廖淑華

（廣東職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程學(xué)院，廣東 佛山 528041）

0 引 言

隨著社會(huì)信息化水平的不斷提高，計(jì)算機(jī)應(yīng)用更加廣泛，另外高校也不斷擴(kuò)招學(xué)生，計(jì)算機(jī)機(jī)房建設(shè)數(shù)量越來越多，設(shè)備配置逐年提高。由于計(jì)算機(jī)機(jī)房使用頻率高，長時(shí)間使用無法保證系統(tǒng)和軟件的完整性，硬件故障頻繁，加大了管理員的管理難度，從而影響使用效果。

1 傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)機(jī)房管理中存在的問題

1.1 軟件更新快 使用周期短

由于計(jì)算機(jī)設(shè)備采購的時(shí)間不同、品牌不同、型號(hào)不同，硬件更新需要投入大量資金，一般5年后就要淘汰更新設(shè)備，而軟件更新?lián)Q代和升級(jí)速度也日益加快。各實(shí)訓(xùn)基地的機(jī)房軟件安裝對(duì)硬件配置要求不同，如程序類軟件要求大內(nèi)存、高頻率CPU、低性能顯卡；圖形類課程要求高性能顯卡；計(jì)算機(jī)配置的限制無法更新軟件；每個(gè)系統(tǒng)里需要安裝多種軟件，少則十幾種，多則幾十種，軟件間沖突不兼容，出現(xiàn)計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度減慢，卡頓等問題。

1.2 軟件部署復(fù)雜 維護(hù)困難

由于軟件更新或升級(jí)，每學(xué)期都需有更新和安裝最新的軟件適應(yīng)技術(shù)發(fā)展和課程要求。現(xiàn)在機(jī)房多采用網(wǎng)絡(luò)同傳功能，安裝一臺(tái)母機(jī)發(fā)送到其他計(jì)算機(jī)。采用網(wǎng)絡(luò)同傳要求設(shè)備配置一致，不同配置之間不能發(fā)送數(shù)據(jù)，不同機(jī)房之間（不同局域網(wǎng)IP之間）不能發(fā)送，而且計(jì)算機(jī)機(jī)房分布在不同的教學(xué)樓和樓層，每間機(jī)房需要分別更新一臺(tái)母機(jī)軟件后再發(fā)送數(shù)據(jù)，如果在發(fā)送過程中某臺(tái)機(jī)網(wǎng)絡(luò)故障會(huì)影響全部計(jì)算機(jī)接收數(shù)據(jù)，造成發(fā)生數(shù)據(jù)失敗，由于數(shù)據(jù)發(fā)送了一部分造成全部計(jì)算機(jī)系統(tǒng)崩潰無法正常開機(jī)。

綜合上述問題，計(jì)算機(jī)機(jī)房建設(shè)成本、資源共享、軟件維護(hù)、運(yùn)維管理等方面的問題越來越嚴(yán)重，需要尋求新的解決方案以適應(yīng)高校計(jì)算機(jī)機(jī)房建設(shè)和管理模式。

2 基于VDI架構(gòu)的云桌面機(jī)房

隨著云計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展，云計(jì)算虛擬化技術(shù)逐步走向成熟并受到廣泛應(yīng)用。云桌面逐漸成為高校計(jì)算機(jī)機(jī)房的發(fā)展方向，開始從傳統(tǒng)PC機(jī)向云桌面方向轉(zhuǎn)型，并逐步建成一批云桌面機(jī)房。在機(jī)房管理方面，管理員使用云桌面虛擬化技術(shù)，通過云桌面管理平臺(tái)科學(xué)有效、合理管理云桌面機(jī)房，克服傳統(tǒng)機(jī)房管理中存在的弊端。目前主流的云桌面有VDI虛擬桌面架構(gòu)、VOI虛擬操作系統(tǒng)架構(gòu)、IDV智能桌面虛擬化、RDS遠(yuǎn)程桌面服務(wù)。其中基于VDI架構(gòu)的云桌面是目前應(yīng)用最廣泛的云桌面之一，實(shí)現(xiàn)機(jī)房桌面集中管理，系統(tǒng)維護(hù)和軟件安裝更新，保障了數(shù)據(jù)安全。解決了繁雜的維護(hù)工作，提高了工作效率。

