桌面虚拟化技术在高校公共机房升级改造中的应用

唐浩祥，徐燃柏（1.武汉大学 信息管理学院，湖北 武汉 43007；.广东交通职业技术学院 计算机工程学院，广东 广州 510650）

科技与应用

桌面虚拟化技术在高校公共机房升级改造中的应用

唐浩祥1，2，徐燃柏2
（1.武汉大学 信息管理学院，湖北 武汉 430072；2.广东交通职业技术学院 计算机工程学院，广东 广州 510650）

阐述高校公共机房在升级改造中所遇到的问题，介绍桌面虚拟化技术的概念和基本构成，论述桌面虚拟化在高校机房改造中的实施方案以及相关应用和策略。

桌面虚拟化；公共机房；升级改造

近几年，随着计算机应用的普及，各高校都投入大量的资金进行计算机房的建设。特别是公共机房，大都拥有较高的性能，可以满足大部分非计算机专业甚至计算机专业的教学要求。随着软件的不断更新，已经开始出现性能不足的情况。特别是近年国家对全国计算机等级考试大纲的更新，考试环境从Windows XP更新至Windows 7，这意味着计算机基础课教学大纲也要随之进行更新，这就对公共计算机房提出更高的要求。这时，如果对公共计算机房进行全部报废更新，则会给学校带来较大的经济压力。

同时，由于建设时间不同，会导致各机房计算机型号各不相同，给管理人员带来大量的工作压力。再者，这些计算机只是性能不足并非损坏，还可以承担一些基础教学任务，如C语言等，报废更新会造成资源浪费。桌面虚拟化技术的出现为公共机房的升级改造带来了新思路。

1　桌面虚拟化技术

桌面虚拟化是指将计算机的终端系统（也称作桌面）进行虚拟化，以达到桌面使用的安全性和灵活性。可以通过任何设备，在任何地点、任何时间通过网络访问个人桌面系统［1］。桌面虚拟化以服务器虚拟化作为基础，通过虚拟化技术所有桌面虚拟机在服务器进行托管并统一管理，通过桌面显示协议将虚拟桌面交付给远程桌面用户，而桌面用户仅仅负责输入输出与界面显示，不参与任何计算和应用，就能够获得桌面操作。

目前，市场上较为成熟的桌面虚拟化产品主要有：VMware公司的View和Citrix公司的XenDesktop。两款产品都是在服务器虚拟化的基础上，专门为桌面虚拟化应用而开发的产品，其基本功能架构大致相同，这里以VMware公司的View作为案例进行描述。该产品基本架构如图1所示，其中包括用于运行虚拟机的ESXi主机群、用于管理虚拟桌面的管理中心（vCenter Server）、用于管理终端与虚拟机通信的桌面管理器（VMware View Manager和VM-ware View Composer）、各种类型的终端设备（如PC机、平板、笔记本、手机等）以及基础网络环境。ESXi主机作为桌面虚拟化的基础，对服务器硬件进行了资源池化、统一管理和调度。同时，为了提高的磁盘性能、数据的安全性和高可用性，一般采用单独的存储系统来存储数据，这样就可以利用虚拟化的高可用，使某一主机当机时，实现快速的虚拟机迁移和服务的快速恢复。vCenter用于对所有主机进行统一的管理和调度，如虚拟机的创建、复制、迁移，以及虚拟网络的配置等，是整个平台的管理中心。桌面管理器用于管理终端与主机之间的通信以及将桌面转换成各类终端的格式，如平板电脑、PC机、手机等。

图1　桌面虚拟化平台的基本架构

桌面虚拟化平台对所有虚拟机实行了统一管理、合理调度资源，减轻了管理人员的工作强度。通过管理平台，管理人员可以快速地为用户创建、升级桌面操作系统，远程为用户进行调试服务。多样化的客户端接入方式，使得用户可以最便捷的方式使用桌面。集中式的数据存储方式，使用户的数据更具安全性。

