張榮高

( 吉林大學珠海學院計算機科學與技術系，廣東 珠海 519040)

0 引 言

隨著云計算技術的不斷發(fā)展，桌面虛擬化將給人們使用計算機的方式帶來一場深刻的變革。VMware公司憑借其在服務器虛擬化架構的領先優(yōu)勢，推出了虛擬桌面軟件VMware View，能夠在虛擬平臺建立、托管和遠程交付豐富的個性化虛擬桌面，包括操作系統(tǒng)、應用程序和數(shù)據(jù)，同時使桌面用戶僅僅負責輸入輸出與界面顯示，不參與任何計算和應用，卻能夠在各種網(wǎng)絡條件下獲得靈活的高性能桌面體驗。

1 高校機房現(xiàn)狀分析

高校機房在管理和維護工作上仍然采用傳統(tǒng)模式。通常是一名實驗員維護上百臺計算機，需要在每臺PC 上安裝教學系統(tǒng)，桌面的部署、升級和維護十分困難。同時由于存在多種操作系統(tǒng)的需求、多版本軟件的共存等問題，導致無法滿足快速靈活的教學任務安排。隨著新技術、新軟件的不斷涌現(xiàn)，對計算機硬件的配置要求越來越高，一般來說，每隔2 ～3 年就要進行設備的更新?lián)Q代，投資回報率低。在這種情況下，高校機房迫切需要改善傳統(tǒng)的管理模式，以滿足教學的需求，而虛擬桌面的出現(xiàn)，提供了一種解決高校機房管理問題的新思路。

2 基于VMware View 實驗桌面云

2.1 實驗桌面云的基礎架構

圖1 實驗教學桌面云的基礎架構

實驗桌面云采用VMware View 基礎架構，主要由ESXi 服務器、vCenter 服務器和Connection 服務器共同構成，如圖1所示。其中ESXi 服務器是一種裸機虛擬化軟件，是高性能的虛擬化服務器、存儲和網(wǎng)絡的平臺。ESXi 服務器允許多個用戶桌面以虛擬機的形式獨立運行，同時共享CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡連接和存儲器等底層物理硬件資源。這種架構將用戶彼此隔離，使每位用戶都擁有自己的操作系統(tǒng)，同時可以實現(xiàn)精確的資源分配，并能保護用戶免受由其他用戶活動所造成的應用程序崩潰和操作系統(tǒng)故障的影響。

實驗桌面云在ESXi 服務器采用服務器虛擬化方式安裝AD 域控制虛擬機、vCenter 管理中心虛擬機和Connection 服務器虛擬機，各虛擬機的基本配置和作用如下:

AD 域控制虛擬機基本配置為Windows Server 2003 操作系統(tǒng)、4 核vCPU(虛擬CPU)、8G vMEM(虛擬內(nèi)存)。AD 服務器的作用是提供活動目錄管理、域名服務DNS 和IP 地址動態(tài)分配服務DHCP，同時提供用于所有虛擬桌面用戶的管理。

vCenter 管理中心虛擬機基本配置為Windows Server 2008 R2 操作系統(tǒng)、4 核vCPU、2G vMEM。vCenter 服務器是一個虛擬機集中管理組件，安裝了View Composer 組件。View Composer 組件使用鏈接克隆技術，快速創(chuàng)建與主映像共享虛擬磁盤的桌面映像，從而節(jié)省磁盤空間和簡化管理。

Connection 服務器虛擬機基本配置為Windows Server 2008 R2 操作系統(tǒng)、2 核vCPU、2G vMEM。Connection 服務器虛擬機主要負責使用者和數(shù)據(jù)中心的虛擬桌面間的連結管理。借助View Composer的幫助，實現(xiàn)對虛擬桌面的高級管理功能，包括電源操作管理、虛擬桌面池管理、驗證用戶身份、授予桌面權利、管理虛擬桌面會話等。

2.2 實驗桌面云資源池的規(guī)劃和優(yōu)化

實驗桌面云資源池建議按照不同的教學場景來分組，不同類型課程可以擁有一個獨立的個性化虛擬桌面，分別安裝所需要的操作系統(tǒng)和教學軟件:

(1)普通應用。典型課程有計算機文化基礎等，安裝Windows XP 操作系統(tǒng)，主要教學軟件為Microsoft Office 2003 辦公軟件，需要通過IE6 瀏覽器登錄輔導網(wǎng)站，觀看教學視頻和教學課件，完成在線作業(yè)和在線測試。

(2)多媒體教學。典型課程有多媒體技術、動畫制作、機械制圖等，安裝Windows 7 操作系統(tǒng)，主要教學軟件有Adobe Photoshop、Adobe Flash、AutoCAD、3D Max 等。

(3)程序開發(fā)。典型課程有C#.NET 程序設計、Java 語言程序設計、數(shù)據(jù)庫原理與應用等，安裝Windows 7 操作系統(tǒng)，主要教學軟件有Visual Studio.Net、MyEclipse、SQL Server 等。

