基于海光DESK系統(tǒng)的機(jī)房虛擬化應(yīng)用研究

王 磊

(深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院 人工智能學(xué)院，廣東 深圳 518055)

0 引言

高校計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)室承擔(dān)著基礎(chǔ)教學(xué)、專(zhuān)業(yè)實(shí)訓(xùn)等基本教學(xué)任務(wù)，隨著全國(guó)無(wú)紙化考試、職業(yè)技能競(jìng)賽的全面推進(jìn)，其還必須滿(mǎn)足各種對(duì)外培訓(xùn)、職業(yè)資格考試以及職業(yè)技能競(jìng)賽的需求。傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)室的運(yùn)行和管理模式已無(wú)法滿(mǎn)足需求，制約了學(xué)校對(duì)高素質(zhì)、創(chuàng)新人才培養(yǎng)工作的有效實(shí)施[1]。

現(xiàn)階段傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)室管理方式是采用硬件還原卡對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)與管理。在這種管理模式下通常存在以下4個(gè)問(wèn)題：

(1)難以滿(mǎn)足個(gè)性化的教學(xué)、培訓(xùn)、考試需求。硬盤(pán)資源有限，不可能為每一種應(yīng)用環(huán)境配置單獨(dú)的系統(tǒng)分區(qū)。

(2)對(duì)于多硬盤(pán)的環(huán)境，只能選擇其中的一個(gè)硬盤(pán)作為系統(tǒng)盤(pán)，而其他的硬盤(pán)只能作為數(shù)據(jù)盤(pán)。對(duì)整個(gè)的硬盤(pán)資源造成極大的浪費(fèi)。

(3)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境要求高。在使用保護(hù)卡同傳功能時(shí)，如果有一臺(tái)主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異常，將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)同傳過(guò)程出現(xiàn)異常。

(4)硬件設(shè)備利用率低。同傳過(guò)程中，所有的計(jì)算機(jī)都不能使用。

云桌面也稱(chēng)為桌面虛擬化，通過(guò)將云計(jì)算與虛擬化技術(shù)相結(jié)合，以服務(wù)器集群部署的方式為用戶(hù)提供虛擬桌面，因此云桌面不是運(yùn)行在本地，而是運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器上[2]。相對(duì)于傳統(tǒng)的管理模式，云桌面具有下列優(yōu)勢(shì)：

(1)所有軟件的安裝、維護(hù)與更新都在云服務(wù)器上，因此可以針對(duì)不同的應(yīng)用環(huán)境需求進(jìn)行快速更新與部署。

(2)機(jī)房只需提供廋客戶(hù)終端，通過(guò)虛擬桌面的形式為用戶(hù)提供專(zhuān)用的教學(xué)、培訓(xùn)、競(jìng)賽等環(huán)境。

(3)能夠提供集中化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)高效的資源訪問(wèn)與共享。

雖然云桌面技術(shù)在專(zhuān)業(yè)機(jī)房的新一輪信息化建設(shè)中得到了充分的應(yīng)用與支持[3]，但是其部署對(duì)網(wǎng)絡(luò)條件要求極高，需要搭建數(shù)據(jù)中心、配置虛擬化服務(wù)器集群、存儲(chǔ)陣列，后期還需要針對(duì)機(jī)房應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行大量的測(cè)試以及對(duì)機(jī)房管理人員進(jìn)行培訓(xùn)，整個(gè)升級(jí)改造過(guò)程周期較長(zhǎng)，并且需要投入巨大的人力與物力，另外云桌面對(duì)機(jī)房提供的終端硬件要求較低，廋客戶(hù)終端即可滿(mǎn)足要求，而現(xiàn)階段機(jī)房主流配置至少用到了Intel i5系列CPU、8 G內(nèi)存、1 TB以上的硬盤(pán)，因此大規(guī)模部署云桌面將會(huì)造成現(xiàn)有計(jì)算機(jī)資源的極大浪費(fèi)。

