云计算环境下计算机房的建设思考

马汉达

（江苏大学 计算机科学与通信工程学院，江苏 镇江 212013）

云计算环境下计算机房的建设思考

马汉达

（江苏大学 计算机科学与通信工程学院，江苏 镇江 212013）

本文根据计算机房的建设现状，分析了目前计算机的使用寿命和使用效率存在的问题，提出了在云计算环境下使用虚拟化技术，提高计算机使用效益的两种计算机房建设方案，通过实例说明了云计算模式计算机房建设在成本、使用效益、能源消耗、管理维护上的优越性。

计算机利用率；虚拟化；云计算；PC模式；N Computing；节能

一、高校计算机房建设现状

计算机房是高校学习计算机的重要场所，主要承担高校计算机类课程和以计算机为实验设备的课程的教学工作，计算机作为高校教学设备的典型代表，计算机房的建设已成为学校信息化投资的重要部分，高校每年对计算机的需求量很大，按照目前大多数高校在计算机房建设过程中所采用的PC模式（根据终端数采购相应的PC数），这种模式决定了学校每年必须有很大的投资用于购买计算机。由于计算机技术的发展，《中华人民共和国企业所得税法实施条例》将电子设备的最低折旧年限由原来的5年改为3年，意味着每隔3～5年，就需要更新一批机器，造成高校用于计算机的投资经费会很大，计算机投资效率比较低，而且PC模式的计算机房建设其能源消耗量也较大，不符合低碳的要求。在低碳时代要将节约能源作为计算机房建设的一个重要的指标。[1]因此，合理选择计算机房的构建模式，提高计算机机房的使用率是我们必须认真思考的问题。

二、计算机使用情况和利用效率情况

1．计算机使用寿命分析

计算机使用过程经历性能稳定期、故障多发期、产品淘汰期三个阶段，符合梯田曲线。一般来说，一年以内计算机性能比较稳定，两年后计算机故障较多，经过3～5年的使用，微机的故障率将不断增加，使微机进入产品淘汰期。一方面由于计算机的不断发展，对微机的主要产品采用不断淘汰的策略，维修找不到配件，维护成本高，使其无法维修，不得不淘汰；另一方面微机硬件虽然没有故障，仍然可以正常开机，但是运行新操作系统和新应用软件的硬件条件限制导致其运行速度非常缓慢，甚至不能使用。这时虽然电子元器件远没有达到它的衰老期，但由于硬件配置不能适应新的软件要求，使得计算机工作性能变得非常低下，导致了微机的淘汰。因此，计算机淘汰的主要原因是计算机硬件不能满足软件发展的需要。那么，如何延长计算机的寿命，达到投资收益最大化，除了加强日常维护，提高使用效率之外，必须在IT技术突飞猛进的情况下考虑计算机房建设方案的合理性。

2．计算机的实际利用效率分析

效率的本质是研究资本的投入与产出之间的比率关系。[2]在计算机房建设中，投入主要是指计算机房建设中所投入的资金，这里不考虑人力成本等其他的投入，产出主要是指能满足多少学生上机实习任务，可以年机时数来表示。在投入既定的情况下，产出的有用成果越多越有效率；相反，产出一定的情况下，投入越少，效率越高。根据IBM公司的一项调查显示，设备的平均资源使用率不到20%，[3]也就是说其实很多资源都白白浪费了。就我校的实际情况来看，计算机房的利用率也不能令人满意。

以我校计算机基础教学中心和计算机学院专业实验中心为例，计算机基础教学中心负责全校计算机基础教学，计算机学院专业实验中心负责计算机学院及相关学院计算机课程的上机实验任务，与其他实验室相比，两个实验室的教学工作量应该说是比较饱满的。

计算机的利用率可以这样来计算，假设每台机器按照每天10小时、每周7天、一年40周、机器完好率95%来计算，计算机基础教学中心共600台机器，那么按上述假设， 基础教学中心可完成机时： 600×10×7×40×0.95=1596000小时，而实际2009年完成教学机时355420机时，2010年完成教学机时341250机时，利用率只有21%左右。再以计算机学院专业实验中心来说，实验中心软件机房共300台计算机，可完成机时数应达到：300×7×10×40×0.95=798000机时，而实际情况是2009年完成教学机时128750机时，2010年完成教学机时127381机时，实际利用率只有16%左右，其他实验室的利用率则可见一斑。

