桌面虚拟化技术在分布式设备管理中的研究与应用

2013-12-23林先津

实验技术与管理 2013年4期

林先津

（华侨大学网络与教育技术中心，福建泉州 362021）

华侨大学网络与教育技术中心为全校多媒体、计算机及部分语言实验室提供教学服务，目前管理了2个校区的教学设备，其中有多媒体教室约200间、机房电脑约2 000台、语音实验室11间。由于设备（客户端）数量众多、位置分散、应用环境（教学）复杂，对管理者提出了很高的要求，主要表现在：（1）操作系统多样化及软件安装存在软件环境个性化、复杂化；（2）设备分布散，教学软件安装、补丁升级、病毒库升级工作量巨大，运维难度大，无法及时满足提供教学需求，影响了教学的正常进行。这些问题让管理人员面临了巨大的压力，迫切需要有一套完整有效的信息化系统管理解决方案对实验室的资源分散应用、集中管理，降低各种费用，改变信息资源的应变模式为“集中式的信息管理架构”模式［1－3］，让信息应用资源发挥了更大的效用。

1 桌面虚拟化技术分析

虚拟化是各个系统集成厂商所共用的一个概念，即通过划分计算机的软硬件资源，形成多个虚拟的应用执行环境［4］。目前的桌面虚拟化应用有2个关键特征：一是将分散在分点的应用系统都集中管理在总的服务器中；二是提高了客户端的利用率和应用效率［5］。随着近几年虚拟化技术不断发展，桌面虚拟化技术在分布式设备管理中有非常明显的优势，桌面虚拟化是管理者应对数量多、分布式设备管理的一个新的解决方案和基础架构理念。

1.1 桌面虚拟化平台基础架构

Phantosys桌面虚拟化是一套以终端硬盘扇区数据管理及存储为基础的运算模式，即以从事使用者服务管理与供应工作的平台，实际上是在传统设备的、以硬盘为基础的运算架构中增加硬盘扇区数据存取路径的层次，并在路径中加入管理功能［6］。图1为Phantosys桌面虚拟化平台基础架构。

图1 桌面虚拟化平台基础架构

在Phantosys DVP 架构之下，硬盘的存取与管理路径系由3 个组件组成：Phantosys 本地扇区数据缓存（LocalCache）架构、Phantosys EDSC（EthernetDisk Sector Communication）网络硬盘扇区数据传输协议及Phantosys DesktopVirtual Platform PIM 群集文件架构。Phantosys通过EDSC网络硬盘扇区数据传输协议、本地硬盘扇区缓存技术和跨平台群集文件系统技术实现了多桌面应用环境的模块化组合和动态生成以及随需提供，确保了桌面运行的效果和传统的设备没有任何差异和改变，建立了在桌面虚拟化技术领域中全新的技术方向和解决方案。

1.2 EDSC协议

EDSC 磁盘扇区传输协议是一套计算机硬盘扇区数据管理与传输服务供应协议，是系统平台的通信基础，位于客户端操作系统之下、直接对客户端的硬盘扇区数据进行管理和控制，能够支持主流操作系统（Windows系列、Linux 系列）。位于OSI 7 层网络模式中的数据链路层（在需要的时候也可转换为网络层协议），能够将各种服务套件以扇区缓存的方式动态架构到运算平台（亦即客户端）的硬盘内，内含多组协议指令，可用以执行客户端硬盘扇区数据的存取与管理工作（例如安装、删除、存储空间调整、复制、存取管理、桌面环境整合），以此达成应用服务的管理与供应工作。

1.3 本地硬盘扇区缓存技术

本地硬盘扇区缓存技术可以让客户端的硬盘不再安装任何分区格式和文件系统，本地硬盘在系统架构里成为一个缓存设备，并且这种缓存机制是位于BIOS之上、操作系统之下的。客户端在第一次调用一个操作系统或软件的时候，本地硬盘扇区缓存将调用过的数据以扇区的方式载入到客户端硬盘，当客户端重复调用相同的系统或软件时，就可以直接从本地硬盘直接取用，不用再从平台服务器调取，并且客户端在系统运行期间的一切硬盘I／O 存储动作都是基于本地的，如此可以充分发挥客户端的完整硬件性能，并且对服务器、网络的压力极低。

1.4 跨平台群集文件系统技术

跨平台的群集文件是指在平台服务器端的负责客户端桌面系统供应的资源池文件，这个文件系统能够将各种不同文件格式、不同原厂的操作系统和应用软件耦合在一起，利用单个资源池文件就能为客户端提供各种主流操作系统（Windows系列、Linux 系统）和基于这些操作系统之上的应用软件的生成、调用和管理。

2 桌面虚拟技术在分布式设备管理中的方案设计

2.1 桌面虚拟技术方案总体规划

基于学校现有的系统架构、应用及需求，为能保证在最短时间内稳定地使系统上线，并且保证今后若干年内系统良好的可扩展性和可升级性，采用桌面虚拟技术实现的目标如下：

（1）通过对服务器、存储硬件等物理资源的共享和虚拟化，提供给用户与使用传统设备基本一致的操作体验，并能够动态地对用户之间进行计算资源的调配，支持在增加硬件配置和许可数等条件下灵活的扩展功能。

