林引盈

摘要：隨著云計(jì)算和虛擬化技術(shù)的日益發(fā)展成熟，廣大高校實(shí)驗(yàn)室管理人員越來越多的青睞于虛擬桌面技術(shù)。并希望以此來整合資源、提高效率和簡化管理。該文以此為背景，闡述了在當(dāng)前高校計(jì)算機(jī)類的實(shí)驗(yàn)環(huán)境使用與管理中所存在的一些問題。分析了虛擬桌面技術(shù)的應(yīng)用為傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理帶來的巨大優(yōu)勢，提出一個(gè)基于虛擬桌面技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺設(shè)計(jì)方案，對平臺功能、框架設(shè)計(jì)和技術(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了論述。希望該文能為高校利用和開發(fā)虛擬化平臺提供思路和借鑒。

關(guān)鍵詞：桌面虛擬化；實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺；vSphere

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）09-0135-02

1 引言

隨著近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)以及國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展。作為最主要的網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備的計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)前高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一個(gè)重要工具，幾乎所有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)都無法脫離計(jì)算機(jī)的應(yīng)用。各地高校均建有數(shù)量眾多的計(jì)算機(jī)類實(shí)驗(yàn)室。然而，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)類實(shí)驗(yàn)室普遍存在以下問題：

1）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)環(huán)境紛繁復(fù)雜[1]。為了滿足多門實(shí)驗(yàn)課程，單臺計(jì)算機(jī)中往往安裝有多套實(shí)驗(yàn)軟件并配置不同環(huán)境變量，極其容易產(chǎn)生軟件沖突問題，不利于管理維護(hù)。

2）實(shí)驗(yàn)軟件及環(huán)境變化頻繁。很多實(shí)驗(yàn)課程軟件時(shí)常有眾多的各類大小更新，升級頻繁；偶爾有突發(fā)的實(shí)驗(yàn)課程或各種依賴計(jì)算機(jī)平臺的考試需要臨時(shí)安裝部署軟件與環(huán)境。

3）實(shí)驗(yàn)室使用不便。實(shí)驗(yàn)室場地遙遠(yuǎn)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)帶有定期還原等因素會造成無法給學(xué)生提供長久的支持。

4）計(jì)算機(jī)類實(shí)驗(yàn)室的復(fù)用率低。雖然建設(shè)數(shù)量眾多，但因各實(shí)驗(yàn)室安裝的實(shí)驗(yàn)軟件固定，如果面對大量并發(fā)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)，實(shí)驗(yàn)室仍會處于捉襟見肘的狀態(tài)，無法調(diào)和短期的需求矛盾。

如何提高計(jì)算機(jī)類實(shí)驗(yàn)室的管理水平、滿足用戶的個(gè)性化需求和提升資源利用率，已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)類實(shí)驗(yàn)室管理者所必須考慮的問題之一。本文通過對一種基于虛擬桌面的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺建設(shè)模式的介紹，探討一種不同的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ健?/p>

2 虛擬桌面的應(yīng)用

近年虛擬化桌面（VDI）產(chǎn)品作為一種實(shí)驗(yàn)教學(xué)的解決方案引起越來越多高校的注意[2]。用戶可以通過遠(yuǎn)程訪問桌面系統(tǒng)，獲得和傳統(tǒng)使用計(jì)算機(jī)相接近的體驗(yàn)；管理員也只需要在后臺中心就可以輕松完成所有的管理工作。該技術(shù)將用戶使用與系統(tǒng)管理進(jìn)行了有效的分離。帶來的直接好處就是用戶對桌面系統(tǒng)的訪問不需要被限制在具體設(shè)備、具體地點(diǎn)和具體時(shí)間[3]。虛擬桌面的應(yīng)用，簡化了實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)軟件與環(huán)境管理，降低實(shí)驗(yàn)室的管理成本、加強(qiáng)對各類實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的控制，同時(shí)又能為終端用戶提供更多靈活的訪問方式。虛擬化技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)較為成熟，在x86平臺上發(fā)展出了多款不同的商業(yè)化產(chǎn)品，當(dāng)前基于完全虛擬化技術(shù)的主流虛擬桌面產(chǎn)品主要有VMware Horizon View、Citrix XenDesktop、Microsoft Hyper-V遠(yuǎn)程桌面服務(wù)和其他基于KVM的虛擬桌面產(chǎn)品等[4]。但這些商業(yè)化產(chǎn)品普遍針對企業(yè)的日常辦公用途，很少有面向高校實(shí)驗(yàn)室提供產(chǎn)品的定制服務(wù)，不能完全滿足各類實(shí)驗(yàn)室特殊的實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研創(chuàng)新需求。

3平臺設(shè)計(jì)目標(biāo)與功能

面向高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的平臺應(yīng)具有基本的實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能，能滿足大部分以計(jì)算機(jī)作為實(shí)驗(yàn)設(shè)備的課程。用戶進(jìn)入平臺后可以選擇不同的實(shí)驗(yàn)課程，并利用平臺中相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源進(jìn)行學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)。平臺的實(shí)驗(yàn)環(huán)境主要采用虛擬桌面技術(shù)實(shí)現(xiàn)，能實(shí)現(xiàn)以下功能：

1） 模塊化的教學(xué)資源

不同的課程之間擁有互相獨(dú)立的文檔資源和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，用戶可以選擇參與不同的課程。

2） 無客戶端實(shí)驗(yàn)環(huán)境

用戶的實(shí)驗(yàn)環(huán)境利用虛擬桌面技術(shù)，可以通過瀏覽器直接進(jìn)行訪問，因而無需特別安裝任何客戶端軟件，簡化使用流程。

3） 實(shí)驗(yàn)環(huán)境可定制

針對不同課程和不同用戶，可以定制相應(yīng)的虛擬桌面。不同虛擬桌面彼此獨(dú)立，極大地減少了實(shí)驗(yàn)軟件兼容性風(fēng)險(xiǎn)。

