劉文茜

摘 要 在國家大力推行教育信息化建設(shè)的背景下，現(xiàn)有的多媒體管理模式，制約了教學工作發(fā)展進程，不利于資源與信息化資源的擴展整合。將虛擬化技術(shù)提供的資源優(yōu)化整合技術(shù)、便捷化管理的模式，應用于多媒體教學設(shè)備管理中，以轉(zhuǎn)變現(xiàn)有管理模式，有利于加快高校教育信息化建設(shè)。

關(guān)鍵詞 虛擬化 多媒體 服務器虛擬化 虛擬桌面

中圖分類號：G647 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2018.01.007

Application of Virtualization Technology in University Multimedia

Management System

LIU Wenqian

（Wuhan University Education Technology and Teaching Service Center， Wuhan， Hubei 430072）

Abstract Under the background of vigorously promoting education informationization in our country， the current multimedia management mode has restricted the development of teaching work and is not conducive to the expansion and integration of resources and information resources. The virtualization technology to provide resources to optimize the integration of technology and convenient management model used in multimedia teaching equipment management， in order to change the existing management mode is conducive to accelerating the construction of college education information.

Keywords virtualization； multimedia； server virtualization； virtual desktop

1 多媒體管理現(xiàn)狀

1.1 集中管理困難

我校有460間多媒體教室，分布于地理位置分散的多棟教學樓內(nèi)，導致多媒體設(shè)備集中管理較為困難。為了滿足不同專業(yè)、學科老師的上課需求，多媒體教室均配備了計算機、投影、無線麥克風等各種類型的設(shè)備，面對龐大的設(shè)備數(shù)量，要保障正常教學工作，只有細化管理工作。目前，每棟教學樓至少安排一名管理員，并配備更換的設(shè)備及耗材。致使現(xiàn)有的多媒體管理模式，建立在投入大量的人員保障和物質(zhì)成本的基礎(chǔ)上。隨著技術(shù)的革新，多媒體教室內(nèi)設(shè)備的日益多樣化、高科技化，依照目前管理的模式，往后政策性人員減少，管理人員不足的情況下，被動的管理模式，增加了教學的安全隱患。

1.2 維護效率低

課程安排的緊湊，使多媒體教室承擔著越來越多課堂教學任務。當計算機系統(tǒng)崩潰或老師自帶U盤攜帶病毒，導致計算機無法使用，往往會影響到正常的上課進度。管理員需要時間來進行故障排除，這樣嚴重打亂了教學計劃，造成上課老師的反感，還給教學帶來了負面影響。然而大部分的設(shè)備維修、系統(tǒng)重新部署和應用更新，只能利用午休或者下班后教室無課的時間，無形中又增加了管理人員的工作量。此外，還有大量的多媒體設(shè)備需要維護，致使管理人員工作量大，日常的工作中窮于應付各種不同的設(shè)備問題。

1.3 管理隊伍專業(yè)技術(shù)能力較弱

多媒體設(shè)備管理隊伍是教學重要的組成部分，工作中涉及計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等專業(yè)知識，但這方面專業(yè)技術(shù)人才少，一旦出現(xiàn)技術(shù)難題，發(fā)現(xiàn)和處理起來都很難快速準確地判定。面對龐大數(shù)量的教學設(shè)備，繁重的維護工作，很難讓管理人員有專業(yè)培訓和技術(shù)交流的機會。工作中，沒有專業(yè)理論知識做基礎(chǔ)，實施高效正確的應對方法，對維護工作造成了阻礙。

2 相關(guān)技術(shù)

2.1 高可用

在虛擬化系統(tǒng)中，高可用是實現(xiàn)系統(tǒng)能在理想的時間長度內(nèi)持續(xù)運行的一種技術(shù)。實際的應用中，單臺主機的虛擬化不足以提供一個高可用的系統(tǒng)服務，一旦主機發(fā)生故障，服務也將中斷，并且可能長時間無法恢復使用。建立多臺主機群集，實現(xiàn)群集內(nèi)的主機快速中斷恢復的能力，以保證系統(tǒng)服務的高可用效益。

