虛擬化桌面云教學平臺的規?；渴鹋c優化

以Citrix為主流的桌面和應用虛擬化技術為信息化教學提供了新的解決方案。本文結合海南工商職業學院實際，闡述了基于Citrix 虛擬化桌面云教學平臺的基本框架、并對整體方案設計、部署與優化等進行研究探討，重點分析桌面云教學平臺的規模化部署與優化方法和策略。

【關鍵詞】Citrix 虛擬化桌面 云教學平臺 規?；?部署與優化

在高校中各公共和專業教學計算機機房的規模和數量不斷擴大，應用越來越廣泛。在傳統計算機機房模式下，計算機機房無法實現全天候高效利用，無法實現遠程利用，計算機房實行保護卡的機制下教學數據無法得到安全、方便的使用。采用虛擬化桌面云技術，通過資源共享池的合理配置，以及可用的、便捷的、按需的網絡訪問，可快速提供桌面應用和資源服務，大大減輕管理的壓力。我校對實訓樓教學機房部署和運行較大規?；贑itrix虛擬化桌面云教學平臺。本文就基于Citrix 虛擬化技術的桌面云教學平臺規?；渴鹋c優化做一些研究探討。

1 基于Citrix 虛擬化桌面云教學平臺整體設計

1.1 桌面云教學平臺設計目標

我校實訓樓虛擬化桌面項目采用Citrix 虛擬化桌面整體解決方案，主要搭建教學實訓樓的虛擬化桌面平臺、完成桌面云的部署，共計1420個標準桌面終端。目標是打造學校虛擬化、數字化的安全教學環境，構建實訓樓虛擬化桌面教學基礎平臺，建立特色教育資源服務平臺，加快推進信息化校園建設。

1.2 桌面云教學平臺的基本框架

桌面云教學平臺以Xen Server服務器為基礎構建桌面和應用虛擬化，平臺構架設計遵循開放、靈活的原則，可適應系統擴充及需求變化?；贑itrix 虛擬化桌面云教學平臺架構如圖1 所示，主要包括瘦客戶端的網絡接入、服務器資源池（虛擬桌面和應用）和網絡存儲等。主要組件及功能如下：

1.2.1 資源承載服務器集群

資源承載服務器底層使用Xen Server 服務器虛擬化技術，物理機上承載虛擬出一定數量的桌面虛擬機，如Windows7操作系統及應用程序。

1.2.2 基礎架構服務器集群

主要包括域控制服務器（DC）、數據庫服務器（DB）、許可證服務器（License）、置備服務器PVS（Provisioning Server）、虛擬桌面發布控制器DDC（Desktop Delivery Controller）等。核心組件PVS主要管理虛擬機母盤鏡像，是整套系統的調度中心，按需交付虛擬機（包括OS、應用和配置）。核心組件DDC用于進行身份驗證，管理用戶虛擬桌面環境，代理用戶與虛擬桌面之間的連接，完成向終端用戶交付虛擬桌面。

1.2.3 網絡入口服務器Web Interface（WI）亦即StoreFront（SF）

WI負責顯示基于Web的界面，相當于云虛擬桌面的訪問門戶。

1.2.4 Access Gateway和Net Scaler

Access Gateway 是外網用戶接入虛擬桌面構架的安全接入網關。Net Scaler 負責為網絡入口 WI 提供負載均衡支持以提供 WI組件的高可用性。

2 基于Citrix 虛擬化桌面云教學平臺規?；渴鸱桨?/p>

2.1 桌面云教學平臺解決方案詳細設計

在桌面云教學平臺中，整體解決方案詳細設計與規劃應主要包括：

（1）機房桌面終端用戶VLAN規劃；

（2）活動目錄OU設計；

（3）基礎架構平臺主機名稱以及IP地址規劃設計；

（4）服務器虛擬化資源池及網絡規劃；

（5）XenDesktop 桌面虛擬化資源池分配與存儲LUN設計；

（6）XenDesktop Farm 、XenAPP Farm 和PVS farm結構定義；

（7）PVS高可用設計；

（8）虛擬機模板配置規劃；

（9）WI and License配置規劃；

（10）應用交付網絡設計；

（11）DB Server 規劃設計；

（12）File Server 配置規劃等。

在桌面云教學平臺整體解決方案中，將平臺內的服務器劃分為兩大類： 第一類是基礎架構服務器涉及域控制器、DHCP 及 Xen Desktop 核心組件 DDC、Store Front、Director、License、SQL Server 數據庫和 PVS 服務器； 第二大類是虛擬桌面和應用的承載服務器。兩大類服務器全部安裝運行在 24臺 IBM X3650 M4服務器內的 Xen Server 虛擬化環境之中。其中3臺用于配置基礎架構服務器，其余21臺用于配置虛擬桌面和應用的資源承載服務器，并劃分為4個服務器資源池。