4 基于虛擬桌面的實(shí)驗(yàn)平臺系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 總體設(shè)計(jì)架構(gòu)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺由兩大部件構(gòu)成。其一是提供基本實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的教學(xué)管理平臺。平臺具有強(qiáng)交互性，可提供實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)素材、教學(xué)視頻、實(shí)驗(yàn)環(huán)境等資源，能完成一門課程完整的教學(xué)周期，具有完善的教學(xué)教務(wù)管理功能。其中實(shí)驗(yàn)環(huán)境主要由虛擬桌面提供，教學(xué)平臺能完成對虛擬桌面資源的調(diào)用與管理。另一部件是虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)，主要用來提供虛擬機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。該基礎(chǔ)架構(gòu)提供的虛擬機(jī)應(yīng)具有批量創(chuàng)建和刪除虛機(jī)、創(chuàng)建虛機(jī)快照和調(diào)整硬件配置等基本功能。綜合考慮現(xiàn)有虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)的成熟性、穩(wěn)定性和安全性，采用了VMware vSphere作為實(shí)驗(yàn)環(huán)境的基礎(chǔ)設(shè)施。此外利用開源項(xiàng)目Guacamole提供用戶接入虛擬桌面的解決方案。平臺整體構(gòu)成如圖1所示。

4.2 vSphere及其SDK

vSphere是VMware公司的一套服務(wù)器虛擬化解決方案。它是虛擬桌面的基礎(chǔ)架構(gòu)，vSphere 的兩個(gè)核心組件是 ESXi 和 vCenter Server。ESXi 虛擬化平臺用于創(chuàng)建和運(yùn)行虛擬機(jī)和虛擬設(shè)備。vCenter Server 服務(wù)用于管理網(wǎng)絡(luò)和池主機(jī)資源中連接的多個(gè)主機(jī)[5]。核心組件ESXi直接獨(dú)立安裝和運(yùn)行在各主機(jī)服務(wù)器硬件之上的系統(tǒng)，它不再依存于其他的宿主操作系統(tǒng)。因此它可以利用更多的硬件資源來承載更多的虛擬機(jī)。vSphere可以完全控制各虛擬機(jī)的硬件資源分配，運(yùn)行其中的虛擬機(jī)更接近物理機(jī)的性能，也更易于管理與擴(kuò)展[6]。

如果要從實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺對vSphere的虛機(jī)資源進(jìn)行調(diào)用和管理，需要訪問VMware提供的應(yīng)用程序編程接口。VMware提供多種了不同的API和SDK。其中針對ESX/ESXi和vCenter Server系統(tǒng)，VMware提供了用于管理vSphere組件的Web Services SDK，來創(chuàng)建客戶端應(yīng)用程序，如圖2所示。該SDK是功能最全面的管理API，同時(shí)適用于ESX / ESXi和vCenter Server系統(tǒng)。它使用Web Services技術(shù)對外界開放出能夠通過Internet進(jìn)行調(diào)用的API。利用此API和SDK，可以對快速而便捷的管理虛機(jī)資源。例如從模板虛機(jī)以克隆方式批量創(chuàng)建虛機(jī)時(shí)，可以利用在CloneVM_Task方法中的VirtualMachineCloneSpec參數(shù)[7]，其中有自定義規(guī)范CustomizationSpec，用其可以快速的為新創(chuàng)建的虛機(jī)部署計(jì)算機(jī)名和IP地址等個(gè)性化屬性配置。

4.3 無客戶端訪問虛擬桌面的實(shí)現(xiàn)

為了實(shí)現(xiàn)用戶的無客戶端訪問虛擬桌面系統(tǒng)的功能，可在實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺中整合嵌入Apache社區(qū)的開源項(xiàng)目—Guacamole[8]。Guacamole是一個(gè)HTML5 Web應(yīng)用程序，它使用遠(yuǎn)程桌面協(xié)議（如VNC或RDP）提供對桌面環(huán)境的訪問。有了它就可以直接通過web瀏覽器，快速訪問Windows系統(tǒng)界面。用戶通過HTML5瀏覽器連接到Guacamole服務(wù)器。用JavaScript編寫的Guacamole客戶端由Guacamole服務(wù)器內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器提供給用戶。一旦加載，該客戶端使用Guacamole協(xié)議通過HTTP連接回服務(wù)器[9]。通過Guacamole可使用戶無縫連接訪問vSphere端的虛擬主機(jī)系統(tǒng)，用戶體驗(yàn)接近VMware的虛擬桌面平臺。該項(xiàng)目因其優(yōu)異的性能和開源的特點(diǎn)，正被國內(nèi)外其他眾多的用戶所接受并逐步推廣與使用。

5 結(jié)語

虛擬桌面技術(shù)正因其巨大的優(yōu)勢，在一些通用性比較強(qiáng)的場合逐步替代傳統(tǒng)的臺式計(jì)算機(jī)設(shè)備。各地高校和其他教育單位也漸漸認(rèn)識到虛擬桌面所帶來的革命性的變化，并逐步擴(kuò)大對虛擬桌面設(shè)備的采購。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新能力的重要手段，更應(yīng)該結(jié)合新技術(shù)、新手段，創(chuàng)造新的環(huán)境與平臺，以達(dá)到不斷激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)造性的目標(biāo)。相信虛擬桌面會在這一不斷創(chuàng)新的過程中得到更加蓬勃的發(fā)展。

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