（2）要求界面响应速度与传统设备相比无明显差距，支持常用外设如扫描仪、摄像头、打印机等，提供通用打印驱动，方便用户打印。

（3）必须支持多种前端协议，提供多种协议的统一管理及接入。支持网络带宽自适应，能够根据带宽，自动调整网络数据的传输率和图像清晰度调整。要求支持底层DMZ、防火墙功能，支持虚拟交换机／路由功能，以及镜像克隆功能。

（4）要求虚拟设备能够运行所有的Windows软件，无需做额外的改造或配置。同时能够支持管理员在后台统一、方便地完成如下任务：分配、调整各物理资源，在虚拟设备上安装操作系统及各种应用软件、进行配置及安全管理等。

（5）高可用性、高可靠性保证，并支持容灾功能，要求实现在线迁移，以保证物理服务器故障的零停机、零数据丢失的持续可用性；可与主流备份软件兼容，提供高级备份技术与功能，例如重复性数据删除、颗粒度恢复、Lanfree高速备份功能［7］。

2.2 桌面虚拟技术应用的网络设计

由于Phantosys Desktop Virtual Platform 中，客户机的操作系统和所有文件及数据均由服务器控管，所以对网络环境的品质要求较高。与服务器相连的交换机必须使用千兆端口，条件允许与客户端连接的交换机也可使用千兆端口。

2.2.1 综合布线系统设计

核心交换机为全千兆骨干交换机，并具备足够的光纤模块服务器直连核心交换机的千兆RJ45 端口；核心交换机与各个机房的汇聚交换机之间采用光纤链接；接入层交换机至少需具备一个全双工千兆RJ45端口与汇聚交换机全双工千兆RJ45 端口点对点连接；接入层交换机到每个Client网卡间采用点对点的超五类布线，保证全双工百兆到桌面。

2.2.2 要确保PXE 协议、EDSC 协议能够正常通信

（1）PXE 是INTEL 推出的一种预引导网络协议。在远程启动过程中，客户端通过PXE向服务器发生请求，要求服务器分配一个IP 地址，再用TFTP或MTFTP协议下载一个启动软件包到本机内存中并执行，由这个启动软件包完成终端基本软件设置，从而引导预先存在于服务器中的终端操作系统。

（2）如果Phantosys DVP与对应的客户端不在一个Vlan 中，必须在网络中将Phantosys DVP 使用到的协议端口在Vlan间做转发，以确保通信。

2.3 桌面虚拟化在教学应用环境集中管理应用

2.3.1 定制多操作系统的教学支撑环境

在服务器端安装绝大部分的主流操作系统如Win2000Pro、Win2000Server、WinXPHome、WinXPPro、Win2003Server、Vista、Windows7、大多数的Linux发行版本等，配合各种教学应用软件，供客户端使用。

2.3.2 定制个性化的教学环境

实验室可以根据每个教师、每个班级、每个专业不同的软件特点、教学需求，生成量身定做的系统和资料盘，供教师随需组合、调用，甚至在一个机房里，进行分组教学（每组调用的系统、软件不同），这样使一个普通机房用途个性化、多样化，提高了教育投资的利用率、最大限度地满足越来越复杂的教育需要［8－12］。

2.3.3 在线的集中更新升级维护

教师上课时只需要启动自己所需的环境（一个没有其他不相关软件干扰、不存在病毒问题的开放式的教学环境），这种环境建立的过程可在线完成，即管理人员可以在空闲的时候随便找一台客户机进行补丁安装、软件安装、病毒库升级等所有需要做的更新，然后分享给所有的计算机即可。在线更新的技术可以帮助管理员从繁重、单一的计算机GHOST 中解脱出来，将更多的宝贵精力放到更重要的事。

3 结束语

针对数量多、分布式的设备应用管理，桌面虚拟化是个新的解决方案和基础架构理念。对使用者而言可以让桌面用户调用操作系统、OA 办公软件、财务软件等应用；对IT 管理者而言获得了在中心机房集中管理桌面应用、对桌面应用实现统一配置与管理的能力。因为桌面集中管理、虚拟化和随需交付，为桌面用户提供充分灵活操作空间的同时，又提高了管理水平，保证了实验教学的顺利进行。

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［1］姜昌金，陶桦，黄琦，等.桌面虚拟化技术在校园网环境的应用［J］.实验技术与管理，2011，28（5）：103－105.

［2］王荣，张丽颖.桌面虚拟化在集中监控组网中的应用［J］.通信管理与技术，2011（4）：41－44.

［3］刘正朋.桌面虚拟化技术在实验室仪器管理中的应用［J］.实验室科学，2011，14（1）：151－153.

［4］赵琳，高振江.虚拟桌面技术研究与应用［J］.西安航空技术高等专科学校学报，2011，29（3）：74－75.

［5］王峰，江峰，李朝阳.虚拟桌面及关键技术分析［J］.电信技术，2011（1）：24－26.

［6］李刚健.基于虚拟化技术的云计算平台架构研究［J］.吉林建筑工程学院学报，2011，28（1）：79－81.

［7］陈臻栋.从安全性方面看桌面虚拟化技术［J］.计算机安全，2011（5）：83－85.

［8］董焱.基于虚拟化技术的实验教学中心环境构建［J］.实验技术与管理，2011，28（3）：299－302.

［9］冯元，陈永，张春诚.虚拟化技术在高校计算机实验机房建设中的应用［J］.电脑知识与技术，2010，6（17）：4789－4791.

［10］干俊.打造虚拟化技术下的中心机房管理模式［J］.电脑知识与技术，2011，7（18）：4308－4309，4318.