现在的计算机房大多采用PC模式，也就是说每个学生一台PC，拥有自己独立的一套资源，彼此之间是无法共享资源的。随着计算机的功能越来越强，很多用户可能只使用了电脑功能的一小部分，甚至只使用到计算机5%的性能，大量的PC性能被闲置或浪费了，这种PC模式不能很好地发挥计算机的性能。

3．如何提高计算机的利用效率

在过去的几十年中，计算机由主机时代发展为个人计算机时代，现在云计算的出现，则把计算从个人时代升级为云时代，大部分计算又回到了服务器端，而终端用户只需要有一个浏览器就可以实现目前计算机可以完成的所有任务，并且终端变得轻巧、快捷、经济和高效。[3]在云时代，通过改变计算机机房建设的模式，可以充分发挥PC强大的性能。

改变计算模式最根本的因素也是成本，而技术是触发条件。在大型主机的年代之所以采用集中计算，主要是因为主机成本太高，而PC的出现极大地降低了用户使用成本，互联网和云计算的出现使得进一步降低成本成为可能，[3]NComputing是云计算模式下的典型产品，它可以充分发挥PC的性能，让多用户得以共享同一台PC。每个用户均可以各自运行软件程序，可以拥有各自的文件、设置以及偏好选项，无需额外开销，也不用另外购买更多的PC。NComputing的解决方案向空闲的PC系统资源提出挑战，使得多用户同时分享一台PC的计算资源，并且有着独立的操作环境，让多用户去分享空闲着的电脑资源。[4]而对于计算机利用率低的问题，可通过制度加以解决，实行计算机中心化，集中采购，集中管理，使计算机在有限的使用时间上得到充分的利用。

三、云计算模式下计算机房建设

通过上述的分析，在传统的高校计算机房建设中，一般采用的是PC模式，这种模式每台机器要安装安全设备如硬盘保护卡或还原卡、杀毒软件，每台机器要安装操作系统及各种应用软件，而且这种方案还存在PC资源利用率低，布置复杂管理和维护量、使用成本高等缺点。在云计算理念下构建基于云计算的计算机房成为了可能，[4]在建设基于云计算的计算机房时，运用云计算的架构思想，利用虚拟化技术，使用少量的计算机或服务器，统筹规划，即可建立一个质优价廉、便于管理和维护的计算机房。云计算模式下根据机房规模的大小，计算机房的建设有两种可选方案。

1．NComputing 的方案

NComputing是云时代的典型产品，其工作原理是将单台物理主机（PC或服务器）的资源划分为不同区块提供给不同的共享用户，在主机上安装桌面虚拟化软件vSpace，各种应用程序和公共资源都放在服务器上，将共享用户（终端）连接成一个局域网，各用户通过特殊协议共享服务器上的各种软硬件资源，包括应用程序、各种资料、CPU资源、内存和硬盘。NComputing虚拟桌面终端只是输入输出和显示的设备，UXP协议则负责管理桌面显示及远程键盘鼠标操作，每个共享用户打开终端上的开关即可享用完整的PC 功能，获得完整的PC环境交互体验。NComputing的核心终端设备有三个系列，分别L系列、X系列、U系列，它们各有优缺点，可根据不同的需求选择合适的产品，根据学校的具体要求，可选择L系列的产品，它可有效地减低维修成本，使用基于以太网连接、用户数多（一台安装Windows XP操作系统的主机最多可以带10个用户，而运行着Windows Server的高性能电脑主机或服务器最多支持30个用户[5]），只要将共享主机升级，所有的共享用户也将自动享受使用性能的提升，因此，它为用户提供最佳性能和最低构建成本，是学校计算机房建设的首选产品。表1是使用标准计算机的PC模式和使用NComputing模式的对比。

2．Halsign+NComputing 方案[6]

该方案充分发挥服务器的计算能力，可以在一台服务器之上，同时让多用户操作，并且有着独立的操作环境。其工作原理是使用基于服务器的虚拟化软件和桌面虚拟化软件实现，服务器虚拟化软件能够在一个服务器上运行多个异构的操作系统，在每个操作系统下又可将资源划分为不同的区块提供给不同的用户，再通过vSpace虚拟桌面软件完成。NComputing技术让多用户去分享使用PC计算机操作系统，整合比例可达30∶1，而服务器虚拟化技术可将多台PC计算机整合到一台服务器上，整合比例按服务器性能可达20∶1。通过上述两项技术的结合，实现的将是一种乘积效应，极大地简化桌面管理的难度。