基礎架構服務器配置為Win Server 2008 R2操作系統及相應Citrix桌面和應用虛擬化組件（升級前），并多采用雙機冗余。WI、DDC、PVS服務器負載均衡選用2臺NetScaler MPX8200設備。共享存儲選用IBM V5000（18塊1TB 10K SAS硬盤；6個200GB SD硬盤）。

XenServer資源池組網方案規劃三個子網：業務網絡（Production network）、管理網絡 （Management network） 和存儲網絡 （HBA） 。每臺服務器均有六塊千兆網卡用于網絡連接，通過 XenServer Pool功能對Pool 中的所有網卡資源進行統一設定，以支持對多個 VLAN 的訪問和 HA、XenMotion等功能。

2.2 桌面云平臺規模化部署流程

基于Citrix 虛擬化桌面云教學平臺部署流程包括以下六個步驟：

（1）安裝服務器虛擬化平臺，主要包括安裝XenServer和XenCenter、配置主機資源池及網絡、添加共享存儲；

（2）安裝基礎架構，主要包括安裝AD、DNS、DHCP、SQL、License、WI服務器，以及XenDesktop（DDC和PVS）和XenApp；

（3）配置服務器和連通測試，主要包括配置DHCP、SQL、DDC、WI服務器，以及XenApp和Net Scaler；

（4）創建虛擬機，主要包括安裝模板建立和測試 、虛擬機使用測試和創建虛擬機；

（5）用戶遷移和問題處理；

（6）問題匯總分類和系統優化。

3 基于Citrix桌面虛擬化技術的規模化云教學平臺系統優化

完成教學平臺規模化部署后，應進行系統測試與優化。從實用性角度出發，更多的考慮本套虛擬化系統在投入使用后的用戶體驗，系統穩定性和安全性，危機響應機制運行是否正常，對虛擬桌面及教學應用軟件的支持和運行流暢性。

下面結合我校桌面云教學平臺，分析基于Citrix桌面虛擬化技術的規?；平虒W平臺的系統優化方法和策略。

3.1 配置XenDesktop高可用性，實現故障轉移和負載均衡

云計算平臺要支持1420用戶虛擬桌面運行，高可用性是必須優先考慮的問題，不能因為單點故障而導致整個平臺癱瘓的嚴重后果。本云教學平臺使用以下優化配置方法和策略。

3.1.1 配置服務器故障轉移集群

當集群中某一臺服務器出現故障時，故障服務器上運行的虛擬機在Center的控制下會自動轉移到其他正常的服務器上，繼續運行。

3.1.2 利用負載均衡系統Windows Fail over Clustering故障轉移集群，能實時檢測整個物理服務器資源池的運行情況

當其中某一臺服務器出現負載過高或者是出現物理故障當機的情況下，負載均衡系統會起動應急處理機制，把負載過高或者是出現物理故障的服務器中運行的虛擬機，平均分配到其他服務器中，從而避免危機風暴的產生。為此，基礎架構服務器優化配置為虛擬雙機甚至多機冗余。

3.1.3 在部署Xendesktop生產環境時，DDC服務器的高可用性十分重要

DDC服務器是整個Xendesktop的中央平臺，管理和交付虛擬桌面。其前端連接是WI服務器，后端連接的是SQLServer數據庫。DDC服務器所有的配置信息都存放在后端SQLServer數據庫中，每個DDC服務器可以單獨連接數據庫運行。在整個Xendesktop環境中，配置所有DDC以服務器場（一組服務器）的形式運行，可以進行負載均衡。當然，XenDesktop高可用性必須做到SQL Server服務器、DDC服務器、WI即或SF服務器三者高可用性。

