張 慶，戴 娟，周莉萍

（1.安徽建筑大學(xué) 信息網(wǎng)絡(luò)中心，合肥 230601；2.安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械系，合肥 230041）

0 引 言

隨著高校辦學(xué)規(guī)模的擴(kuò)大，中心機(jī)房作為承載計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要環(huán)境，其設(shè)備數(shù)量不斷增加。為滿足豐富的專業(yè)課設(shè)置，要求搭建更新、更復(fù)雜的軟件環(huán)境，這對(duì)機(jī)房計(jì)算機(jī)的性能要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)機(jī)房的管理模式越來(lái)越不適應(yīng)該趨勢(shì)。虛擬桌面架構(gòu)（virtual desktop infrastructure，VDI）是建立在虛擬化技術(shù)基礎(chǔ)上，將用戶的桌面管理和配置工作都遷移至數(shù)據(jù)中心［1］，以“桌面即服務(wù)（DaaS）”的方式為用戶提供計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)機(jī)房管理和運(yùn)維的不足。

1 傳統(tǒng)機(jī)房管理問(wèn)題

高校機(jī)房環(huán)境伴隨IT技術(shù)的更新，就一直存在著“用戶使用的個(gè)性化”與“機(jī)房管理的規(guī)范化”之間的矛盾，主要包括以下幾方面：

1）軟件環(huán)境受到物理設(shè)備性能的約束。機(jī)房PC的更新速度很難滿足軟件環(huán)境的需求。例如：科學(xué)計(jì)算軟件、仿真平臺(tái)軟件、3D和繪圖軟件、開(kāi)發(fā)工具軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等都無(wú)法在低性能的PC下很好的使用。升級(jí)設(shè)備的方法不僅成本高，而且難以跟上軟件更新的步伐，不能從根本上解決問(wèn)題。

2）機(jī)房中采用“還原卡”的方式控制用戶對(duì)軟件環(huán)境的隨意修改，保護(hù)管理人員部署的教學(xué)環(huán)境，但也限制了學(xué)生和老師安裝特定的教學(xué)軟件環(huán)境，約束了用戶進(jìn)行軟件的安裝、選擇OS環(huán)境、管理權(quán)限的使用、桌面布局習(xí)慣的更改等個(gè)性化的要求。實(shí)驗(yàn)作業(yè)也無(wú)法保留在實(shí)驗(yàn)設(shè)備上，設(shè)備環(huán)境的安全約束和個(gè)性定制方面的矛盾越來(lái)越突出。

3）實(shí)驗(yàn)環(huán)境的遷移困難。學(xué)生和教師的實(shí)驗(yàn)環(huán)境被固化在機(jī)房，學(xué)生必須在指定時(shí)間完成任務(wù)。不方便學(xué)生課下實(shí)驗(yàn)的任務(wù)。學(xué)生只能依賴U盤(pán)拷貝，回去后重新部署實(shí)驗(yàn)環(huán)境，該模式不僅效率低，而且有時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

虛擬桌面架構(gòu)分離了物理設(shè)備和操作系統(tǒng)間的緊密耦合，解決機(jī)房管理中存在的問(wèn)題，給出了一種高效地、低成本的解決方案。

2 虛擬桌面架構(gòu)

2.1 虛擬桌面

虛擬化技術(shù)包含了虛擬存儲(chǔ)技術(shù)、虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬服務(wù)器技術(shù)、虛擬桌面技術(shù)和虛擬應(yīng)用技術(shù)等多個(gè)方面［2］。其中虛擬桌面技術(shù)在硬件、軟件環(huán)境和用戶間增加了虛擬層，解除了三者之間的耦合關(guān)系。用戶可以通過(guò)任何設(shè)備，在任何地點(diǎn)，任何時(shí)間訪問(wèn)數(shù)據(jù)中心的屬于個(gè)人的虛擬桌面組件，管理者可以對(duì)成百上千的虛擬終端進(jìn)行統(tǒng)一認(rèn)證、管理、分配和回收資源。