2　机房升级改造的实施方案

2.1机房现状

以笔者所在单位的计算机房为例，公共机房3个，各有计算机120台，计算机配置为双核CPU、512M内存、80G硬盘，全部采用百兆网络，如图2所示。该配置的计算机不能流畅运行Windows 7，即使增加内存，80G硬盘空间也无法满足要求。目前，由于各教学考试环境的不同，需要分别安装包括Windows7在内的多个不同的操作系统，这需要大量的硬盘空间。同时，该配置的计算机只能满足对计算机性能要求较低的应用，如C语言、CAD制图、网页设计等；对于各种图形设计类、语言开发类软件等对性能要求较高的应用，如Adobe Photoshop CS6、Pro/Engineer、Visual Studio 2012等，则无法满足。此外，由于保养工作比较到位，该机房的计算机只有个别损坏，其余大部分均能正常运行。

2.2升级方案

在本升级方案中，为节省资源以及便于管理，vCenter管理中心服务器、View Manager桌面管理器和View Composer桌面通信管理器均采用虚拟机的形式在ESXi主机上运行。客户端则利用在原有计算机安装客户端软件的方式，实现对虚拟桌面的访问。所有ESXi主机物理网卡均直接连接至机房局域网中，如图3所示。通过vCenter建立虚拟网络，实现虚拟机与各管理服务器之间的连接，客户端则通过View Manager连接虚拟机。同时，为了实现服务器的高可用，各服务器之间建立专用的通信网络，用于侦测各服务器的运行状态，即心跳网络；存储系统也通过专用网络与ESXi主机连接，保证数据的安全性和高可用。当某一服务器出现故障时，其它服务器确定无法接收到该服务器的状态信息后，自动将该服务器上的虚拟机以及数据进行迁移，实现服务的高可用。

图2　某机房网络拓扑结构

图3　升级后的网络拓扑结构

此外，服务器可放置在机房内部，也可以托管在网络中心，只需通过校园网的千兆网络连接至机房即可。

2.3硬件设备投入

在服务器投入方面，由于服务器主要是用于计算数据以及存储数据，为安全起见，将服务器分为计算节点服务器和存储系统。计算节点服务器负责所有的计算量，存储系统负责数据的存储备份，使数据分享可以实现虚拟化的高可用，即当一个计算节点损坏时可以马上迁移到另一个计算节点上，数据不会受到影响。在网络设备方面，服务器在传输桌面至客户端时，仅需要使用200～300kbps的带宽，原有的百兆网络已经可以满足要求，无需增加投入。

计算节点服务器主要考虑CPU的核心数和内存容量两个方面。一般情况下，一台两路8核CPU的服务器可以满足40个虚拟机的运行要求，120个虚拟机共需3台服务器。为了实现服务器的高可用，建议增加N+1台服务器，即4台服务器来为桌面虚拟化提供计算性能。内存容量的大小主要是由虚拟机所需容量决定。一般情况下，流畅运行Windows 7需要2G以上的内存，公共机房需要安装各类软件，建议内存增加至3G。以一个机房120个虚拟机同时运行来计算，需要360G以上的内存，所以建议每台服务器配置96G的内存。

存储系统主要考虑I/O性能和存储空间。按一般使用习惯来计算，一个客户端的需求大概是20个IOPS左右，120个用户需要2 400个IOPS。以每个15 000转硬盘120个IOPS来计算，至少需要20个硬盘。再考虑数据安全的问题，一般会采用磁盘阵列的方式，按RAID 0+1磁盘阵列来计算，这里至少需要40个硬盘。存储空间方面，以一个用户40G的操作系统空间，10G的数据空间，120个用户需要6T的空间，操作系统占4.8T，数据占1.2T。为了使公共计算机房的利用率更高，往往会需要安装多个不同的操作系统，所以建议存储空间增加至2倍，即12T以上，故这里需要40个300G以上的硬盘来组建存储系统。

3　桌面虚拟化的应用

1）利用虚拟机模版功能快速部署应用环境。

公共计算机每个学期都要根据课程需要来安装计算机操作系统和软件，这往往需要花费大量的时间，而桌面虚拟化技术则可以快速的完成部署。桌面虚拟化技术中，虚拟机在服务器中是以文件方式存储的。在部署虚拟机时，可以先完成一个虚拟机的安装，并将该虚拟机转换成模版，然后通过模版复制的方法，快速建立统一的计算机应用环境。

