馬漢達(dá)

（江蘇大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與通信工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013）

云計(jì)算環(huán)境下計(jì)算機(jī)房的建設(shè)思考

馬漢達(dá)

（江蘇大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與通信工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013）

本文根據(jù)計(jì)算機(jī)房的建設(shè)現(xiàn)狀，分析了目前計(jì)算機(jī)的使用壽命和使用效率存在的問題，提出了在云計(jì)算環(huán)境下使用虛擬化技術(shù)，提高計(jì)算機(jī)使用效益的兩種計(jì)算機(jī)房建設(shè)方案，通過實(shí)例說明了云計(jì)算模式計(jì)算機(jī)房建設(shè)在成本、使用效益、能源消耗、管理維護(hù)上的優(yōu)越性。

計(jì)算機(jī)利用率；虛擬化；云計(jì)算；PC模式；N Computing；節(jié)能

一、高校計(jì)算機(jī)房建設(shè)現(xiàn)狀

計(jì)算機(jī)房是高校學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的重要場所，主要承擔(dān)高校計(jì)算機(jī)類課程和以計(jì)算機(jī)為實(shí)驗(yàn)設(shè)備的課程的教學(xué)工作，計(jì)算機(jī)作為高校教學(xué)設(shè)備的典型代表，計(jì)算機(jī)房的建設(shè)已成為學(xué)校信息化投資的重要部分，高校每年對計(jì)算機(jī)的需求量很大，按照目前大多數(shù)高校在計(jì)算機(jī)房建設(shè)過程中所采用的PC模式（根據(jù)終端數(shù)采購相應(yīng)的PC數(shù)），這種模式?jīng)Q定了學(xué)校每年必須有很大的投資用于購買計(jì)算機(jī)。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，《中華人民共和國企業(yè)所得稅法實(shí)施條例》將電子設(shè)備的最低折舊年限由原來的5年改為3年，意味著每隔3～5年，就需要更新一批機(jī)器，造成高校用于計(jì)算機(jī)的投資經(jīng)費(fèi)會(huì)很大，計(jì)算機(jī)投資效率比較低，而且PC模式的計(jì)算機(jī)房建設(shè)其能源消耗量也較大，不符合低碳的要求。在低碳時(shí)代要將節(jié)約能源作為計(jì)算機(jī)房建設(shè)的一個(gè)重要的指標(biāo)。[1]因此，合理選擇計(jì)算機(jī)房的構(gòu)建模式，提高計(jì)算機(jī)機(jī)房的使用率是我們必須認(rèn)真思考的問題。

二、計(jì)算機(jī)使用情況和利用效率情況

1．計(jì)算機(jī)使用壽命分析

計(jì)算機(jī)使用過程經(jīng)歷性能穩(wěn)定期、故障多發(fā)期、產(chǎn)品淘汰期三個(gè)階段，符合梯田曲線。一般來說，一年以內(nèi)計(jì)算機(jī)性能比較穩(wěn)定，兩年后計(jì)算機(jī)故障較多，經(jīng)過3～5年的使用，微機(jī)的故障率將不斷增加，使微機(jī)進(jìn)入產(chǎn)品淘汰期。一方面由于計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展，對微機(jī)的主要產(chǎn)品采用不斷淘汰的策略，維修找不到配件，維護(hù)成本高，使其無法維修，不得不淘汰；另一方面微機(jī)硬件雖然沒有故障，仍然可以正常開機(jī)，但是運(yùn)行新操作系統(tǒng)和新應(yīng)用軟件的硬件條件限制導(dǎo)致其運(yùn)行速度非常緩慢，甚至不能使用。這時(shí)雖然電子元器件遠(yuǎn)沒有達(dá)到它的衰老期，但由于硬件配置不能適應(yīng)新的軟件要求，使得計(jì)算機(jī)工作性能變得非常低下，導(dǎo)致了微機(jī)的淘汰。因此，計(jì)算機(jī)淘汰的主要原因是計(jì)算機(jī)硬件不能滿足軟件發(fā)展的需要。那么，如何延長計(jì)算機(jī)的壽命，達(dá)到投資收益最大化，除了加強(qiáng)日常維護(hù)，提高使用效率之外，必須在IT技術(shù)突飛猛進(jìn)的情況下考慮計(jì)算機(jī)房建設(shè)方案的合理性。