虛擬桌面技術(shù)能快速、批量地部署業(yè)務(wù)環(huán)境，并提供統(tǒng)一管理，眾多虛擬化廠商也推出優(yōu)秀的虛擬桌面產(chǎn)品，例如：VMWare Viewer和Citrix XenDesktop，本文以VMware的虛擬化桌面為討論對(duì)象，討論其在機(jī)房環(huán)境應(yīng)用下帶來(lái)的改進(jìn)。

2.2 虛擬桌面架構(gòu)

虛擬桌面架構(gòu)的建立于數(shù)據(jù)中心虛擬化服務(wù)的基礎(chǔ)上，其管理以托管服務(wù)形式交付，其架構(gòu)的層次分為支持層、管理層、用戶體驗(yàn)層［3］，如圖1所示。

1）支持層提供基本的硬件基礎(chǔ)架構(gòu)和集中化的虛擬桌面資源池，主要功能包括：提供硬件資源的在線配置；實(shí)現(xiàn)物理資源的動(dòng)態(tài)調(diào)整；確保零停機(jī)和零數(shù)據(jù)丟失；確保虛擬桌面具有高可用性（high availability，HA）等核心功能。

2）管理層強(qiáng)調(diào)桌面維護(hù)的高效性和安全性，提高管理工作的自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)功能包括：虛擬桌面環(huán)境的批量部署；統(tǒng)一的監(jiān)控；自動(dòng)化更新管理；集中的應(yīng)用安全策略；集中的防病毒管理；優(yōu)化的操作系統(tǒng)管理；快速備份和恢復(fù)（Data Recovery）。

3）用戶體驗(yàn)層強(qiáng)調(diào)對(duì)虛擬桌面安全的、靈活的使用，為用戶訪問(wèn)桌面環(huán)境提供豐富的、友好的體驗(yàn)支持，客戶無(wú)需對(duì)前端設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模的升級(jí)，確保較低的實(shí)施成本。用戶體驗(yàn)層的功能包括：支持豐富的端點(diǎn)設(shè)備類型，包括PC、平板和智能移動(dòng)設(shè)備等；支持網(wǎng)絡(luò)低帶寬下的高效數(shù)據(jù)傳輸；可離線的本地化操作模式。

圖1 虛擬桌面架構(gòu)的層次

3 虛擬化桌面在機(jī)房應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

桌面虛擬化與傳統(tǒng)PC的機(jī)房運(yùn)作方式的根本不同在于虛擬桌面不再將系統(tǒng)固化在物理PC設(shè)備中，而將系統(tǒng)以文件形式保存于數(shù)據(jù)中心，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將系統(tǒng)環(huán)境發(fā)布到客戶端。虛擬桌面在機(jī)房應(yīng)用上的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在“用戶使用”“機(jī)房管理”“運(yùn)行成本”3個(gè)方面。

3.1 用戶使用的優(yōu)勢(shì)

從教師角度看，教師無(wú)需要求機(jī)房管理人員打開(kāi)“還原卡”為自己部署實(shí)驗(yàn)環(huán)境。教師可自主在虛擬桌面環(huán)境下配置實(shí)驗(yàn)環(huán)境，并可將配置后的虛擬桌面文件生成映像文件，用于克隆學(xué)生實(shí)驗(yàn)的虛擬桌面。

從學(xué)生角度看，傳統(tǒng)機(jī)房的桌面環(huán)境是多人分批次共用一個(gè)桌面環(huán)境，桌面環(huán)境必須統(tǒng)一規(guī)范。學(xué)生必須在實(shí)驗(yàn)課堂上完成所有實(shí)驗(yàn)，并提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)環(huán)境和結(jié)果無(wú)法保留在機(jī)房設(shè)備上。在虛擬桌面條件下，每個(gè)學(xué)生可分配一個(gè)或多個(gè)虛擬桌面文件。學(xué)生既可在實(shí)驗(yàn)課堂上使用，也可在課下通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接到自己的虛擬桌面。

3.2 機(jī)房管理方面的優(yōu)勢(shì)

機(jī)房管理人員的主要工作量將不再面向前端的PC環(huán)境，而是統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)中心的虛擬桌面資源，確保后臺(tái)物理資源能夠滿足虛擬桌面資源池的需要。虛擬化技術(shù)可以輕松實(shí)現(xiàn)在同一臺(tái)PC上不同操作系統(tǒng)間的切換，不再需要反復(fù)的安裝系統(tǒng)。管理人員主要的工作不是對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)，而是針對(duì)資源的分配、部署和收回，極大提高了工作效率。

