陳黎明+王蓉

摘要：分析了目前高校桌面虛擬化建設(shè)現(xiàn)狀和虛擬桌面的整體架構(gòu)，以本校辦公環(huán)境為基礎(chǔ)對(duì)桌面虛擬化各組件進(jìn)行了量化分析和計(jì)算，就在實(shí)施過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)的瓶頸問(wèn)題進(jìn)行了探討，并提出了最終的解決方案。

關(guān)鍵詞： 桌面虛擬化；量化分析；計(jì)算池；存儲(chǔ)池

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）10-0071-02

Abstract： Analysis of the current university desktop virtualization construction status and the overall architecture of virtual desktop， on the basis of the school office environment for desktop virtualization has carried on the quantitative analysis and calculation， and components in the implementation process there may be the bottleneck problem are discussed in this paper， and the final solution was put forward.

Key words： desktop virtualization； quantitative analysis； computing pool； storage pool

1 高校桌面虛擬化的驅(qū)動(dòng)力

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等理念的深入推進(jìn)，數(shù)據(jù)將成為應(yīng)用的重點(diǎn)，與數(shù)據(jù)相關(guān)的應(yīng)用，如數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)備份、遠(yuǎn)程同步、軟件分發(fā)等應(yīng)用在高校教學(xué)、實(shí)驗(yàn)以及科研環(huán)境中的需求越來(lái)越高，而由計(jì)算機(jī)支撐的傳統(tǒng)桌面實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用不僅成本高昂，且安全風(fēng)險(xiǎn)大，工作效率低、管理復(fù)雜。另一方面，學(xué)生和老師都要求在進(jìn)行教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和科研時(shí)，能夠隨時(shí)隨地快速接入和訪問(wèn)這些應(yīng)用系統(tǒng)，在做到數(shù)據(jù)同步的同時(shí)，更要求保證數(shù)據(jù)安全。特別是隨著云計(jì)算需求的不斷增加，如何安全、穩(wěn)定的及時(shí)交付和管理數(shù)據(jù)已經(jīng)成為各高校信息化管理人員需考慮的重要問(wèn)題。虛擬化是云計(jì)算的一項(xiàng)核心技術(shù)，它為云計(jì)算服務(wù)提供基礎(chǔ)架構(gòu)層面的支撐，是IT服務(wù)快速走向云計(jì)算的最主要驅(qū)動(dòng)力?？梢哉f(shuō)，沒(méi)有虛擬化技術(shù)也就沒(méi)有云計(jì)算服務(wù)的落地與成功。隨著云計(jì)算應(yīng)用的持續(xù)升溫，人們對(duì)虛擬化技術(shù)的需求也提到了一個(gè)新的高度。

2 高校虛擬桌面架構(gòu)分析

近年來(lái)，桌面虛擬化在國(guó)內(nèi)蓬勃發(fā)展，中國(guó)海洋大學(xué)，西南財(cái)經(jīng)大學(xué)，中國(guó)人民大學(xué)等多家大學(xué)已經(jīng)采用桌面虛擬化技術(shù)來(lái)替代傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的使用。其發(fā)展勢(shì)頭有超過(guò)服務(wù)器虛擬化的趨勢(shì)。目前業(yè)內(nèi)主流并成熟的虛擬化方案有Citrix、VMWare兩家，此次方案我們采用的是VMWare View 架構(gòu)體系，如圖1所示。

從圖中我們可以看出，虛擬桌面基本組件主要包括以下幾部分：

1） 軟件組件：包括虛擬服務(wù)器和虛擬桌面，還有整個(gè)系統(tǒng)的管理組件（域、虛擬化管理中心）；

2） 計(jì)算池：這里指的是硬件服務(wù)器，其是支撐虛擬桌面的主要組件，關(guān)鍵部分就是CPU和內(nèi)存配置；

3） 存儲(chǔ)池：所有虛擬桌面的存儲(chǔ)空間。除了容量之外，存儲(chǔ)的讀取速度也很重要，畢竟虛擬桌面全部存放在存儲(chǔ)中，大量用戶同時(shí)在線時(shí)，存儲(chǔ)設(shè)備的IOPS （Input/Output Operations Per Second，即每秒進(jìn)行讀寫操作的次數(shù)）是我們需要考察的重要指標(biāo)；