2．計(jì)算機(jī)的實(shí)際利用效率分析

效率的本質(zhì)是研究資本的投入與產(chǎn)出之間的比率關(guān)系。[2]在計(jì)算機(jī)房建設(shè)中，投入主要是指計(jì)算機(jī)房建設(shè)中所投入的資金，這里不考慮人力成本等其他的投入，產(chǎn)出主要是指能滿足多少學(xué)生上機(jī)實(shí)習(xí)任務(wù)，可以年機(jī)時(shí)數(shù)來表示。在投入既定的情況下，產(chǎn)出的有用成果越多越有效率；相反，產(chǎn)出一定的情況下，投入越少，效率越高。根據(jù)IBM公司的一項(xiàng)調(diào)查顯示，設(shè)備的平均資源使用率不到20%，[3]也就是說其實(shí)很多資源都白白浪費(fèi)了。就我校的實(shí)際情況來看，計(jì)算機(jī)房的利用率也不能令人滿意。

以我校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中心和計(jì)算機(jī)學(xué)院專業(yè)實(shí)驗(yàn)中心為例，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中心負(fù)責(zé)全校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)，計(jì)算機(jī)學(xué)院專業(yè)實(shí)驗(yàn)中心負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)學(xué)院及相關(guān)學(xué)院計(jì)算機(jī)課程的上機(jī)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，與其他實(shí)驗(yàn)室相比，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)工作量應(yīng)該說是比較飽滿的。

計(jì)算機(jī)的利用率可以這樣來計(jì)算，假設(shè)每臺(tái)機(jī)器按照每天10小時(shí)、每周7天、一年40周、機(jī)器完好率95%來計(jì)算，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中心共600臺(tái)機(jī)器，那么按上述假設(shè)， 基礎(chǔ)教學(xué)中心可完成機(jī)時(shí)： 600×10×7×40×0.95=1596000小時(shí)，而實(shí)際2009年完成教學(xué)機(jī)時(shí)355420機(jī)時(shí)，2010年完成教學(xué)機(jī)時(shí)341250機(jī)時(shí)，利用率只有21%左右。再以計(jì)算機(jī)學(xué)院專業(yè)實(shí)驗(yàn)中心來說，實(shí)驗(yàn)中心軟件機(jī)房共300臺(tái)計(jì)算機(jī)，可完成機(jī)時(shí)數(shù)應(yīng)達(dá)到：300×7×10×40×0.95=798000機(jī)時(shí)，而實(shí)際情況是2009年完成教學(xué)機(jī)時(shí)128750機(jī)時(shí)，2010年完成教學(xué)機(jī)時(shí)127381機(jī)時(shí)，實(shí)際利用率只有16%左右，其他實(shí)驗(yàn)室的利用率則可見一斑。

現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)房大多采用PC模式，也就是說每個(gè)學(xué)生一臺(tái)PC，擁有自己獨(dú)立的一套資源，彼此之間是無法共享資源的。隨著計(jì)算機(jī)的功能越來越強(qiáng)，很多用戶可能只使用了電腦功能的一小部分，甚至只使用到計(jì)算機(jī)5%的性能，大量的PC性能被閑置或浪費(fèi)了，這種PC模式不能很好地發(fā)揮計(jì)算機(jī)的性能。

