基于桌面虚拟化的计算机实验室设计与实现

厉旭杰，刘　军

基于桌面虚拟化的计算机实验室设计与实现

厉旭杰，刘军

（温州大学物理与电子信息工程学院，温州325035）

随着计算机技术的发展，计算机实验教学对计算机硬件设备的要求越来越高，传统计算机的管理模式已经很难适应众多个性化的实验教学任务，结合桌面虚拟化技术的优势，讨论在计算机实验教学中引入桌面虚拟化的必要性。结合我校计算机教学及管理的实践，设计并部署桌面虚拟化系统。实践证明，基于桌面虚拟化平台的管理模式极大地提高实验室的管理效率，并提供个性化的实验教学任务。

桌面虚拟化；计算机实验室；实验教学

2013年浙江省高校实验室工作研究重点项目（No.Z201306）、2013年浙江省高等教育教学改革项目（No.JG2013156）

0　引言

虚拟化是表示计算机资源的逻辑组（或子集）的过程，这种资源的新虚拟视图并不受现实的地理位置或底层资源的物理配置的限制。在虚拟化环境中，计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行，是一个为了简化管理、优化资源的解决方案[1]。虚拟化技术按其对象不同可分为操作系统虚拟化、桌面虚拟化和应用虚拟化等。桌面虚拟化（Virtual Desktop Infrastructure，VDI）技术是指将本地计算机虚拟成为远程计算机（包括虚拟主机）的输入输出终端，并提供属于个人的桌面呈示。目前国内很多高校开始着手准备采用桌面虚拟化技术来代替传统计算机的管理模式[2~4]。

表2　云计算软件套件清单

随着技术的发展，计算机实验教学对计算机硬设备的要求越来越高，传统计算机的管理模式已经很难适应众多个性化的实验教学任务，而桌面虚拟化正是解决这一问题的有效途径。目前桌面虚拟化比较成熟的公司有：思杰、VMware和微软等[5~7]。相对来说思杰桌面虚拟化方案实施技术难度大，在国内售后能力比较差，而VMware在国内普及率比较高，售后相当比较完善，因此我校计算机实验室采用VMware公司的VMware View桌面虚拟化解决方案。

桌面虚拟化在计算机实验教学平台上，体现了高灵活性、健壮性、安全性、可扩展性与可管理性的要求[8~10]。

1　桌面虚拟化方案的部署架构

图1显示了我校采用的桌面虚拟化方案体系架构，该方案体系架构包换如下组件：（1）VMware vSphere Desktop，是一个具有业务性和灾难恢复功能的平台；（2）VMware vCenter Server for Desktops，集中管理VMware vSphere；（3）VMware View Manager,可实现虚拟桌面的管理、调配和部署；（4）VMware ThinApp，实现应用虚拟化；（5）VMware View用户配置管理，控制桌面池；（6）VMware Composer,实现存储优化，简化管理；（7）VMware View Client，使各种终端能访问集中式桌面服务；（8）VMware vShield Endpoint，防病毒和恶意软件的解决方案；（9）VMware vCenter Operations for View，进行故障排除并提高资源利用率。

表1　计算资源清单

2　部署桌面虚拟化的流程

桌面虚拟化在计算机资源上的实现主要依赖于服务器、存储设备等硬件设备以及相应的软件。以我校200个客户端为例，我们列出了桌面虚拟化解决方案需要的硬件和软件条件。表1给出了相关的服务器与存储设备列表，表2给出了相应的软件清单，依托这些设备与软件，已经形成由16颗E5 2640v2 CPU、内存总量2TB、存储总量16TB组成的高性能数据中心，为桌面虚拟化的运作提供了充足的保障。

图1　桌面虚拟化方案体系架构

图2显示了VMware View虚拟桌面拓扑，其中ESXi服务器群集，用于管理vCenter 5.5（IP:10.132. 253.202），View连接服务器（IP:10.132.253.147），View安全服务器（IP:10.132.253.148），AD、DNS、DHCP服务器（IP:10.132.253.201）以及VMware虚拟桌面虚拟机（Win7）。远程用户可以通过View Client或者浏览器直接访问虚拟桌面上的内容。

VMware桌面虚拟化主要过程可分为以下几个步骤：

（1）准备Active Directory服务器；

（2）部署View Connection Server虚拟机，登录用户通过它实现身份认证，然后将服务器上的虚拟桌面远程传送到远程桌面。该过程包含安装VCS标准服务器，初始View管理配置。

（3）安装View Composer组件，该组建可以存储优化，节省大量的存储空间。该组建需要安装数据库，我校桌面虚拟化方案使用Microsoft SQL Server 2008数据库。