3.3 運(yùn)行成本方面的優(yōu)勢(shì)

減少維護(hù)成本，虛擬桌面系統(tǒng)提供便捷的分配、部署和回收管理平臺(tái)，虛擬桌面的生成采用克隆技術(shù)，具有較高的自動(dòng)化程度。

壓縮PC端成本，虛擬桌面技術(shù)將計(jì)算都集中于數(shù)據(jù)中心，極大的降低了對(duì)機(jī)房設(shè)備硬件性能的要求。

降低能耗成本，PC性能越高能耗越高，以瘦客戶端模式運(yùn)行則能耗會(huì)大大降低，耗電量不到PC的六分之一，其終端數(shù)量越多，則能耗上優(yōu)勢(shì)越突出。

4 基于虛擬桌面架構(gòu)的機(jī)房環(huán)境建設(shè)

4.1 基于虛擬桌面架構(gòu)的機(jī)房系統(tǒng)

基于虛擬化技術(shù)架構(gòu)下的中心機(jī)房管理平臺(tái)，建立在已有的企業(yè)級(jí)虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)平臺(tái)上，虛擬化服務(wù)是虛擬桌面的支持層，通過(guò)統(tǒng)一調(diào)配多臺(tái)物理服務(wù)器的資源，為虛擬桌面的運(yùn)行劃分必要的計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源和通信資源等。管理層包括了克隆模塊、訪問(wèn)控制、補(bǔ)丁升級(jí)等，使得整套系統(tǒng)的維護(hù)更加高效。用戶體驗(yàn)層是訪問(wèn)接口，確保虛擬桌面的用戶體驗(yàn)達(dá)到本地桌面的效果。

VMware可部署基于虛擬桌面架構(gòu)的機(jī)房環(huán)境［4］（見(jiàn)圖2）。整個(gè)架構(gòu)以VMware Infrastructure組件為核心管理著硬件資源，構(gòu)成集中化的虛擬桌面資源池（Centralized Virtual Desktops）。平臺(tái)中提供多種工具，如桌面管理器（View Manager）、虛擬機(jī)映像快速部署器（View Composer）、統(tǒng)一訪問(wèn)控制器（Unified Access）、活動(dòng)目錄（Active Directory）等。在前端的VMware View Client可接入后臺(tái)虛擬桌面，離線桌面（Offline Desktop）是網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)的應(yīng)急處理模塊。

圖2 基于虛擬桌面架構(gòu)的機(jī)房系統(tǒng)

圍繞虛擬桌面架構(gòu)介紹相關(guān)重要組件：

1）虛擬化基礎(chǔ)構(gòu)件（VMware Infrastructure）為整個(gè)虛擬桌面資源池提供可靠性和安全性保障，通過(guò)HA和DRS保障虛擬桌面環(huán)境的穩(wěn)定運(yùn)行，具有自動(dòng)化的負(fù)載均衡功能，提供簡(jiǎn)單的容災(zāi)和備份功能，具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性。

2）集中管理工具（VCenter、View Manager、Unified Access），VCenter可輔助機(jī)房管理員能夠集中管理數(shù)千個(gè)虛擬桌面，監(jiān)控整個(gè)虛擬機(jī)的運(yùn)行，簡(jiǎn)化虛擬桌面的管理、調(diào)配和部署。通過(guò) View Manager可以為前端用戶提供賬戶管理、安全防護(hù)等功能。

3）快速部署工具（View Composer）可讓用戶快速創(chuàng)建與基于父映像的虛擬桌面文件，同時(shí)對(duì)用戶數(shù)據(jù)和設(shè)置進(jìn)行分段以便能夠獨(dú)立管理，因此修補(bǔ)和更新父映像鏈接的桌面時(shí)不會(huì)影響用戶數(shù)據(jù)和設(shè)置，是實(shí)現(xiàn)機(jī)房前段個(gè)性化定制的必要支撐。

4）前臺(tái)連接程序（View Client），該軟件部署于機(jī)房PC、移動(dòng)設(shè)備或瘦客戶端，為用戶連接和使用后臺(tái)虛擬桌面資源池中的虛擬桌面服務(wù)提供接口。

