常 磊

（河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 石家莊 050026）

0 引言

隨著信息化教學(xué)建設(shè)的不斷深入，信息服務(wù)越來越復(fù)雜化，而承載信息服務(wù)的IT軟硬件運(yùn)行情況與業(yè)務(wù)的捆綁也越來越密切，此時(shí)對(duì)于IT部門的終端運(yùn)維管理、數(shù)據(jù)安全、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠等方面的要求也隨之提高。

近幾年信息系計(jì)算機(jī)大類專業(yè)報(bào)考人數(shù)逐年增加，現(xiàn)有的多個(gè)計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)機(jī)房已投入使用數(shù)年，加上硬件參數(shù)相對(duì)較低。在大量教學(xué)班級(jí)同時(shí)開課使用的情況下，目前各計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)機(jī)房都已超負(fù)荷運(yùn)行，導(dǎo)致設(shè)備資源故障率變高，且不能及時(shí)返修，嚴(yán)重影響到學(xué)校教學(xué)進(jìn)度的正常推進(jìn)，迫切需要改善信息化軟硬件教學(xué)資源緊張的環(huán)境。

根據(jù)信息化教學(xué)資源建設(shè)的具體需求，通過建設(shè)基于虛擬化技術(shù)的云桌面實(shí)訓(xùn)室，很大程度提高我校的信息化教學(xué)資源水平，逐步解決當(dāng)前在校學(xué)生人數(shù)增加產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)機(jī)房不夠用的困難，進(jìn)一步推進(jìn)信息化教學(xué)改革，提高信息化教學(xué)水平。在減少IT運(yùn)維投入和硬件資源成本的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)整體信息化教學(xué)資源的交流共享和集中化運(yùn)維調(diào)度[1]。虛擬化云桌面技術(shù)在高職信息化實(shí)訓(xùn)室建設(shè)的應(yīng)用中是非常必要的[2]。

1 虛擬化云桌面技術(shù)在信息化教學(xué)中的應(yīng)用

1.1 虛擬化云桌面技術(shù)

基于虛擬化技術(shù)的云桌面實(shí)訓(xùn)室建設(shè)方案是將桌面終端所需的存儲(chǔ)和計(jì)算資源（硬盤、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)、CPU）統(tǒng)一生成在數(shù)據(jù)中心的云服務(wù)器上[3]，通過kvm技術(shù)將物理資源虛擬化，學(xué)校根據(jù)課程的要求定制不用配置的云主機(jī)類型，將云桌面服務(wù)發(fā)送到云終端。云桌面機(jī)房主要由虛擬化服務(wù)器和云終端組成，服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)運(yùn)算和存儲(chǔ)，云終端負(fù)責(zé)顯示和鍵鼠輸入，兩者之間利用網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議來傳遞數(shù)據(jù)[4]。

1.2 云桌面技術(shù)在信息化建設(shè)中的優(yōu)勢(shì)

云桌面技術(shù)是一種基于虛擬化方案的終端操作系統(tǒng)交付與管理方案[5]，可以根據(jù)教學(xué)需求的不同，定制多平臺(tái)的操作系統(tǒng)模板。實(shí)訓(xùn)室云終端通過虛擬化傳輸協(xié)議、軟件定義存儲(chǔ)、軟件定義網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程虛擬機(jī)系統(tǒng)的本地顯示。云桌面服務(wù)器管理平臺(tái)能夠顯著提高實(shí)訓(xùn)室系統(tǒng)部署和運(yùn)維的效率。跟傳統(tǒng)的臺(tái)式機(jī)實(shí)訓(xùn)室比較，基于虛擬化技術(shù)的云桌面實(shí)訓(xùn)室在信息化教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)如表1所示。

表1 云桌面與傳統(tǒng)PC對(duì)比

1.3 云桌面實(shí)訓(xùn)室網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D設(shè)計(jì)

核心機(jī)房部署部署出口路由器、核心交換機(jī)、匯聚交換機(jī)等基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；核心機(jī)房部署實(shí)訓(xùn)用云服務(wù)平臺(tái)服務(wù)器、桌面云服務(wù)器集群、存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、虛擬桌面控制軟件等桌面云相關(guān)架構(gòu)設(shè)施。在核心機(jī)房的核心交換機(jī)上單臂部署虛擬桌面控制器VDC平臺(tái)，VDC平臺(tái)負(fù)責(zé)對(duì)所有接入的桌面云終端進(jìn)行身份認(rèn)證、權(quán)限劃分、桌面分發(fā)、集中控制、策略下發(fā)等；核心交換機(jī)下接服務(wù)器群，服務(wù)器群負(fù)責(zé)對(duì)所有虛擬桌面的建立。在服務(wù)器群上安裝云桌面后臺(tái)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)用戶分發(fā)的虛擬機(jī)的創(chuàng)建、系統(tǒng)創(chuàng)建、應(yīng)用創(chuàng)建。云桌面實(shí)訓(xùn)室網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?guī)劃如圖1所示。

圖1 云桌面網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?