（5）小淫婦兒，會(huì)喬張致的，這回就疼漢子？“看撒了爹身上酒”，叫的爹那甜。我是后娘養(yǎng)的，怎的不叫我一聲兒？（明·蘭陵笑笑生《金瓶梅詞話》第21回）

機(jī)房管理如何更好地從傳統(tǒng)模式過(guò)渡到云桌面模式，是現(xiàn)階段機(jī)房管理人員面臨的主要問(wèn)題。海光DESK系統(tǒng)利用強(qiáng)大的硬盤(pán)虛擬化技術(shù)和P2P部署技術(shù)，能夠針對(duì)大規(guī)模計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)部署，其采用分組和系統(tǒng)鏡像的管理策略， 實(shí)現(xiàn)一臺(tái)服務(wù)器對(duì)所有機(jī)房計(jì)算機(jī)的集中管理和統(tǒng)一維護(hù)，因此在機(jī)房管理的升級(jí)過(guò)程中可以將其作為一種備選的過(guò)渡方案。

1 海光DESK系統(tǒng)架構(gòu)

海光DESK系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，通過(guò)分組管理的模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)房的虛擬化管理，其網(wǎng)絡(luò)部署拓?fù)淙鐖D1所示。系統(tǒng)服務(wù)端部署在Windows server 2012 R2之上，并提供DHCP服務(wù)。機(jī)房中的主機(jī)通過(guò)“網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)”，自動(dòng)連接服務(wù)端下載配置文件，并安裝系統(tǒng)客戶(hù)端軟件。

圖1 海光DESK系統(tǒng)部署網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

海光DESK系統(tǒng)主要包含鏡像管理、磁盤(pán)管理、分組管理、用戶(hù)管理四大功能模塊，其功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 海光DESK系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

(1)鏡像管理：與云桌面中的資源虛擬池類(lèi)似。鏡像管理中存放客戶(hù)端使用的系統(tǒng)分區(qū)鏡像和數(shù)據(jù)分區(qū)鏡像，操作系統(tǒng)創(chuàng)建時(shí)需要引用這些鏡像。

鏡像的制作需要在客戶(hù)端機(jī)器上進(jìn)行。在機(jī)房?jī)?nèi)的任意一臺(tái)主機(jī)上安裝操作系統(tǒng)，更新完補(bǔ)丁及相應(yīng)系統(tǒng)設(shè)置后，安裝海光DESK系統(tǒng)的客戶(hù)端軟件，將配置好的操作系統(tǒng)上傳到服務(wù)器，生成相應(yīng)的鏡像。分區(qū)鏡像類(lèi)型分為系統(tǒng)盤(pán)與數(shù)據(jù)盤(pán)兩種，其作用與云桌面中的“計(jì)算機(jī)模板”類(lèi)似。例如在主機(jī)上有兩個(gè)分區(qū)，其中C分區(qū)安裝操作系統(tǒng)，D分區(qū)存儲(chǔ)常用工具，制作鏡像時(shí)，C分區(qū)為系統(tǒng)盤(pán)鏡像，D分區(qū)為數(shù)據(jù)盤(pán)鏡像。現(xiàn)階段操作系統(tǒng)可支持Windows 7(32bit/64bit)以及Windows 10。

使用驅(qū)動(dòng)集成技術(shù)可以將不同硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)注入系統(tǒng)鏡像中，從而實(shí)現(xiàn)普通臺(tái)式機(jī)、工作站、服務(wù)器共享同一個(gè)系統(tǒng)鏡像，因此在日常機(jī)房管理中，管理員不再需要為每種不同硬件配置的主機(jī)都備份操作系統(tǒng)分區(qū)，這樣能夠節(jié)省大量的存儲(chǔ)空間。