3．如何提高計(jì)算機(jī)的利用效率

在過去的幾十年中，計(jì)算機(jī)由主機(jī)時(shí)代發(fā)展為個(gè)人計(jì)算機(jī)時(shí)代，現(xiàn)在云計(jì)算的出現(xiàn)，則把計(jì)算從個(gè)人時(shí)代升級為云時(shí)代，大部分計(jì)算又回到了服務(wù)器端，而終端用戶只需要有一個(gè)瀏覽器就可以實(shí)現(xiàn)目前計(jì)算機(jī)可以完成的所有任務(wù)，并且終端變得輕巧、快捷、經(jīng)濟(jì)和高效。[3]在云時(shí)代，通過改變計(jì)算機(jī)機(jī)房建設(shè)的模式，可以充分發(fā)揮PC強(qiáng)大的性能。

改變計(jì)算模式最根本的因素也是成本，而技術(shù)是觸發(fā)條件。在大型主機(jī)的年代之所以采用集中計(jì)算，主要是因?yàn)橹鳈C(jī)成本太高，而PC的出現(xiàn)極大地降低了用戶使用成本，互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算的出現(xiàn)使得進(jìn)一步降低成本成為可能，[3]NComputing是云計(jì)算模式下的典型產(chǎn)品，它可以充分發(fā)揮PC的性能，讓多用戶得以共享同一臺(tái)PC。每個(gè)用戶均可以各自運(yùn)行軟件程序，可以擁有各自的文件、設(shè)置以及偏好選項(xiàng)，無需額外開銷，也不用另外購買更多的PC。NComputing的解決方案向空閑的PC系統(tǒng)資源提出挑戰(zhàn)，使得多用戶同時(shí)分享一臺(tái)PC的計(jì)算資源，并且有著獨(dú)立的操作環(huán)境，讓多用戶去分享空閑著的電腦資源。[4]而對于計(jì)算機(jī)利用率低的問題，可通過制度加以解決，實(shí)行計(jì)算機(jī)中心化，集中采購，集中管理，使計(jì)算機(jī)在有限的使用時(shí)間上得到充分的利用。

三、云計(jì)算模式下計(jì)算機(jī)房建設(shè)

通過上述的分析，在傳統(tǒng)的高校計(jì)算機(jī)房建設(shè)中，一般采用的是PC模式，這種模式每臺(tái)機(jī)器要安裝安全設(shè)備如硬盤保護(hù)卡或還原卡、殺毒軟件，每臺(tái)機(jī)器要安裝操作系統(tǒng)及各種應(yīng)用軟件，而且這種方案還存在PC資源利用率低，布置復(fù)雜管理和維護(hù)量、使用成本高等缺點(diǎn)。在云計(jì)算理念下構(gòu)建基于云計(jì)算的計(jì)算機(jī)房成為了可能，[4]在建設(shè)基于云計(jì)算的計(jì)算機(jī)房時(shí)，運(yùn)用云計(jì)算的架構(gòu)思想，利用虛擬化技術(shù)，使用少量的計(jì)算機(jī)或服務(wù)器，統(tǒng)籌規(guī)劃，即可建立一個(gè)質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、便于管理和維護(hù)的計(jì)算機(jī)房。云計(jì)算模式下根據(jù)機(jī)房規(guī)模的大小，計(jì)算機(jī)房的建設(shè)有兩種可選方案。