4） 網(wǎng)絡(luò)池：這里指的是硬件網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和虛擬交換設(shè)備兩部分，交換性能的好壞直接影響著虛擬桌面使用者的使用體驗(yàn)；

5） 安全池：整個(gè)方案中必須要考慮的信息安全問(wèn)題以及數(shù)據(jù)保護(hù)措施；

6） 終端設(shè)備：包括現(xiàn)有PC、瘦客戶機(jī)、移動(dòng)終端（智能手機(jī)、平板電腦）等。

桌面虛擬化和服務(wù)器虛擬化略有不同，在應(yīng)用過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)用戶體驗(yàn)不佳的問(wèn)題，如果在項(xiàng)目實(shí)施之前就能夠?qū)ψ烂嫣摂M化各組件的配置進(jìn)行詳細(xì)的分析和計(jì)算，將會(huì)對(duì)實(shí)施之后的使用效果有明顯的保證。根據(jù)我校教職員工數(shù)量，以及初步的虛擬化方案以滿足辦公為主，我們將按照1500用戶數(shù)量對(duì)虛擬桌面組成中的每一部分的需求做詳細(xì)的量化分析。

3 虛擬桌面組件選擇與量化分析

3.1 虛擬化軟件的選擇

虛擬化軟件我們此次選擇的是VMWare View，VMWare View以托管服務(wù)的形式從專為交付整個(gè)桌面而構(gòu)建的虛擬化平臺(tái)上交付豐富的個(gè)性化虛擬桌面，而不僅僅是應(yīng)用程序以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化桌面管理。通過(guò) VMware View，您可以將虛擬桌面整合到數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器中，并獨(dú)立管理操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和用戶數(shù)據(jù)，從而在獲得更高業(yè)務(wù)靈活性的同時(shí)，使最終用戶能夠通過(guò)各種網(wǎng)絡(luò)條件獲得靈活的高性能桌面體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)桌面虛擬化的個(gè)性化。

3.2 計(jì)算池量化分析與設(shè)計(jì)

1）CPU量化計(jì)算

首先需要考慮虛擬桌面用戶使用場(chǎng)景，此次部署的虛擬桌面主要用來(lái)滿足普通的教職員工的日常辦公，基本操作包括使用office軟件、瀏覽網(wǎng)頁(yè)、Flash視頻；運(yùn)行基于BS架構(gòu)的各種應(yīng)用；不包括圖像編輯、三維制作等一系列消耗資源的活動(dòng)，通過(guò)分析之后得出的結(jié)論是此類用戶屬于中度負(fù)載用戶。按照VMware官方推薦，中度負(fù)載場(chǎng)景下一個(gè)刀片服務(wù)器CPU核心可支持3個(gè)虛擬桌面用戶，量化分析過(guò)程如下：

1500用戶所需要的CPU核心的數(shù)量為：1500÷3=500（個(gè)），一個(gè)半寬刀片服務(wù)器含2顆物理CPU；每個(gè)物理CPU 12個(gè)核心，共需要刀片服務(wù)器數(shù)量：500÷（2顆×12核心）=21（臺(tái)），為保障未來(lái)的遷移冗余，額外增加3臺(tái)冗余服務(wù)器。因此按1500用戶計(jì)所需刀片服務(wù)器數(shù)量為24臺(tái)。

2）內(nèi)存載荷量化計(jì)算

每臺(tái)刀片服務(wù)器可承載72（以2CPU*12核*3虛擬桌面計(jì)）個(gè)虛擬桌面；按每個(gè)桌面分配4G內(nèi)存計(jì)；虛擬化操作系統(tǒng)ESXI又需要額外20%的內(nèi)存的開銷；而且每臺(tái)刀片服務(wù)器最大內(nèi)存使用率不得超過(guò)80%。所以每臺(tái)刀片服務(wù)器需要的內(nèi)存數(shù)計(jì)算結(jié)果為：（24核×3虛擬桌面×4G）×（1+20%）×（1+20%）=414G內(nèi)存 。由于內(nèi)存條容量大小都是定制好的，因此取整后每臺(tái)刀片服務(wù)器需配置512G內(nèi)存。