2.1 VDI云桌面的結(jié)構(gòu)

VDI架構(gòu)是集中存儲(chǔ)、集中運(yùn)算的虛擬桌面架構(gòu)。該架構(gòu)是把所有的終端數(shù)據(jù)運(yùn)算都集中在服務(wù)器端，保障了數(shù)據(jù)安全性。而終端設(shè)備負(fù)責(zé)顯示實(shí)現(xiàn)應(yīng)用操作，云桌面的虛擬化以及數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸。信息工程學(xué)院的VDI架構(gòu)的云桌面設(shè)計(jì)是采用VMware軟件構(gòu)建虛擬云桌面，如圖1 VDI云桌面平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)所示?；赩DI架構(gòu)的云桌面分為四層，基礎(chǔ)設(shè)施層、虛擬化資源管理層、應(yīng)用層、終端層。終端桌面設(shè)備可以是舊電腦、VDI終端盒+顯示器、一體機(jī)或者個(gè)人PC機(jī)，通過網(wǎng)絡(luò)連接到云服務(wù)器。管理層采用VMware ESXi軟件創(chuàng)建和運(yùn)行虛擬機(jī)的虛擬化平臺(tái)，將處理器、內(nèi)存、存儲(chǔ)器和資源虛擬化為多個(gè)虛擬機(jī)。通過ESXi運(yùn)行虛擬機(jī)，安裝操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序以及配置虛擬機(jī)。使用VMware vCenter可以將主機(jī)資源加入池中，將集中監(jiān)控和管理物理和虛擬機(jī)。通過VMware vSphere Client使終端機(jī)從Windows PC遠(yuǎn)程連接到ESXi的虛擬機(jī)上。

圖1 VDI云桌面平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

基于VDI架構(gòu)的云桌面能夠?qū)⒏鞣N專業(yè)軟件和程序集中在服務(wù)器統(tǒng)一管理，統(tǒng)一分配存儲(chǔ)資源，應(yīng)用服務(wù)器虛擬資源池創(chuàng)建虛擬機(jī)，為終端機(jī)提供可靠優(yōu)質(zhì)快速的管理策略。其原理是將數(shù)據(jù)計(jì)算功能集中在服務(wù)器，終端設(shè)備負(fù)責(zé)顯示功能，操作虛擬化云桌面，數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器。云計(jì)算技術(shù)使終端計(jì)算機(jī)不占用資源，通過服務(wù)器集群來實(shí)現(xiàn)硬件、軟件、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算分析等不同類型的功能服務(wù)。從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)及軟件安裝與維護(hù)的高效化，降低物理限制，將物理設(shè)備轉(zhuǎn)化成虛擬資源管理，將物理機(jī)維護(hù)簡化為虛擬平臺(tái)管理。

2.2 VDI云桌面的優(yōu)勢(shì)

VDI云桌面的優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)：

（1）集中管理，數(shù)據(jù)安全。運(yùn)用云計(jì)算和虛擬化技術(shù)將計(jì)算和存儲(chǔ)放在服務(wù)器，通過網(wǎng)絡(luò)提供終端的虛擬桌面服務(wù)?？蓪?shí)現(xiàn)服務(wù)器集群、批量部署、虛擬機(jī)存儲(chǔ)熱遷移、桌面虛擬化等功能。系統(tǒng)更加安全可靠，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)備份、安全策略部署集中在服務(wù)器上進(jìn)行。具有集中管理，數(shù)據(jù)安全等優(yōu)勢(shì)。

（2）建設(shè)成本低，適合舊的PC機(jī)。通常高校購買的PC機(jī)時(shí)間、批次、型號(hào)不同，硬件差異較大，造成各機(jī)型運(yùn)行軟件有較大差異，一般使用5年后就開始淘汰更新。VDI架構(gòu)可以創(chuàng)建獨(dú)立的虛擬桌面并安裝適合的系統(tǒng)軟件，系統(tǒng)軟件集中運(yùn)行在服務(wù)器，PC機(jī)只需要顯示和操作分配的云桌面。取消了本機(jī)資源占用，利用服務(wù)器集群實(shí)現(xiàn)計(jì)算功能，通過網(wǎng)絡(luò)訪問云桌面。利用舊PC機(jī)作為終端機(jī)降低建設(shè)成本。