1．NComputing 的方案

NComputing是云時(shí)代的典型產(chǎn)品，其工作原理是將單臺(tái)物理主機(jī)（PC或服務(wù)器）的資源劃分為不同區(qū)塊提供給不同的共享用戶，在主機(jī)上安裝桌面虛擬化軟件vSpace，各種應(yīng)用程序和公共資源都放在服務(wù)器上，將共享用戶（終端）連接成一個(gè)局域網(wǎng)，各用戶通過特殊協(xié)議共享服務(wù)器上的各種軟硬件資源，包括應(yīng)用程序、各種資料、CPU資源、內(nèi)存和硬盤。NComputing虛擬桌面終端只是輸入輸出和顯示的設(shè)備，UXP協(xié)議則負(fù)責(zé)管理桌面顯示及遠(yuǎn)程鍵盤鼠標(biāo)操作，每個(gè)共享用戶打開終端上的開關(guān)即可享用完整的PC 功能，獲得完整的PC環(huán)境交互體驗(yàn)。NComputing的核心終端設(shè)備有三個(gè)系列，分別L系列、X系列、U系列，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，可根據(jù)不同的需求選擇合適的產(chǎn)品，根據(jù)學(xué)校的具體要求，可選擇L系列的產(chǎn)品，它可有效地減低維修成本，使用基于以太網(wǎng)連接、用戶數(shù)多（一臺(tái)安裝Windows XP操作系統(tǒng)的主機(jī)最多可以帶10個(gè)用戶，而運(yùn)行著Windows Server的高性能電腦主機(jī)或服務(wù)器最多支持30個(gè)用戶[5]），只要將共享主機(jī)升級，所有的共享用戶也將自動(dòng)享受使用性能的提升，因此，它為用戶提供最佳性能和最低構(gòu)建成本，是學(xué)校計(jì)算機(jī)房建設(shè)的首選產(chǎn)品。表1是使用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的PC模式和使用NComputing模式的對比。

2．Halsign+NComputing 方案[6]

該方案充分發(fā)揮服務(wù)器的計(jì)算能力，可以在一臺(tái)服務(wù)器之上，同時(shí)讓多用戶操作，并且有著獨(dú)立的操作環(huán)境。其工作原理是使用基于服務(wù)器的虛擬化軟件和桌面虛擬化軟件實(shí)現(xiàn)，服務(wù)器虛擬化軟件能夠在一個(gè)服務(wù)器上運(yùn)行多個(gè)異構(gòu)的操作系統(tǒng)，在每個(gè)操作系統(tǒng)下又可將資源劃分為不同的區(qū)塊提供給不同的用戶，再通過vSpace虛擬桌面軟件完成。NComputing技術(shù)讓多用戶去分享使用PC計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，整合比例可達(dá)30∶1，而服務(wù)器虛擬化技術(shù)可將多臺(tái)PC計(jì)算機(jī)整合到一臺(tái)服務(wù)器上，整合比例按服務(wù)器性能可達(dá)20∶1。通過上述兩項(xiàng)技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)的將是一種乘積效應(yīng)，極大地簡化桌面管理的難度。

表1標(biāo)準(zhǔn)PC模式與NComputing模式對比

服務(wù)器虛擬化軟件可使用VMware Workstation或Halsign TurboGate。VMware是VMware公司設(shè)計(jì)的專業(yè)虛擬機(jī)軟件，可以虛擬現(xiàn)有任何操作系統(tǒng)，是全球桌面到數(shù)據(jù)中心虛擬化解決方案的領(lǐng)導(dǎo)廠商，全球不同規(guī)模的客戶依靠VMware來降低成本和運(yùn)營費(fèi)用、確保業(yè)務(wù)持續(xù)性、加強(qiáng)安全性并走向綠色。TurboGate是一款由紅山公司開發(fā)的PC虛擬化（桌面虛擬化）軟件產(chǎn)品，是當(dāng)前PC虛擬化的主要產(chǎn)品之一。它獨(dú)立于Windows系統(tǒng)，能更加安全可靠地管理計(jì)算機(jī)。TurboGate通過PC虛擬化技術(shù)來改善用戶使用Windows時(shí)的體驗(yàn)。它能有效地管理Windows，通過控制Windows的運(yùn)行來提供更穩(wěn)定、安全以及快速的系統(tǒng)災(zāi)難恢復(fù)以及數(shù)據(jù)加密等功能。[7]

