教學(xué)網(wǎng)將陷于癱瘓。如果采用胖客戶端技術(shù)，一次性投入硬件成本的優(yōu)勢不明顯。

（2）高校公共機房所開設(shè)的課程涉及面廣，在桌面虛擬化解決方案中，桌面服務(wù)器有時需要傳輸圖形圖像到用戶終端，目前噢易沒有提供圖形圖像的重新定向技術(shù)，即圖形圖像直接在虛擬機內(nèi)解碼，這樣會占用服務(wù)器大量的資源，導(dǎo)致服務(wù)器資源緊張。

（3）噢易雖然提供了視頻重定向技術(shù)，由終端設(shè)備解碼播放，但是遠程桌面協(xié)議SPICE，目前還存在許多不足之處[6]，不能適用于帶寬較低的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。播放720 P的視頻，每秒需要傳輸7 Mb左右的數(shù)據(jù)量[7]。在WAN網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，很難滿足這么高的帶寬需求。

4 結(jié)語

2011年桌面云在國內(nèi)開始起步至今，桌面云市場經(jīng)歷了從國外品牌占主導(dǎo)地位轉(zhuǎn)換為國內(nèi)品牌逐步崛起并占據(jù)主導(dǎo)地位的過程。對于高校公共機房的用戶，在考慮建設(shè)桌面云時，除了要關(guān)注網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施，筆者認為，更要關(guān)注“應(yīng)用軟件兼容性”問題。隨著對云計算服務(wù)模式研究的深人，其體系架構(gòu)及運營模式逐步走向成熟，云計算技術(shù)將大規(guī)模地部署和應(yīng)用在高校機房，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單點式部署，有效地提升計算機機房的管理水平。

參考文獻

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