云桌面虛擬化在實訓(xùn)室建設(shè)中的應(yīng)用

朱麗敏

(山西省工業(yè)管理學(xué)校，山西 太原 030012)

近年來，通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，云計算被視為信息技術(shù)的第三次浪潮，對于經(jīng)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(shù)未來的三大支柱產(chǎn)業(yè)之一，越來越多的政府和企業(yè)將系統(tǒng)部署到云平臺上。隨著云計算技術(shù)的日益成熟、大規(guī)模應(yīng)用的積累及規(guī)模性成本的下降，其應(yīng)用領(lǐng)域也在近年得到極大的拓展。教育行業(yè)屬于規(guī)模密集型IT應(yīng)用領(lǐng)域，由傳統(tǒng)實體PC建設(shè)模式到云桌面虛擬化建設(shè)模式的過渡，正不斷深化開來。新技術(shù)的應(yīng)用在成本控制、個性化教學(xué)場景交付、集中運維管理、綠色IT節(jié)能降耗等諸多方面帶來深入的變革。

1 傳統(tǒng)PC機桌面系統(tǒng)的常見問題

目前，學(xué)?，F(xiàn)有公共教學(xué)資源終端一直使用傳統(tǒng)PC。在實際應(yīng)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(shù)據(jù)分散在各PC上，對PC無法方便地進行統(tǒng)一集中維護與管理，對數(shù)據(jù)無法進行集中存儲與備份。傳統(tǒng)PC機桌面系統(tǒng)的常見問題主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1) 計算機病毒危害：現(xiàn)有PC通過U盤和網(wǎng)絡(luò)容易感染病毒，并相互傳播，軟硬件保護技術(shù)難以很好解決問題，導(dǎo)致PC運行不穩(wěn)定，是維護人員面臨最嚴(yán)峻的問題之一。

2) 維護難度大：由于學(xué)校不同批次PC硬件種類繁多，數(shù)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(xué)校而言，一年的耗電量是一個非常驚人的數(shù)字。這在當(dāng)今提倡綠色環(huán)保、低碳經(jīng)濟的大環(huán)境下，確實是一個巨大的挑戰(zhàn)。

4) 總體擁有成本高：PC硬件相對較低的成本優(yōu)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(dǎo)致PC無法正常進行運行。

2 云桌面技術(shù)的優(yōu)勢

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

表1 云桌面與傳統(tǒng)PC特點對比

3 云桌面架構(gòu)

云桌面采用業(yè)界主流的虛擬化技術(shù)，提供虛擬桌面服務(wù)，實現(xiàn)教學(xué)資源的共享。云桌面架構(gòu)如圖1所示。

圖1 云桌面架構(gòu)

4 云桌面技術(shù)方案

云桌面技術(shù)方案運用業(yè)內(nèi)最主流的虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu)Virtual Desktop Infrastructure(VDI)架構(gòu)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(yīng)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(wù)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(jié)約優(yōu)勢，消除了傳統(tǒng)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(wù)器，進行虛擬桌面的創(chuàng)建、刪除、遷移等管理功能。因此，虛擬化服務(wù)器是虛擬桌面的載體。如果虛擬化服務(wù)器出現(xiàn)問題，整個VDI解決方案就會處于運行癱瘓的狀態(tài)。同時，虛擬化服務(wù)器的正常運行，也離不開它所依托的底層支撐基礎(chǔ)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(wǎng)絡(luò)資源。這類支撐基礎(chǔ)資源是整個VDI解決方案中最底層的組件。因此，虛擬化服務(wù)器和底層支撐基礎(chǔ)資源共同作為VDI解決方案中一種基礎(chǔ)組件為上層提供了基本的計算能力。

5 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境設(shè)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(wǎng)絡(luò)環(huán)境設(shè)計如下：

1) 有線局域網(wǎng)內(nèi)千兆到桌面

2) 服務(wù)器端采用千兆部署

3) 接入交換機上聯(lián)保證千兆帶寬

4) 廣域網(wǎng)環(huán)境每客戶端保證1 M出口帶寬

在校園網(wǎng)環(huán)境中，需要在QoS設(shè)計時實現(xiàn)虛擬桌面網(wǎng)絡(luò)傳輸優(yōu)先級和帶寬保障，尤其是在容易出現(xiàn)瓶頸的廣域網(wǎng)。

6 存儲環(huán)境設(shè)計

6.1 存儲性能和可靠性

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

每臺服務(wù)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(wù)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(shè)計

整個存儲環(huán)境采用分層存儲設(shè)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(fēng)暴所需要的IOPS。

6.4 通用磁盤存儲(SAS)

通用磁盤存儲主要設(shè)計為用戶的桌面數(shù)據(jù)提供存儲空間，并為服務(wù)器虛擬化之后提供共享和可供遷移的存儲資源。

7 資源規(guī)劃

云桌面統(tǒng)一采用鏈接克隆的方式來進行整體構(gòu)建，桌面采用靜態(tài)方式，實現(xiàn)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(chuàng)建一個模板，在模板上添加或卸載軟件，然后發(fā)布給每臺虛擬機，即可實現(xiàn)虛擬機批量添加或卸載軟件。

8.2 支持桌面操作系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)環(huán)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(xiàn)千兆網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

8.4 在校外電腦登錄云桌面

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

8.5 保證高質(zhì)量的圖像信息傳遞

云終端支持“PCOIP”圖像傳輸協(xié)議，是目前最成熟、最高效的傳輸協(xié)議，能夠保證高質(zhì)量的圖像信息傳遞。網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)闹皇菆D像的變化量，而且協(xié)議本身已經(jīng)做了大量的優(yōu)化，能夠保證復(fù)雜圖形的處理。

8.6 支持Maya、3dmax穩(wěn)定流暢運行

Maya、3dmax等大型軟件需要GPU虛擬化技術(shù)，即在服務(wù)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(wěn)定流暢運行。

8.7 支持GPU虛擬化技術(shù)

VMware view虛擬化軟件支持GPU虛擬化技術(shù)，兼容性良好。

9 結(jié)束語

計算機實驗室應(yīng)用云桌面技術(shù)后，資源數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)存放在個人計算機上，可能感染計算機病毒而造成數(shù)據(jù)丟失。

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