(2)磁盤(pán)管理：包含硬盤(pán)管理與系統(tǒng)快照管理兩大部分。磁盤(pán)相當(dāng)于一個(gè)虛擬的硬盤(pán)，管理員根據(jù)機(jī)房中主機(jī)的硬盤(pán)容量大小來(lái)設(shè)置磁盤(pán)。例如機(jī)房1中的主機(jī)硬盤(pán)容量為1 TB，則新建一個(gè)大小為1 TB的虛擬磁盤(pán)與之相對(duì)應(yīng)。海光DESK系統(tǒng)采用硬盤(pán)虛擬化技術(shù)，可以將單臺(tái)主機(jī)里的所有硬盤(pán)虛擬成一個(gè)“大”硬盤(pán)。例如主機(jī)中有一塊512 GB的固態(tài)硬盤(pán)與一塊1 TB的機(jī)械硬盤(pán)，則系統(tǒng)部署分區(qū)一共可用的磁盤(pán)容量為1.5 TB。與云桌面類(lèi)似，通過(guò)虛擬硬盤(pán)的動(dòng)態(tài)劃分特性，管理員可以根據(jù)不用的應(yīng)用需求，動(dòng)態(tài)部署不同的系統(tǒng)鏡像，從而快速滿(mǎn)足不同的應(yīng)用場(chǎng)景需求。

創(chuàng)建系統(tǒng)快照的過(guò)程就是將系統(tǒng)分區(qū)鏡像與數(shù)據(jù)分區(qū)鏡像進(jìn)行組合，生成一個(gè)可以被引用的完整操作系統(tǒng)。管理員可以根據(jù)課程、考試、培訓(xùn)等各種需求來(lái)組合系統(tǒng)分區(qū)與數(shù)據(jù)分區(qū)。創(chuàng)建系統(tǒng)快照使得同一個(gè)系統(tǒng)分區(qū)鏡像能夠被多個(gè)操作系統(tǒng)引用。

創(chuàng)建操作系統(tǒng)與傳統(tǒng)模式中對(duì)硬盤(pán)進(jìn)行分區(qū)并安裝操作系統(tǒng)的過(guò)程類(lèi)似，其中包括設(shè)置“操作系統(tǒng)名稱(chēng)”“默認(rèn)操作系統(tǒng)”“默認(rèn)等待時(shí)間”“顯示操作系統(tǒng)”“啟動(dòng)加載模式”“啟動(dòng)部署模式”“分區(qū)還原方式”等?！胺謪^(qū)還原方式”與傳統(tǒng)模式中一樣包括“每次還原”“手工還原”等。

操作系統(tǒng)分發(fā)、部署與傳統(tǒng)模式中的網(wǎng)絡(luò)同傳功能類(lèi)似，傳統(tǒng)模式下的網(wǎng)絡(luò)同傳功能采用TCP/IP或UDP/IP協(xié)議，雖然數(shù)據(jù)傳輸可靠，但是發(fā)送數(shù)據(jù)的主機(jī)存在單點(diǎn)故障問(wèn)題。海光DESK系統(tǒng)采用P2P協(xié)議，在P2P網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有中心化的數(shù)據(jù)發(fā)送端，所以不會(huì)存在單點(diǎn)故障問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)中的每臺(tái)主機(jī)既充當(dāng)客戶(hù)端又充當(dāng)發(fā)送端，因此當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中加入的主機(jī)節(jié)點(diǎn)越多，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸速率越高，系統(tǒng)的部署速度則越快。

(3)分組管理：通過(guò)分組的方式，對(duì)機(jī)房進(jìn)行虛擬化。

每一個(gè)分組對(duì)應(yīng)一個(gè)機(jī)房，分組中保存機(jī)房中所有主機(jī)的MAC地址并編號(hào)。通過(guò)分組的網(wǎng)絡(luò)屬性可以統(tǒng)一設(shè)置該分組中所有主機(jī)的IP地址、網(wǎng)關(guān)與DNS。在傳統(tǒng)硬件還原卡模式中，當(dāng)機(jī)房網(wǎng)絡(luò)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，機(jī)房管理員必須在一臺(tái)主機(jī)上更新系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)并同傳到該機(jī)房中的所有主機(jī)上，而機(jī)房虛擬化技術(shù)只需要修改相應(yīng)分組的網(wǎng)絡(luò)屬性，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)房網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的集中配置與管理，這種方式更貼近于云桌面的管理方式。