1.4 云桌面實(shí)訓(xùn)室系統(tǒng)架構(gòu)

本虛擬化云桌面方案具有高穩(wěn)定性和高擴(kuò)展性的特點(diǎn)，應(yīng)用目前行業(yè)主流的云桌面虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)云桌面虛擬化實(shí)訓(xùn)室建設(shè)方案，該方案主要包括以下幾個(gè)方面。

1.4.1 云桌面實(shí)訓(xùn)室高可用架構(gòu)

云桌面虛擬化系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)資源、計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源分離的架構(gòu)設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)具有很強(qiáng)的可靠性。計(jì)算節(jié)點(diǎn)服務(wù)器負(fù)責(zé)云主機(jī)的定制、分發(fā)和網(wǎng)絡(luò)分配，存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器負(fù)責(zé)系統(tǒng)模板卷和用戶數(shù)據(jù)卷的創(chuàng)建、下發(fā)以及節(jié)點(diǎn)內(nèi)數(shù)據(jù)的熱遷移。本方案采用核心鏈路雙擊熱備機(jī)制，可解決計(jì)算節(jié)點(diǎn)服務(wù)器與存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器、計(jì)算節(jié)點(diǎn)服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器發(fā)生故障導(dǎo)致的宕機(jī)問題?？刂?、計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)服務(wù)器通過雙路徑負(fù)載均衡技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)架構(gòu)的高性能，各節(jié)點(diǎn)服務(wù)器之間采用雙萬兆網(wǎng)卡綁定技術(shù)，保證通信網(wǎng)絡(luò)的高可用性。

1.4.2 服務(wù)器節(jié)點(diǎn)管理平臺(tái)

在每個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)安裝部署后臺(tái)虛擬化管理軟件，把虛擬化服務(wù)器的CPU、內(nèi)存、磁盤、網(wǎng)卡等硬件資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度管理，在邏輯上生成一個(gè)底層物理資源池，用于為后臺(tái)云主機(jī)提供硬件資源。根據(jù)教學(xué)課程安排，按需創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的云主機(jī)課程模板，每個(gè)云主機(jī)課程模板可定制不同的桌面軟件環(huán)境。

1.4.3 云桌面虛擬機(jī)控制軟件

虛擬機(jī)控制軟件平臺(tái)通過高效網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議向云終端發(fā)送教學(xué)桌面，管理平臺(tái)集成精細(xì)化的資源權(quán)限調(diào)度機(jī)制，為云終端接入用戶提供認(rèn)證和硬件資源使用權(quán)限。虛擬機(jī)控制平臺(tái)能夠?qū)μ摂M云主機(jī)進(jìn)行全生命周期管理，包括新建、開啟、關(guān)機(jī)、重啟、銷毀、快照、克隆等操作。

1.4.4 云終端管理平臺(tái)

云終端管理平臺(tái)同時(shí)支持基于arm架構(gòu)和x86架構(gòu)的硬件終端設(shè)備，云終端具有功耗低，開機(jī)速度快，不占空間等特點(diǎn)，可以設(shè)置云終端與遠(yuǎn)程服務(wù)器聯(lián)動(dòng)，定制無操作自動(dòng)關(guān)機(jī)的時(shí)間。通過云終端管理平臺(tái)可以遠(yuǎn)程對(duì)設(shè)備進(jìn)行開機(jī)、喚醒、重啟、關(guān)機(jī)、編號(hào)等操作，對(duì)云終端設(shè)備靈活管理和部署。

1.4.5 云資源集中管理平臺(tái)

虛擬化云桌面集中管理平臺(tái)提供了對(duì)整個(gè)高可用架構(gòu)中的網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)等資源的統(tǒng)一管理和調(diào)度。通過瀏覽器能夠訪問到集群中任何一臺(tái)云服務(wù)器，集群中任何一臺(tái)物理服務(wù)器都可以設(shè)置成控制節(jié)點(diǎn)身份。集群中創(chuàng)建的云主機(jī)是基于快照技術(shù)，不會(huì)產(chǎn)生高并發(fā)的數(shù)據(jù)流量，保證集中管理平臺(tái)的高可用。云桌面虛擬化實(shí)訓(xùn)室系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)（見圖2）。

圖2 云桌面實(shí)訓(xùn)平臺(tái)架構(gòu)

2 結(jié)語

基于虛擬化技術(shù)的云桌面實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，為學(xué)校信息化教學(xué)提供了有力保障，降低了實(shí)訓(xùn)室硬件故障率，通過云桌面的快速部署和服務(wù)器節(jié)點(diǎn)的集中化管理，有效減少了實(shí)驗(yàn)員老師維護(hù)桌面系統(tǒng)的工作量，機(jī)房排課更加合理和靈活。同時(shí)，使得學(xué)校信息化教學(xué)軟硬件資源的利用率更高，運(yùn)維方式更加便捷和多樣化，在保障教學(xué)桌面安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)信息化數(shù)據(jù)中心的自動(dòng)化和智能化運(yùn)維，對(duì)信息化教學(xué)資源建設(shè)具有重要意義。