高可用的實現(xiàn)原理：為每臺主機安裝代理軟件，主機之間通過代理通信，并選擇一臺主機作為首選主機（master），一般會選擇掛載數(shù)據(jù)存儲的數(shù)目最多的主機，其他主機為從屬主機（slave）。首選主機與管理服務器通信，并向其他從屬主機及其上運行的虛擬機發(fā)送檢測信號，監(jiān)控其運行狀態(tài)。一旦有從屬主機發(fā)送的檢測信號終止，首選主機判斷其發(fā)生故障，并自動做出相應的處理。如果首選主機出現(xiàn)故障、電源關(guān)閉或從群集中移除，則按照數(shù)據(jù)存儲掛載的情況自動進行重新選則。主機通過安裝在虛擬機上的監(jiān)控軟件交換檢測信號，持續(xù)監(jiān)控虛擬機，當接收不到虛擬機發(fā)送檢測信號，判斷其故障并對其進行重置。

2.2 分布式存儲

分布式存儲技術(shù)是全新的軟件定義的存儲層，在實現(xiàn)更安全、快速、吞吐量更大的大容量數(shù)據(jù)傳輸前提下，只需成本低廉的存儲。讓服務器的計算資源可以直連本地存儲設(shè)施，利用閃存SSD提供高性能讀/寫緩存，搭配固態(tài)硬盤HDD提供存儲容量。

體系結(jié)構(gòu)：基于存儲管理的策略，內(nèi)置冗余機制，通過為數(shù)據(jù)存儲生成多個副本，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲無單點故障。當虛擬機負載變化時，動態(tài)地進行資源調(diào)配及配置調(diào)整，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲負載平衡，且無論虛擬機位于集群中的任一臺服務器主機，虛擬機自身的存儲策略都不會改變。虛擬機存儲對象（虛擬機主目錄、VMDK、增量、交換）可分布在集群中多個磁盤和主機上。當服務器主機、磁盤驅(qū)動器或網(wǎng)絡(luò)接口出現(xiàn)可允許的故障時，虛擬機會根據(jù)配置的存儲策略以及保留在集群中的多個節(jié)點上的虛擬機副本或條帶提供HDD性能使用共享的數(shù)據(jù)存儲，不需將故障節(jié)點上的所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移至其他的節(jié)點上。獨立節(jié)點僅包括虛擬機的部分數(shù)據(jù)配置，所以分布式存儲結(jié)構(gòu)增加了數(shù)據(jù)存儲的可靠性。

2.3 vStorage API數(shù)據(jù)備份

通過vStorage API新型的備份方式對虛擬機進行備份，不僅可以完整備份VM鏡像和快照，還可以對VM內(nèi)文件級別的數(shù)據(jù)備份。

vStorage API備份的原理：備份服務器發(fā)起備份策略，通知服務器創(chuàng)建快照。服務器接受到指令創(chuàng)建快照，快照位置跟鏡像在同一個文件系統(tǒng)內(nèi)?？煺胀瓿珊?，備份去mount鏡像所在的VMFS文件系統(tǒng)。備份服務器讀取文件系統(tǒng)將數(shù)據(jù)備份到物理磁帶庫或磁盤。備份完成后服務器自動刪除快照。

VDP的技術(shù)優(yōu)勢：基于vStorage APIs備份方式，無需在服務器上安裝代理，直接在虛擬架構(gòu)上部署備份虛擬機。采用重復數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)備份到磁盤，集成在管理服務器上，可直接通過客戶端操作。

3 虛擬桌面的應用

3.1 系統(tǒng)方案

改造位于三棟教學樓的114間多媒體教室，因課程安排緊湊，計劃并發(fā)多臺客戶端同時連接服務器的情況較多，要保證系統(tǒng)服務穩(wěn)定可持續(xù)地運行，系統(tǒng)采用三臺物理服務器，并以虛擬機方式在服務器上部署多個管理服務器和安全服務器等實現(xiàn)整體架構(gòu)。