3．建設(shè)方案對比

通過上述分析，在高校計(jì)算機(jī)房的建設(shè)中，一般采用的是Halsign+NComputing方案，為了使投資效益最大化，除了在管理制度上計(jì)算機(jī)中心化以外，可以采用云計(jì)算模式下使用虛擬化技術(shù)來作為計(jì)算機(jī)房的建設(shè)方案。下面通過一個(gè)實(shí)際案例，來分析采用服務(wù)器虛擬化架構(gòu)的優(yōu)越性。某實(shí)驗(yàn)中心需要建100個(gè)終端的計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，考慮基于傳統(tǒng)的PC模式和服務(wù)器虛擬化的NComputing模式。（未考慮兩種方案均需要的設(shè)備）通過對比這個(gè)案例，我們可以發(fā)現(xiàn)后者有以下優(yōu)勢：

一次投入成本低：基于服務(wù)器的虛擬化架構(gòu)，只需要傳統(tǒng)方案65%價(jià)格。

表2兩種模式的對比

電力消耗：普通電腦PC消耗200瓦左右電力，100臺(tái) PC將 消耗 100PC×200W=20,000瓦/小 時(shí)，NComputing終端一共使用（100臺(tái)×5W）+（2臺(tái)×500W）=1500瓦/小時(shí)，節(jié)省90%以上的電力。

設(shè)備更新費(fèi)用低：三年后，使用傳統(tǒng)模式的PC模式，更新則需要100臺(tái)PC的價(jià)格約40萬元，而使用NComputing則只需更新兩臺(tái)服務(wù)器的價(jià)格4萬元，節(jié)省90%的費(fèi)用。

經(jīng)過上述分析我們看到，虛擬化桌面終端僅需要極低的成本，就可以實(shí)現(xiàn)多名用戶同時(shí)共享一臺(tái)虛擬化服務(wù)器資源。其基于vSpace技術(shù)架構(gòu)的NComputing產(chǎn)品方案通過將桌面環(huán)境自物理主機(jī)端的創(chuàng)建分發(fā)后構(gòu)成各個(gè)虛擬桌面客戶端，并實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和存儲(chǔ)空間的同步共享。

四、結(jié)語

在云計(jì)算環(huán)境下，使用服務(wù)器虛擬化技術(shù)、桌面虛擬化技術(shù)和NComputing的終端為學(xué)校計(jì)算機(jī)房的建設(shè)提供了一種新模式，這種模式對于學(xué)校來說是一個(gè)性價(jià)比非常好的選擇，NComputing能夠充分利用PC的性能，讓多位用戶同時(shí)享受豐富的個(gè)人電腦使用體驗(yàn)，每位用戶仿佛都擁有自己的個(gè)人電腦。使用NComputing虛擬桌面終端方案能夠最大限度地實(shí)現(xiàn)集中管理、資源共享，而且NComputing虛擬桌面終端本身是免維護(hù)、免升級的，一切軟硬件的維護(hù)和升級都只需在服務(wù)器端進(jìn)行。另外，云計(jì)算的模式告訴我們，在云計(jì)算模式下計(jì)算機(jī)房的建設(shè)成本、使用成本更低，是云時(shí)代值得選擇的建設(shè)方案。

[1]鄭澤.計(jì)算機(jī)房建設(shè)中的節(jié)能應(yīng)用[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2010,8(6).

[2]劉竹蓉.基于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的陜西固定資產(chǎn)投資效率研究[D],西北農(nóng)林科技大學(xué)碩士論文,2010.

[3]朱近之.智慧的云計(jì)算[M].北京:電子工業(yè)出版社,2010.

[4]深圳市寶通志遠(yuǎn)科技有限公司.虛擬桌面技術(shù)解決方案[EB/OL].http://www.ex-channel.com/.

[5]無錫三革科技有限公司.NComputing企業(yè)架構(gòu)建議書[Z].

[6]北京世紀(jì)紅山科技有限公司.基于服務(wù)器虛擬化的多用戶計(jì)算整體解決方案[Z].

[7]張玉昆.虛擬化對云計(jì)算的基礎(chǔ)支撐作用[Z].

[8]陳建新.云計(jì)算在數(shù)字化微格實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中的應(yīng)用探究[J].中國教育信息化，2010(12):19-22.

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1673-8454(2011)17-0068-03

（編輯：金冉）