實驗桌面云教學場景的切換也十分容易，只需要簡單關閉桌面池，打開另一類桌面池即可。

實驗桌面云資源池建議采用非永久性桌面池，當下次重啟后，虛擬機會回退到初始狀態(tài)，任何變更都不會保留，供將來給其他人使用。例如在做計算機網(wǎng)絡實驗時，每一次都需要把網(wǎng)絡設置恢復到初始狀態(tài)才可正常進行，然而常常會出現(xiàn)上一組學生對網(wǎng)絡進行了錯誤配置，從而影響到下一組學生的使用。如果采用非永久性桌面池，只需重啟虛擬桌面就可以快速地復原網(wǎng)絡，保障教學活動的順利開展。

實驗桌面云資源池的規(guī)劃要注意對操作系統(tǒng)進行優(yōu)化，可以使用腳本或組策略來實現(xiàn)優(yōu)化操作。比如關閉所有主題增強功能、刪除系統(tǒng)還原點、禁用任何不需要的服務、刪除所有背景墻紙等，這樣可加快虛擬桌面的運行速度。

2.3 實驗桌面云存儲系統(tǒng)的規(guī)劃和優(yōu)化

存儲系統(tǒng)的性能往往是虛擬桌面的瓶頸所在，需要進行良好的規(guī)劃。存儲容量如果以每個用戶50G系統(tǒng)空間和10G 用戶空間計算，在采用View Composer 技術時，多個用戶可共享系統(tǒng)空間，可以節(jié)約近70%的存儲空間，考慮到冗余量，100個用戶需要3T的存儲空間。

針對虛擬桌面隨機零散讀寫需求較高的應用，可以將所有磁盤配置為RAID 10，雖空間利用率較低，但I/O 性能提升較多。存儲系統(tǒng)的規(guī)劃還必須考慮虛擬桌面的啟動風暴。根據(jù)經(jīng)驗及用戶習慣分析，虛擬桌面用戶對I/O 性能要求平均在10 ～30 IOPS 左右。但是虛擬桌面的啟動會大大加重存儲系統(tǒng)I/O訪問載荷，往往會達到50 ～100個IOPS。由于使用鏈接克隆技術時，虛擬桌面啟動時磁盤活動大部分來自于母版映像，因此，可將虛擬機的母版映像文件和副本放置在固態(tài)硬盤SSD存儲池中，而一個SSD 可以處理大約5000個IOPS，可滿足50個虛擬桌面的啟動需求。同時可使用配置廉價SATA 磁盤的傳統(tǒng)SAN 來存放用戶數(shù)據(jù)，以降低存儲系統(tǒng)的整體費用。

3 實驗桌面云的應用

實驗桌面云能大大改善高校機房的管理和維護，這主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)實驗桌面云的客戶端能充分利用機房原來的舊PC，延長了其生命周期，降低實驗設備更新?lián)Q代的采購成本。

(2)實驗桌面云在無需停機的情況下，快速地完成教學系統(tǒng)的部署。無論是虛擬桌面的升級、復原，都只需簡單地點一下鼠標就能完成。如升級母版操作系統(tǒng)、升級軟件補丁、更新預裝軟件后，只需執(zhí)行一下Recompose 動作即可。當出現(xiàn)教學系統(tǒng)中毒，教學系統(tǒng)因膨脹變慢，誤刪除教學系統(tǒng)文件等情況下，只需執(zhí)行Refresh 動作即可回退到系統(tǒng)初始狀態(tài)。與傳統(tǒng)機房GHOST 技術和還原卡相比較，虛擬桌面的維護顯得更加靈活更加簡單。

(3)實驗桌面云能夠為全校師生提供永遠在線的虛擬桌面服務。學生可以隨時通過校園網(wǎng)訪問實驗桌面云，在課余時間也能繼續(xù)完成相關的學習和實驗。教師也可以自由登錄實驗桌面云完成實驗備課、課堂演示等教學活動。

(4)實驗桌面云能提供許多虛擬化的實驗資源，例如虛擬服務器等。在學院立項項目的開發(fā)中，搭建了Web 和數(shù)據(jù)庫兩個虛擬服務器等，取得不錯使用效果，節(jié)省物理服務器的采購費用。而在網(wǎng)絡實驗課中，教師可將不同的系統(tǒng)，包括DNS 系統(tǒng)、網(wǎng)站系統(tǒng)、防火墻系統(tǒng)和安全證書等安裝在相互獨立的虛擬機中，再組合成一個功能齊全的網(wǎng)絡應用環(huán)境，順利模擬了異構平臺下各種網(wǎng)絡應用和服務。

4 結束語

基于VMware View 實驗桌面云大大簡化了高校機房的管理和維護工作，提高了高校機房的資源利用率，為計算機實驗教學提供一個全新而高效的平臺，同時還推動了教室桌面云、辦公桌面云等校園云計算平臺的建設工作。

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