(4)用戶(hù)管理：通過(guò)區(qū)分用戶(hù)角色及權(quán)限，可以實(shí)現(xiàn)多用戶(hù)同時(shí)對(duì)服務(wù)器及其所屬分組的管理。

管理員賬戶(hù)擁有系統(tǒng)所有的權(quán)限，包括修改服務(wù)器參數(shù)配置、修改數(shù)據(jù)庫(kù)路徑、開(kāi)啟與停止服務(wù)、添加鏡像存儲(chǔ)目錄、新建與刪除系統(tǒng)用戶(hù)等。“添加鏡像存儲(chǔ)目錄”可以在不改變?cè)瓟?shù)據(jù)庫(kù)路徑的情況下，采用擴(kuò)展的方式存儲(chǔ)系統(tǒng)鏡像。通過(guò)為每一位機(jī)房管理人員建立系統(tǒng)用戶(hù)賬號(hào)，并將其與被管理的機(jī)房分組相對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)房管理人員只能管理自己的機(jī)房，避免誤操作而影響到其他的機(jī)房。

2 海光DESK系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

(1)在傳統(tǒng)硬件還原卡模式下，使用系統(tǒng)同傳功能時(shí)，機(jī)房?jī)?nèi)其他所有主機(jī)都不可用。而海光DESK系統(tǒng)使得主機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)，連接服務(wù)器并下載配置信息，類(lèi)似于無(wú)盤(pán)工作站。當(dāng)啟動(dòng)完成后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)在后臺(tái)運(yùn)行“系統(tǒng)同傳”功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無(wú)感部署，極大提高實(shí)訓(xùn)室的利用率。

(2)系統(tǒng)對(duì)每一次上傳更新都生成相應(yīng)的操作系統(tǒng)快照，因此管理員可以根據(jù)需要在不同的操作系統(tǒng)快照中進(jìn)行切換，避免重復(fù)工作，提高管理效率。

(3)操作系統(tǒng)被同步部署到本地硬盤(pán)上，因此在部署完成后，網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障也不會(huì)影響主機(jī)的使用。在運(yùn)行大型圖形軟件時(shí)，可充分利用主機(jī)本地的顯卡資源。

(4)當(dāng)操作系統(tǒng)發(fā)生更新并上傳后，機(jī)房?jī)?nèi)所有主機(jī)開(kāi)機(jī)后即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)同步。

3 海光DESK系統(tǒng)的不足

海光DESK系統(tǒng)沒(méi)有針對(duì)服務(wù)器的管理模塊，建議添加服務(wù)器管理模塊，服務(wù)器之間采用主--從服務(wù)器集群架構(gòu)，實(shí)訓(xùn)室管理員可以根據(jù)維護(hù)需求，為不同樓層、不同專(zhuān)業(yè)、不同硬件設(shè)備的實(shí)訓(xùn)室分配從服務(wù)器，主從服務(wù)器之間提供統(tǒng)一的鏡像管理與維護(hù)，并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)鏡像與配置信息的備份。

4 結(jié)語(yǔ)

海光DESK系統(tǒng)具有“主機(jī)按需分組管理、操作系統(tǒng)分區(qū)按需搭配、系統(tǒng)智能部署、桌面自動(dòng)更新、主機(jī)斷網(wǎng)離線使用”等特色，通過(guò)機(jī)房虛擬化和硬盤(pán)虛擬化技術(shù)，可以在不改變機(jī)房網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的前提下，充分利用機(jī)房現(xiàn)有主機(jī)資源，快速構(gòu)建一個(gè)高效、安全、統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)訓(xùn)管理平臺(tái)。對(duì)于機(jī)房管理人員而言，由于其實(shí)現(xiàn)原理、操作習(xí)慣更貼近于云桌面，因此也為將來(lái)機(jī)房全面實(shí)現(xiàn)云桌面，打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。