3.3 存儲(chǔ)池量化分析與設(shè)計(jì)

1）存儲(chǔ)帶寬 和 IOPS計(jì)算

目前的用戶數(shù)量為1500個(gè)并發(fā)桌面；每虛擬桌面存儲(chǔ)帶寬帶寬官方指導(dǎo)數(shù)據(jù)為300kbps；每虛擬桌面IOPS需求官方指導(dǎo)數(shù)據(jù)為12IOPS；以及用戶數(shù)據(jù)的讀寫比例為4：1來(lái)計(jì)算，總存儲(chǔ)帶寬需求為1500×300Kbps=450Mbps，總IOPS需求為1500×12（IOPS）=18000（IOPS）。目前主流存儲(chǔ)通常都是8GB FC存儲(chǔ)，因此能夠完全滿足要求。

2）存儲(chǔ)容量計(jì)算

虛擬桌面存儲(chǔ)池模式在本方案中按照“完全克隆”模式來(lái)設(shè)計(jì)相應(yīng)的存儲(chǔ)容量。按最大并發(fā)虛擬桌面數(shù)量1500個(gè)計(jì)算；每個(gè)用戶分配的系統(tǒng)與應(yīng)用數(shù)據(jù)空間為20G；每個(gè)用戶數(shù)據(jù)和配置文件占15G；虛擬桌面管理服務(wù)器占1500G。總?cè)萘苛炕?jì)算為1500×（20+15）G+1500G=53.5TB。

3.4 網(wǎng)絡(luò)池量化分析與設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)池設(shè)計(jì)規(guī)劃還是以太網(wǎng)，虛擬桌面用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求主要參數(shù)按照如下情況來(lái)進(jìn)行計(jì)算：

1） 一臺(tái)顯示器，分辨率為1920×1080；

2） 頻繁使用office應(yīng)用程序；

3） 大量瀏覽嵌入Flash的web內(nèi)容；

4） 經(jīng)常進(jìn)行多媒體應(yīng)用；

5） 經(jīng)常使用基于USB的外圍設(shè)備；

6） 經(jīng)常使用網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)。

再加上VMware官方推薦每虛擬桌面35Mbps帶寬參照數(shù)據(jù)，每臺(tái)刀片服務(wù)器所需的帶寬為（24核×3虛擬桌面×35Mbps）×（1+25%冗余量）=3150Mbps；根據(jù)量化數(shù)值可推算出服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)配置如下：

1） 每臺(tái)刀片服務(wù)器配置2塊10Gb以太網(wǎng)卡，實(shí)現(xiàn)冗余和負(fù)載均衡；

2） 每臺(tái)刀片機(jī)箱（共2臺(tái)）分別配置2個(gè)10Gb以太網(wǎng)交換機(jī)；

3） 刀片機(jī)箱交換機(jī)和上聯(lián)核心交換機(jī)配置鏈路聚合；

4） 兩臺(tái)核心交換機(jī)（現(xiàn)有設(shè)備）每臺(tái)至少需要4個(gè)10Gb網(wǎng)絡(luò)接口。

3.5 信息安全和數(shù)據(jù)保護(hù)

如果未在虛擬化項(xiàng)目的初期引入信息安全措施，虛擬化的安全風(fēng)險(xiǎn)有可能會(huì)導(dǎo)致其所有上層系統(tǒng)面臨數(shù)據(jù)安全的風(fēng)險(xiǎn)，虛擬化層的數(shù)據(jù)泄漏后會(huì)造成所有托管應(yīng)用的數(shù)據(jù)泄漏，使得對(duì)虛擬化管理程序管理性訪問(wèn)缺乏完全的控制，導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)和安全控制存在潛在的風(fēng)險(xiǎn)。因此虛擬化環(huán)境中的信息安全保護(hù)方案是必須要提前考慮的重要環(huán)節(jié)。