系統(tǒng)平臺底層采用穩(wěn)定、高效、易擴展的超融合基礎(chǔ)架構(gòu)，具有服務器虛擬化和分布式存儲功能。服務器虛擬化功能支持服務器集群部署，單臺服務器可同時支持40路不同虛擬桌面的操作系統(tǒng)鏡像，通過服務器的內(nèi)置調(diào)度算法實現(xiàn)負載均衡。分布式存儲技術(shù)采用存儲資源池的方式，存放操作系統(tǒng)和應用軟件數(shù)據(jù)，并使用大容量閃存SSD來進行讀寫加速，提高大規(guī)模場景下的桌面使用體驗。系統(tǒng)同時提供全局的高可用功能，當集群中的服務器、存儲、網(wǎng)絡(luò)、虛擬機及其軟件發(fā)生故障時，受影響的虛擬機可以在集群之內(nèi)的其它服務器上自動重啟恢復，數(shù)據(jù)也會自動完成重建。系統(tǒng)對桌面后臺的虛擬機以及虛擬機的數(shù)據(jù)庫進行周期性備份，采用VDP技術(shù)實現(xiàn)快速高效的備份，可設(shè)置備份策略和備份數(shù)據(jù)保存周期，并有源端重復數(shù)據(jù)刪除能力，節(jié)省存儲空間。

虛擬桌面便于操作，有和傳統(tǒng)桌面一樣的感受。虛擬機可安裝不同的教學操作系統(tǒng)和應用，以滿足課堂教學使用，同時保證上課老師使用虛擬桌面時能正常使用U盤工具。

為方便統(tǒng)一管理，平臺提供單個圖形界面管理服務器和存儲資源，資源配置、修改、策略制定?？蛻舳司哂蠦/S架構(gòu)的統(tǒng)一管理界面，利用向?qū)降募汉捅镜夭渴鸱椒?，提供動態(tài)添加和刪除集群節(jié)點的功能，實時顯示服務器的負載情況和在線用戶列表，支持對所有的賬號管理，以及對所有虛擬桌面一鍵關(guān)機的功能。管理人員通過管理客戶端可集中管理、實時監(jiān)控，并通過設(shè)置調(diào)配平臺自動化運行策略，建立一個資源共享可動態(tài)分配，優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)以及不中斷服務的虛擬化平臺。

3.2 網(wǎng)絡(luò)拓補

考慮到視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)占用帶寬較多，將圖像傳輸與數(shù)據(jù)傳輸接入不同的交換機，分兩路傳輸，網(wǎng)絡(luò)采用全千兆交換機，支持萬兆光口，接入交換機采用百兆到桌面。最后將每棟樓數(shù)據(jù)流匯聚到信息中心交換機，如圖1。

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

4 虛擬化系統(tǒng)應用總結(jié)

4.1 提升了整個系統(tǒng)的運維效率， 減輕了管理工作量

管理員登錄客戶端或瀏覽器，即可對管理系統(tǒng)內(nèi)所有主機和其上運行的虛擬機進行單點集中管理。簡易的可視化操作界面，使管理員通過監(jiān)控報告和運行日志，能隨時了解服務器主機及虛擬機的運行狀況，預先排除可能發(fā)生的故障。多種便捷的虛擬機創(chuàng)建配置方法，大大減少對新增客戶端的部署時間，同時在更新已有虛擬機系統(tǒng)和應用軟件時，利用快照批量部署下發(fā)，大大減少了部署時間，從而減輕管理人員的維護工作量，也易于后期系統(tǒng)擴建。

4.2 優(yōu)化了服務器資源分配，大大提升了利用率

虛擬桌面使用共享磁盤文件的克隆方式，批量部署虛擬機，不僅減少了系統(tǒng)和軟件更新的部署時間，并且節(jié)省存儲空間。通過建立資源池，系統(tǒng)自動以隨機的方式，分配未使用的虛擬桌面給上課老師使用，避免固定的客戶端主機長期占用資源，而又沒有有效利用，大大節(jié)省了硬件資源。同時分布式存儲的虛擬化存儲管理功能，直接將數(shù)據(jù)存儲安裝在服務器內(nèi)，不需要重新購入專門用于大量數(shù)據(jù)存儲的存儲設(shè)備，例如文件服務器之類。實現(xiàn)較高的數(shù)據(jù)存儲性能，還可以兼容不同品牌的硬盤，充分利用現(xiàn)有的閑置存儲設(shè)備。更優(yōu)化的資源配置，可逐步將現(xiàn)有的非虛擬化服務器上數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)移備份，逐步實現(xiàn)多媒體管理和數(shù)據(jù)中心的服務器虛擬化。提高了服務器設(shè)備的平均利用率，減少多媒體教學設(shè)備的維護成本，對加速教學信息化平臺建設(shè)提供了更有力的支撐。

參考文獻

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