表1标准PC模式与NComputing模式对比

服务器虚拟化软件可使用VMware Workstation或Halsign TurboGate。VMware是VMware公司设计的专业虚拟机软件，可以虚拟现有任何操作系统，是全球桌面到数据中心虚拟化解决方案的领导厂商，全球不同规模的客户依靠VMware来降低成本和运营费用、确保业务持续性、加强安全性并走向绿色。TurboGate是一款由红山公司开发的PC虚拟化（桌面虚拟化）软件产品，是当前PC虚拟化的主要产品之一。它独立于Windows系统，能更加安全可靠地管理计算机。TurboGate通过PC虚拟化技术来改善用户使用Windows时的体验。它能有效地管理Windows，通过控制Windows的运行来提供更稳定、安全以及快速的系统灾难恢复以及数据加密等功能。[7]

3．建设方案对比

通过上述分析，在高校计算机房的建设中，一般采用的是Halsign+NComputing方案，为了使投资效益最大化，除了在管理制度上计算机中心化以外，可以采用云计算模式下使用虚拟化技术来作为计算机房的建设方案。下面通过一个实际案例，来分析采用服务器虚拟化架构的优越性。某实验中心需要建100个终端的计算机教学实验室，考虑基于传统的PC模式和服务器虚拟化的NComputing模式。（未考虑两种方案均需要的设备）通过对比这个案例，我们可以发现后者有以下优势：

一次投入成本低：基于服务器的虚拟化架构，只需要传统方案65%价格。

表2两种模式的对比

电力消耗：普通电脑PC消耗200瓦左右电力，100台 PC将 消耗 100PC×200W=20,000瓦/小 时，NComputing终端一共使用（100台×5W）+（2台×500W）=1500瓦/小时，节省90%以上的电力。

设备更新费用低：三年后，使用传统模式的PC模式，更新则需要100台PC的价格约40万元，而使用NComputing则只需更新两台服务器的价格4万元，节省90%的费用。

经过上述分析我们看到，虚拟化桌面终端仅需要极低的成本，就可以实现多名用户同时共享一台虚拟化服务器资源。其基于vSpace技术架构的NComputing产品方案通过将桌面环境自物理主机端的创建分发后构成各个虚拟桌面客户端，并实现操作系统、应用程序和存储空间的同步共享。

四、结语

在云计算环境下，使用服务器虚拟化技术、桌面虚拟化技术和NComputing的终端为学校计算机房的建设提供了一种新模式，这种模式对于学校来说是一个性价比非常好的选择，NComputing能够充分利用PC的性能，让多位用户同时享受丰富的个人电脑使用体验，每位用户仿佛都拥有自己的个人电脑。使用NComputing虚拟桌面终端方案能够最大限度地实现集中管理、资源共享，而且NComputing虚拟桌面终端本身是免维护、免升级的，一切软硬件的维护和升级都只需在服务器端进行。另外，云计算的模式告诉我们，在云计算模式下计算机房的建设成本、使用成本更低，是云时代值得选择的建设方案。

[1]郑泽.计算机房建设中的节能应用[J].电脑知识与技术,2010,8(6).

[2]刘竹蓉.基于产业结构的陕西固定资产投资效率研究[D],西北农林科技大学硕士论文,2010.

[3]朱近之.智慧的云计算[M].北京:电子工业出版社,2010.

[4]深圳市宝通志远科技有限公司.虚拟桌面技术解决方案[EB/OL].http://www.ex-channel.com/.

[5]无锡三革科技有限公司.NComputing企业架构建议书[Z].

[6]北京世纪红山科技有限公司.基于服务器虚拟化的多用户计算整体解决方案[Z].

[7]张玉昆.虚拟化对云计算的基础支撑作用[Z].

[8]陈建新.云计算在数字化微格实验室建设中的应用探究[J].中国教育信息化，2010(12):19-22.

G482

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1673-8454(2011)17-0068-03

（编辑：金冉）