（3）軟件部署效率高，易維護(hù)。計(jì)算機(jī)機(jī)房授課種類繁多，安裝的軟件種類繁多，有些軟件要求硬件環(huán)境較高，VDI架構(gòu)的特點(diǎn)就是硬件資源共享、按需分配、集中處理、集中管理、多終端訪問。支持快速自動(dòng)化部署，只需要將所需軟件分類安裝到不同模板虛擬機(jī)上，再通過虛擬機(jī)克隆的方式生成多臺(tái)終端虛擬機(jī)，分配給不同的機(jī)房使用。提高了軟件部署效率，降低運(yùn)維難度。管理員還可以根據(jù)課程需求，配置不同硬件環(huán)境的云桌面，實(shí)現(xiàn)硬件資源的動(dòng)態(tài)分配。

3 云桌面機(jī)房管理模式

運(yùn)用云桌面管理平臺(tái)統(tǒng)籌管理機(jī)房云桌面，信息工程學(xué)院的云桌面機(jī)房使用軒轅匯捷實(shí)訓(xùn)教學(xué)云管理平臺(tái)管理基于VDI架構(gòu)的云桌面，實(shí)現(xiàn)模板部署管理、桌面管理、為教室分配云桌面，也可以按課程分配云桌面、空閑資源分配等。

3.1 模板管理

模板可以按課程模板部署，根據(jù)實(shí)訓(xùn)課程資源，包括操作系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件、課程專業(yè)軟件，生成多個(gè)課程類模板形成課程資源池。針對(duì)不同的課程選擇相應(yīng)的課程模版，配置適合課程需求的桌面計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源以及劃分網(wǎng)絡(luò)資源，以滿足教學(xué)需要。也可以實(shí)踐、競賽項(xiàng)目、考試科目快速部署模板，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌分配設(shè)備，提高設(shè)備的運(yùn)行效率和資源的利用率。模板管理示意圖如圖2所示。

圖2 模板管理示意圖

3.2 桌面管理

桌面管理分為桌面池和桌面使用管理兩部分。桌面池管理每個(gè)云桌面機(jī)房，查看每個(gè)機(jī)房桌面狀態(tài)使用情況。桌面使用管理負(fù)責(zé)機(jī)房里的每個(gè)云桌面終端，開關(guān)機(jī)、重啟、編輯操作終端桌面、切換模板，可以遠(yuǎn)程控制、維護(hù)終端桌面，查看終端設(shè)備運(yùn)行情況，節(jié)省維護(hù)成本，減輕管理員的維護(hù)工作量。桌面管理示意圖如圖3所示。

圖3 桌面管理示意圖

3.3 教室管理

管理平臺(tái)可以創(chuàng)建多個(gè)教室，為教室分配云桌面并綁定終端機(jī)。對(duì)于課程相對(duì)固定的機(jī)房可以綁定模板，長期固定使用同一模板，只需每次更新模板即可；對(duì)于不固定教學(xué)要求的機(jī)房，按照實(shí)訓(xùn)課程不同分配不同的模板，使用完畢后釋放資源；針對(duì)各類考試環(huán)境分配相應(yīng)的考試模板，考試完成后再分配課程模板。也可以根據(jù)課表不固定機(jī)房使用云桌面上課，提前安排上課數(shù)據(jù)，系統(tǒng)才能按照上課要求，到上課時(shí)間準(zhǔn)備好對(duì)應(yīng)的課程模板，分配到上課機(jī)房的每臺(tái)終端機(jī)供學(xué)生上課使用，下課后釋放模板回收資源，做到靈活分配資源。教室管理示意圖如圖4所示。

圖4 教室管理示意圖

3.4 空閑資源開放

資源開放包括資源池開放、教學(xué)活動(dòng)開放、辦公云電腦開放功能。

為了充分利用資源達(dá)到最大化使用，管理員在資源池用預(yù)約式開放資源將云桌面在空閑時(shí)段開放給學(xué)生課外預(yù)約使用。學(xué)生在教學(xué)前臺(tái)中看到對(duì)應(yīng)的開放活動(dòng)時(shí)間段，通過預(yù)約方式選擇自己實(shí)際需要使用的模板獲取到對(duì)應(yīng)云桌面使用。教師也可以發(fā)起個(gè)人云電腦使用申請(qǐng)，系統(tǒng)在對(duì)應(yīng)時(shí)段自動(dòng)分配云桌面給教師，教師直接進(jìn)入到對(duì)應(yīng)云桌面使用辦公云電腦進(jìn)行備課、課程實(shí)驗(yàn)、科研等。