虛擬化環(huán)境對(duì)數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)提出了新的要求，傳統(tǒng)的備份方式已經(jīng)難以滿足虛擬化環(huán)境的需求。數(shù)據(jù)備份同樣是虛擬化數(shù)據(jù)保護(hù)的有效方式，但是備份工作會(huì)產(chǎn)生大量重復(fù)數(shù)據(jù)對(duì)于虛擬化系統(tǒng)來(lái)說(shuō)重復(fù)數(shù)據(jù)量將會(huì)是更大，所以虛擬化系統(tǒng)備份必須有重復(fù)數(shù)據(jù)刪除功能，同時(shí)必須有強(qiáng)大的可擴(kuò)展性。數(shù)據(jù)備份的目的是為了恢復(fù)，虛擬化系統(tǒng)需要即時(shí)全虛擬機(jī)恢復(fù)、即時(shí)文件恢復(fù)、驗(yàn)證備份文件可恢復(fù)性。此次虛擬桌面項(xiàng)目中數(shù)據(jù)統(tǒng)一保護(hù)方式我們采用了利用外置的含重復(fù)數(shù)據(jù)消除功能的虛擬帶庫(kù)（VTL），配合專業(yè)備份軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全保護(hù)。

3.6 終端設(shè)備分析與選型

虛擬桌面的終端設(shè)備推薦使用瘦客戶機(jī)，傳統(tǒng)的臺(tái)式機(jī)雖然功能強(qiáng)大，對(duì)軟件的支持性更有優(yōu)勢(shì)，但是在安全性和節(jié)能降噪方面比瘦客戶機(jī)要遜色很多。如果單位對(duì)數(shù)據(jù)的安全性有一定要求的話，管控方便的瘦客戶機(jī)絕對(duì)是不二的選擇。按每天開機(jī)8小時(shí)，每年260個(gè)工作日，工業(yè)用電1 度電￥1.10計(jì)算，可以看到瘦客戶機(jī)和傳統(tǒng)臺(tái)式機(jī)之間在節(jié)能降耗方面差別相當(dāng)明顯：

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)量化的設(shè)計(jì)研究，可以明確的規(guī)劃出桌面虛擬化項(xiàng)目中相關(guān)組件的用量，在具體實(shí)施過(guò)程時(shí)有的放矢，以免產(chǎn)生瓶頸或者冗余和浪費(fèi)。桌面虛擬化的實(shí)施，加強(qiáng)了辦公桌面的標(biāo)準(zhǔn)化管理，降低了辦公環(huán)境的宕機(jī)時(shí)間，減少了出現(xiàn)問(wèn)題的次數(shù)，改善了用戶體驗(yàn)；而且通過(guò)桌面虛擬化能夠很方便的嚴(yán)格把關(guān)辦公應(yīng)用的使用范圍，確保辦公信息的安全，提高辦公效率；同時(shí)虛擬桌面使得計(jì)算資源動(dòng)態(tài)化，讓桌面環(huán)境管理水平躍上了一個(gè)新的臺(tái)階。

參考文獻(xiàn)：

[1] 姜昌金， 陶樺，黃琦，等. 桌面虛擬化技術(shù)在校園網(wǎng)環(huán)境的應(yīng)用[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011，28（5）：103-105.

[2] 郝靜鵬. 桌面云技術(shù)在高校行政與教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].辦公自動(dòng)化，2012（9）：49-51.

[3] 樊光輝.基于VMWare桌面虛擬化應(yīng)用的優(yōu)化策略[J].軟件，2013，34（8）：7-9.

[4] 薛強(qiáng).桌面虛擬化在高校的使用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（35）：71.

[5] 陳勤.桌面虛擬化在高校日常教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國(guó)教育信息化，2013（4）：81-83.