3.1.4 配置PVS高可用性

雖然配置一個單獨的PVS Farm將足夠支持現有1420個左右用戶，但配置為兩臺以上PVS服務器互為負載均衡和容錯關系后，任意一臺服務器出現問題故障均不影響用戶正常工作。配置PVS高可用性包括：啟動文件配置二個PVS服務器；DHCP服務器的66選項配置虛擬IP；Stream選項選擇二個PVS；vDisk選擇本地緩存；適當增加端口和線程，使用更多系統資源來響應目標設備的請求。

3.2 優化存儲LUN設計

當所有虛擬桌面都跑在一個共享存儲之上時，存儲最可能成為性能的瓶頸。如果存儲子系統配置過低，則很容易過載，所有的用戶都會感覺桌面運行很慢。如果配置過高，其成本又會爆炸式增長，徹底淹沒桌面虛擬化所帶來的好處。當大量用戶在同一時間開始并發存儲讀寫任務時， 就會產生 “存儲IO風暴”。

雖然桌面系統產生的存儲訪問需求是隨機的，很難做到精確計算，但桌面上的行為往往又有一定的趨同性，如早8點同時開機， 中午空閑時防病毒自動掃描，同時觀看某個緊急培訓的視頻片段，惡意病毒繁殖等等。所以根據不同用戶群優化存儲LUN設計。

3.3 網絡優化分析

桌面虛擬化系統云計算平臺，對網絡的依賴性是非常之高的。雖然Citrix桌面虛擬化使用目前較先進的ICA傳輸協議，只傳輸小部分動態畫面的數據和鍵盤鼠標數據，每桌面終端用戶平均占用 10-20kbps 的網絡帶寬，減少網絡傳輸。但對上千桌面終端用戶規?；渴?，除了規劃好網絡布線和交換設備，應在網絡訪問入口配置負載均衡設備。否則，桌面終端會出現明顯卡頓和跳轉，甚至在登陸風暴時出現網絡癱瘓情況。

3.4 適時升級優化平臺系統軟硬件，支持某些桌面應用軟件的需求

早期桌面虛擬化系統存在明顯的缺陷，當碰到一些吃顯卡資源比較高的應用時，虛擬桌面的疲軟性就會明顯暴露出來，如3D和草圖大師存在無法啟動或是勉強運行起來后嚴重的卡屏和跳幀現象。問題出在虛擬化系統資源池服務器當時是不具備物理顯卡的，也不支持物理顯卡的虛擬化資源的分配，所有虛擬機的GPU和顯存均由資源池服務器的CPU和內存虛擬實現。升級系統后采用Citrix最新的3D解決方案，使用NVIDIA公司專為虛擬化環境圖形處理問題提供的GRID系列顯卡。該系列顯卡能夠與底層服務器一起實現顯卡虛擬化，可解決桌面虛擬化環境下的圖形處理問題。

對學校常用考試軟件系統（NCRE等級考試、計算機操作員考試、ATA第三方考試系統等）的支持，也是虛擬化技術需要面對的考驗。因為一般考試系統服務器都會采用加密鎖，虛擬機無法直接從云端服務器透傳加密信息。這時可加載USBKEY透傳設備將加密鎖加密信息透傳到云服務端，從而實現考試服務器功能。

4 結束語

完整構建較大規?；贑itrix 虛擬化桌面云教學平臺，應從用戶需求、設計目標、虛擬化平臺基本架構、模塊功能、服務器及硬件規劃、網絡規劃設計、存儲子系統規劃、高可用性設計、用戶終端、部署優化、系統擴展諸方面考慮提出整體解決方案和詳細執行方案。在實際構建與應用中還應特別重視對整個系統的優化。此外，穩定的電源系統也不能忽視，因為云計算平臺服務器集群重啟需要耗費較長時間，可能對教學帶來嚴重影響。

參考文獻

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[3]張利遠，王春麗.基于Citrix Xen App虛擬化技術的云教室安全部署研究[J].現代教育技術，2013，23（07）：95-99.

作者簡介

陳俊，男，湖北省荊州市人。碩士研究生學歷?，F為海南工商職業學院信息工程學院工程師。研究方向為計算機網絡與數據通信。

黎協銣，男，廣東省梅州市人。碩士研究生學歷?，F為海南工商職業學院信息化管理中心助理實驗師。研究方向為教育信息化。

作者單位

1.海南工商職業學院信息工程學院 海南省?？谑?570203

2.海南工商職業學院信息化管理中心 海南省海口市 570203