云桌面虛擬化在實訓室建設中的應用

朱麗敏

(山西省工業管理學校，山西 太原 030012)

近年來，通信技術、網絡技術的快速發展，云計算被視為信息技術的第三次浪潮，對于經濟、科技和安全具有重大影響。云計算被確定為新一代信息技術未來的三大支柱產業之一，越來越多的政府和企業將系統部署到云平臺上。隨著云計算技術的日益成熟、大規模應用的積累及規模性成本的下降，其應用領域也在近年得到極大的拓展。教育行業屬于規模密集型IT應用領域，由傳統實體PC建設模式到云桌面虛擬化建設模式的過渡，正不斷深化開來。新技術的應用在成本控制、個性化教學場景交付、集中運維管理、綠色IT節能降耗等諸多方面帶來深入的變革。

1 傳統PC機桌面系統的常見問題

目前，學校現有公共教學資源終端一直使用傳統PC。在實際應用過程中，需要在每臺PC上安裝所需的軟件程序及客戶端；同時所有數據分散在各PC上，對PC無法方便地進行統一集中維護與管理，對數據無法進行集中存儲與備份。傳統PC機桌面系統的常見問題主要體現在以下幾方面：

1) 計算機病毒危害：現有PC通過U盤和網絡容易感染病毒，并相互傳播，軟硬件保護技術難以很好解決問題，導致PC運行不穩定，是維護人員面臨最嚴峻的問題之一。

2) 維護難度大：由于學校不同批次PC硬件種類繁多，數量大，很難集中管理，維護工作量大。

3) 高能耗、高排放：一臺PC的能耗在200 W以上，對于學校而言，一年的耗電量是一個非常驚人的數字。這在當今提倡綠色環保、低碳經濟的大環境下，確實是一個巨大的挑戰。

4) 總體擁有成本高：PC硬件相對較低的成本優勢，通常無法抵消PC管理和支持工作的高昂成本。目前，PC管理工作包括硬件維修、部署軟件、更新和修補程序等，由于這些工作需要對多種PC配置的部署進行測試和驗證，因而會耗費大量的人力，常常因為人力跟不上導致PC無法正常進行運行。

2 云桌面技術的優勢

云桌面是虛擬化和云計算時代的典型應用，是使用云終端設備通過網絡運行遠端服務器桌面的計算機解決方案，云桌面的所有數據計算和存儲集中在服務器上，云終端僅僅顯示圖像以及鍵盤鼠標等輸入輸出操作，利用云桌面虛擬化技術，通過任何設備、在任何地點、任何時間通過網絡訪問桌面系統，以達到桌面使用的安全性和靈活性。相比傳統PC機，云桌面具有傳統PC無法比擬的優勢，見表1。

表1 云桌面與傳統PC特點對比

3 云桌面架構

云桌面采用業界主流的虛擬化技術，提供虛擬桌面服務，實現教學資源的共享。云桌面架構如圖1所示。

圖1 云桌面架構

4 云桌面技術方案

云桌面技術方案運用業內最主流的虛擬桌面基礎架構Virtual Desktop Infrastructure(VDI)架構與部署方式。它基于底層的硬件資源和中間層的虛擬化軟件，通過上層的桌面虛擬化應用軟件，為終端用戶提供虛擬桌面交付模式。VDI解決方案中所提供的桌面虛擬化不僅充分利用了服務器端的計算能力，而且提供了強大而靈活的用戶PC管理能力，同時具有很強的可擴展性和顯著的能源節約優勢，消除了傳統個人電腦管理模式中的很多缺點。

VDI解決方案通過虛擬化服務器，進行虛擬桌面的創建、刪除、遷移等管理功能。因此，虛擬化服務器是虛擬桌面的載體。如果虛擬化服務器出現問題，整個VDI解決方案就會處于運行癱瘓的狀態。同時，虛擬化服務器的正常運行，也離不開它所依托的底層支撐基礎資源，比如存放虛擬桌面文件的存儲資源和連通終端用戶和虛擬桌面的網絡資源。這類支撐基礎資源是整個VDI解決方案中最底層的組件。因此，虛擬化服務器和底層支撐基礎資源共同作為VDI解決方案中一種基礎組件為上層提供了基本的計算能力。