4.2 基于虛擬桌面的機(jī)房管理模式

傳統(tǒng)機(jī)房管理模式是針對(duì)大量PC設(shè)備的維護(hù)，確保每臺(tái)PC的穩(wěn)定運(yùn)行。然而隨著PC上各種實(shí)驗(yàn)軟件的安裝，必然導(dǎo)致軟件環(huán)境的復(fù)雜化，軟件之間的沖突，補(bǔ)丁升級(jí)和卸載困難等問(wèn)題也越來(lái)越突出。大量軟件也導(dǎo)致PC性能的下降，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)運(yùn)行環(huán)境的惡化。因此機(jī)房管理人員強(qiáng)調(diào)對(duì)機(jī)器部署的規(guī)范化。

基于虛擬桌面的機(jī)房管理模式的重點(diǎn)是對(duì)數(shù)據(jù)中心資源的管理，確保虛擬桌面數(shù)量的增加不會(huì)耗盡服務(wù)端的資源。維護(hù)人員的主要職責(zé)是管理資源，具體任務(wù)主要包括：映像文件管理、虛擬桌面的部署和回收、系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控和告警、日常維護(hù)和安全控制。

5 結(jié) 語(yǔ)

與傳統(tǒng)分布式PC桌面系統(tǒng)的部署相比，采用桌面虛擬化架構(gòu)不僅提升了管理人員的效率，也使得大量機(jī)房成本更加精簡(jiǎn)，整體運(yùn)維成本更加低廉。虛擬化桌面架構(gòu)為現(xiàn)代機(jī)房帶來(lái)了移動(dòng)計(jì)算、方便管理和低成本3大改進(jìn)［5］。因此，隨著虛擬化技術(shù)的完善和發(fā)展，虛擬桌面技術(shù)在輔助教學(xué)的應(yīng)用中會(huì)更加廣泛。

［1］董焱.基于虛擬化技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心環(huán)境構(gòu)建 ［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011，28（3）：300－302.

［2］陳全，鄧倩妮.云計(jì)算及其關(guān)鍵技術(shù)［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2009，29（9）：2562－2566.

［3］王琴，王寶俊.基于云計(jì)算的虛擬多媒體教室的研究與架構(gòu)［J］.電化教育研究，2012，1：65－67.

［4］VMWARE.Step－by－Step Guide to Designing School Labs with VMware View［EB／OL］.［2014－03－16］.http：∥www.vmware.com.

［5］祝智庭，楊志和.云技術(shù)給中國(guó)教育信息化帶來(lái)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)［J］.中國(guó)電化教育，2012，14（10）：1－6.

［6］SUGANG M.A Review on Cloud Computing Development［J］.J Networks，2012（2）：305－310.

［7］尚建新，解月光.云計(jì)算模型下的PLE 構(gòu)建初探［J］.現(xiàn)代教育技術(shù)，2009，4（19）：46－49.

［8］張慶.校園構(gòu)建高可靠服務(wù)器虛擬環(huán)境［J］.中國(guó)教育網(wǎng)絡(luò)，2013，7（9）：56－57.

［9］朱惠娟.云計(jì)算及其在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建中的應(yīng)用初探［J］.中國(guó)電化教育，2009，11（4）：105－107.

［10］郭峰.基于云計(jì)算的虛擬化技術(shù)在高校教學(xué)服務(wù)中的應(yīng)用研究［D］.北京：北京工業(yè)大學(xué)，2013.

［11］王佳雋.基于云計(jì)算環(huán)境的虛擬化資源管理研究［D］.上海：復(fù)旦大學(xué)，2011.

［12］SUSANTA N.A Survey on Virtualization Technologies［EB／OL］.［2010－08－14］.http：∥www.docin.com／p－71060472.html.

［13］趙建華.預(yù)防虛擬機(jī)蔓延的最佳方法［J］.軟件世界，2007（7）：57－57.

［14］張勇，章蘇靜.對(duì)教育技術(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的探討［J］.浙江師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，28（3）289－292.

［15］白偉，李鳳英.桌面虛擬化軟件數(shù)據(jù)處理能力測(cè)試與分析［J］.寧夏師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，34（6）74－76.