教師或?qū)W生可以通過任何設(shè)備包括瘦終端機(jī)、PC機(jī)、平板電腦或手機(jī)，在任何地方通過網(wǎng)絡(luò)訪問申請(qǐng)到的云桌面系統(tǒng)進(jìn)行課程實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以利用課余時(shí)間更好完成課程作業(yè)。虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多用戶的服務(wù)要求，提供個(gè)性化桌面，同時(shí)提高了設(shè)備的利用率。

4 應(yīng)用效果

經(jīng)過近一年的運(yùn)行使用，VDI架構(gòu)云桌面機(jī)房使用效果良好，維護(hù)方便，軟件更新簡單快捷，相比傳統(tǒng)的PC機(jī)房運(yùn)維更便捷，具有更多維護(hù)優(yōu)勢(shì)。提高了管理員的工作效率，減輕了維護(hù)成本。

4.1 桌面部署

在學(xué)院中心機(jī)房硬件服務(wù)器集中部署，通過虛擬化技術(shù)，終端設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)訪問虛擬云桌面環(huán)境。操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序集中在服務(wù)器與終端硬件無關(guān)，學(xué)生可以通過瘦終端機(jī)、舊電腦、一體機(jī)或個(gè)人PC機(jī)等終端設(shè)備訪問云桌面。操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的遷移、更新和維護(hù)只要通過網(wǎng)絡(luò)連接到管理平臺(tái)進(jìn)行操作即可，極大的減輕了管理員的工作量，提高了維護(hù)效率。

4.2 安全性高

云桌面的安全性更高，數(shù)據(jù)集中在服務(wù)器統(tǒng)一管理，終端機(jī)僅運(yùn)行屏幕動(dòng)態(tài)圖片和鍵盤鼠標(biāo)指令。沒有真正的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，通過安全策略設(shè)置，防止感染病毒。由管理員統(tǒng)一安裝殺毒軟件、數(shù)據(jù)備份等，使得運(yùn)行更加安全可靠。

4.3 管理維護(hù)

在管理維護(hù)上，軟硬件環(huán)境分離，系統(tǒng)軟件集中管理，只需要維護(hù)服務(wù)器和虛擬機(jī)，通過云桌面管理平臺(tái)維護(hù)好教學(xué)模板，每學(xué)期可以根據(jù)課程安排制作教學(xué)模板，合理分配資源。也可以通過VMware vSphere及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理異常桌面，硬件維護(hù)、軟件安裝更安全，更方便，極大地降低管理員的工作強(qiáng)度。

5 結(jié) 論

在實(shí)踐教學(xué)中，將需要硬件支持的實(shí)訓(xùn)課程在物理機(jī)上完成，依托軟件的實(shí)訓(xùn)課程都可以在虛擬機(jī)上完成。信息工程學(xué)院目前建成7間云桌面機(jī)房，可以完成全校40多門專業(yè)課和公共課程，隨著課程增加，學(xué)生人數(shù)的增加還將建設(shè)更多的云桌面機(jī)房，將性能差的舊電腦改造成云桌面機(jī)房，降低建設(shè)成本?？梢猿浞掷谜n余時(shí)間開放服務(wù)器資源，共享虛擬桌面，面向?qū)W院計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生在宿舍使用賬戶密碼，通過Web瀏覽器登錄對(duì)應(yīng)的云桌面完成課堂作業(yè)。同時(shí)支持學(xué)院每學(xué)期的各類考試。通過運(yùn)維實(shí)踐，基于VDI架構(gòu)的云桌面機(jī)房管理比傳統(tǒng)PC機(jī)房模式效率更高，管理成本更低，同時(shí)還提高了設(shè)備的利用率，減輕了管理員的工作量。

VDI架構(gòu)也存在一定的劣勢(shì)，對(duì)服務(wù)器性能及穩(wěn)定性、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通性和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求高。不支持離線使用，一旦斷網(wǎng)云桌面將不能使用。同時(shí)對(duì)圖形化處理支持不夠。但隨著云桌面技術(shù)的不斷發(fā)展，VDI架構(gòu)將發(fā)揮更大的效益。