5 網絡環境設計

采用桌面云虛擬化方案后，為使虛擬桌面與虛擬機的通訊達到較流暢的體驗效果，網絡環境設計如下：

1) 有線局域網內千兆到桌面

2) 服務器端采用千兆部署

3) 接入交換機上聯保證千兆帶寬

4) 廣域網環境每客戶端保證1 M出口帶寬

在校園網環境中，需要在QoS設計時實現虛擬桌面網絡傳輸優先級和帶寬保障，尤其是在容易出現瓶頸的廣域網。

6 存儲環境設計

6.1 存儲性能和可靠性

在設計存儲架構時應該充分考慮到冗余和性能，因此存儲架構的選擇根據桌面云整體應用對存儲的IOPS和吞吐量的需求進行規劃，涉及端到端的主機適配器選擇、控制器和端口數量選擇以及磁盤數量和RAID方式選擇等。

每臺服務器SSD硬盤配置：配置2塊SSD硬盤，組成raid1磁盤組，提高可靠性；

每臺服務器SAS硬盤配置：配置SAS硬盤，組成raid5磁盤組；提高可靠性和讀寫性能。

6.2 分層存儲設計

整個存儲環境采用分層存儲設計，分為SSD存儲和通用磁盤存儲(SAS)。

6.3 SSD存儲

SSD硬盤做RAID1，存放虛擬桌面鏡像，這樣可大量吸收啟動風暴所需要的IOPS。

6.4 通用磁盤存儲(SAS)

通用磁盤存儲主要設計為用戶的桌面數據提供存儲空間，并為服務器虛擬化之后提供共享和可供遷移的存儲資源。

7 資源規劃

云桌面統一采用鏈接克隆的方式來進行整體構建，桌面采用靜態方式，實現賬號登陸桌面，云機房登陸桌面后提供多場景選擇。

由于云桌面的軟件是安裝到云主機上，云主機的配置非常高，安裝大型軟件運行流暢，云桌面可支持的軟件見表2。

表2 云桌面可支持的軟件

8 使用場景功能

8.1 支持虛擬機批量添加或卸載軟件

在后臺創建一個模板，在模板上添加或卸載軟件，然后發布給每臺虛擬機，即可實現虛擬機批量添加或卸載軟件。

8.2 支持桌面操作系統和軟件還原

支持兩種還原方式：

1) 每次重啟之后還原。

2) 按照時間點還原，例如每天凌晨2:00還原。

8.3 千兆網絡環境

云機房部署千兆交換機，提供24或48個千兆電接口，與云終端相連，實現千兆網絡環境。

8.4 在校外電腦登錄云桌面

將云機房服務器的地址映射為一個公網地址，在校園網外的電腦可以通過這個公網地址登錄到云機房的服務器，從而登錄到云桌面。

8.5 保證高質量的圖像信息傳遞

云終端支持“PCOIP”圖像傳輸協議，是目前最成熟、最高效的傳輸協議，能夠保證高質量的圖像信息傳遞。網絡中傳輸的只是圖像的變化量，而且協議本身已經做了大量的優化，能夠保證復雜圖形的處理。

8.6 支持Maya、3dmax穩定流暢運行

Maya、3dmax等大型軟件需要GPU虛擬化技術，即在服務器上安裝GPU卡，然后給每個桌面分配虛擬的GPU，從而保證軟件穩定流暢運行。

8.7 支持GPU虛擬化技術

VMware view虛擬化軟件支持GPU虛擬化技術，兼容性良好。

9 結束語

計算機實驗室應用云桌面技術后，資源數據存儲在云端，而且存儲量可以非常大，為實驗室資源儲存提供了安全和可靠的保證，這樣可以避免師生將實驗室資源數據存放在個人計算機上，可能感染計算機病毒而造成數據丟失。

我校于2017年8月新建了2個云桌面實訓室，截止目前已運行3年，云桌面技術的使用從實質上給予實訓室的管理帶來了便捷，節約了實訓室財力投入，Inventor 2018、3Dmax 2018等大型軟件運行流暢，每個學生通過賬號和密碼登錄，提高了安全穩定性，為我省中職學校云桌面實訓室的建設提供了可借鑒的成功經驗。