2）建立应用策略，为不同用户推送不同的桌面。

在高校公共计算机房中，各门课程对运行环境的要求都不一样，对操作系统的要求也各有不同，如Windows XP、Windows 7、Linux等等。所以需要在服务器中创建多个不同操作系统的虚拟机，以供不同的用户使用。同时，可以通过建立服务器应用策略，为不同的用户提供不同虚拟机。例如A课程需要使用Windows XP，B课程需要使用Linux，可以通过建立服务器应用策略使A课程时运行Windows XP的虚拟机，B课程时运行Linux的虚拟机，而用户只需用同一个客户端连接即可。

3）利用虚拟机快照功能，实现单个虚拟机多种应用环境。

在桌面虚拟化平台中，快照功能可以为虚拟机创建出多个不同的应用环境。快照功能可以对虚拟机当前的运行状态进行保存，也可以快速的恢复已保存的运行状态。利用这个功能，可以将某一或多个特定的运行环境保存，当有需要时就可以直接调用某一状态进行恢复，这样即满足了教学环境的要求，也减轻了管理员的工作压力。

4）虚拟桌面远程推送。

很多课程的上机实训在设计上都是有关联性的，即上一次实训的结果、环境配置、等都可作为下一次实训的基础。这需要机房在安排上得到统一，如固定安排在某一机房，但往往很难实现。桌面虚拟化技术可以通过网络将桌面推送到各个不同的机房当中，用户只需通过客户端软件连接即可。同时，可以通过建立快照的方式保存实训的结果，待下次上机实训时使用。理论上，桌面虚拟化技术可以将桌面推送至任何一个有网络连接的地方，包括宿舍、办公室、课室、甚至校园以外，这为远程教育带来的便利。

5）旧设备重新利用，提高资源利用率。

利用老旧的计算机充当桌面虚拟化的客户端是该方案中的主要特点，它可以提高原有设备的利用率，延长设备的使用寿命，降低了升级改造的成本。原有计算机的运行环境是不变的，只需安装客户端软即可使用桌面虚拟化。在对计算机性能不高的课程中，如C语言程序设计、网页设计等，可以直接使用原计算机的操作系统环境，把桌面通过网络推送到其它有需要的机房中，提升设备的整体利用率。

6）桌面环境统一，客户端类型众多。

桌面虚拟化的主要特点是与客户端配置无关，它的运行主要依靠服务器，客户端则用于显示、收发指令以及外部设备接入［2］。所以桌面虚拟化可以为每一个用户提供相同的桌面环境及计算机配置，实现了教学环境的统一，无须考虑客户端设备的配置及软件环境等因素。同时，桌面虚拟化的客户端类型众多，有Windows平台、MAC OS平台，平板电脑的、手机等等。

4　结语

桌面虚拟化作为一种新的计算机使用模式，已在大多企业，特别是外资企业中普遍使用。利用桌面虚拟化技术进行高校公共机房的改造，能够大大简化升级改造的工作，提升了机房的管理水平，延长了设备的使用年限，解决了高校资金不足的问题，为高校公共机房的升级改造提供一个具有较高性价比的解决方案。

［1］桌面虚拟化［EB/OL］.［2015-05-10］http：//baike.baidu.com/link？url=a6k6GeydEnuk-lOeiBayqt-GjiybZP4sBtX4RP4yaepxdtIy-BY5aCXV7qRSpicihUc4gmwspTgHReMMq7hB0TK.

［2］邓少华.桌面虚拟化技术在多媒体教室管理中的应用［J］.网络安全技术与应用，2014（1）：34-37.

［责任编辑：吴卓］

The Application of Desktop Virtualization Technology in Public Computer Rooms Upgrading in Colleges and Universities

TANG Haoxiang1，2，XU Ranbo2
（1.School of Information Management，Wuhan University，Wuhan Hubei 430072，China；

2.School of Computer Engineering，Guangdong Communications Polytechnic，Guangzhou Guangdong 510650，China）

Based on the problems in public computer room upgrading in Colleges and universities，this paper introduces

the concept and basic composition of desktop virtualization technology，and discusses its implementation scheme and related applications and strategies in solving the problems.

desktop virtualization；public computer room；upgrade

TP393.02

A

1672-6138（2015）03-0034-04

10.3969/j.issn.1672-6138.2015.03.008

2015-06-18

唐浩祥（1982—），男，广东佛山市人，助理实验师，研究方向：网络技术。