（4）准备模板虚拟机。

（5）配置桌面虚拟池。

部署完桌面虚拟化平台后，学生可以通过VMware Horizon View Client连接到桌面和程序，或通过浏览器连接到桌面。图3显示了VMware Horizon View Client安装下载提示界面，用户也可以直接使用浏览器登录。在如图4所示的登录界面中输入虚拟桌面的用户名、密码，并选择合适的域，进行登录。图5显示了基于浏览器访问的虚拟桌面。

3　桌面虚拟化应用

在计算机实验教学中，传统计算机的管理模式最大的弊端是无法提供个性化的实验教学，所有的课程共用同一实验环境，每次实验后，计算机都会进行还原[11~12]。而基于桌面虚拟化的平台，提供了个性化的桌面服务，每位教师和学生都可以管理属于自己的操作系统。为了满足计算机个性化的实验教学，图6显示了我校网络工程桌面虚拟化提供的个性化实验配置，满足课程个性化订制的要求，专任教师和实验管理人员被赋予相应的管理权限后可以登录平台进行实验内容的管理和实验环境的管理。

图2　VMware View虚拟桌面拓扑

图3　View Client安装下载提示

图4　View Connection Server的登录

图5　基于VMware Horizon View Client访问的虚拟桌面

图6　课程个性化配置

传统计算机的管理模式，由于实验环境以及设备资源等因素的制约，学习地点固定于实验室所提供的物理空间，学习时间受限于实验室的开放时间，而且通常只能通过机房给定的PC，依赖指定的操作系统使用与访问实验室资源，无法实现随时、随地地访问与利用设备资源，也不能支持通过多种可选终端使用实验设备资源。桌面虚拟化平台提供了一年365天、每天24小时的全天候实验室开放，学生可通过网络随时、随地访问平台中的虚拟实验教学资源，并可使用台式PC、笔记本电脑、手持智能移动设备等多种访问工具；为学生根据自己的学习兴趣、学习能力与学习节奏，选择个性化的学习内容、学习时间与学习地点提供了现实可行性。

4　结语

目前，温州大学计算机桌面虚拟化平台实施后，年受益学生260人左右，虚拟中心年人时数达45000以上。虚拟实验教学平台的开通，使得学生中心的教学理念得到了更好的落地与体现，平台提供了365天每天24小时的全天候开放，学生使用自己的校园ID可随时、随地，使用台式PC、笔记本电脑、手持PAD等智能设备访问平台，进行远程在线实验，并保存实验状态与结果。学生可根据自己的学习兴趣与节奏，选择个性化的学习内容、创建自己的私有项目库，自主选择学习时间与学习地点；还可在学习过程中，通过网络连线，寻求教师和企业工程师的在线帮助；学生自主创建的优秀项目，可通过自主推荐、教师审核筛选的方式进入平台的公有项目资源库，被其他学生所共享；学生还通过座谈会、意见箱、邮件与当面交流等方式，就平台的应用体验与改进提出了意见与建议；部分高年级学生还加入了中心的技术开发团队。

[1]陈桂林，邱克，李艺.基于网络的高校资源虚拟化管理探讨[J].中国高教研究,2008,7:46~47

[2]赵迎春.桌面虚拟化在图书馆的应用[J].情报科学,2012,30（2）:240~242

[3]姜昌金，陶桦，黄琦，周翔.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）:16~20

[4]林先津,桌面虚拟化技术在分布式设备管理中的研究与应用[J].实验技术与管理,2013,30（4）:68~70

[5]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

[6]黄健,阮灿华,舒兆港.探索桌面虚拟化在全国计算机等级考试中的应用[J].实验技术与管理,2014,31（3）:118~121

[7]马博峰．VMware，Citrix和Microsoft虚拟化技术详解与应用实践[M]．北京：机械工业出版社，2012

[8]广小明．虚拟化技术原理与实现[M].北京:电子工业出版社,2012

[9]顾春峰,李伟斌,兰秀风.基于VMware、GNS3实现虚拟网络实验室[J].实验室研究与探索,2012,31（1）:73~75

[10]齐心.基于VMware技术的软件实践平台的构建[J].微计算机信息,2010,26:232~234

[11]张楠.虚拟化技术在实验室服务器优化整合中的应用[J].实验室科学,2014,17（2）:49~52

[12]龙艳军,欧阳建权,俞佳曦.基于GNS3和VMware的虚拟网络系统集成实验室研究[J].实验技术与管理,2013,30（2）:90~93

Desktop Virtualization;Computer Laboratory;Experimental Teaching

Design and Implementation of Computer Laboratory Based on Desktop Virtualization

LI Xu-jie,LIU Jun

（College of Physics&Electronic Information Engineering,Wenzhou University，Wenzhou 325035）

With the development of computer technology,computer hardware devices have become increasingly demand in computer experimental teaching.Therefore,traditional computer management model has been difficult to adapt to personalized experimental teaching assignment. Combining the advantage of desktop virtualization,discusses the necessary of application of desktop virtualization in computer experimental teaching.Designs desktop virtualization system in computer laboratory and implements it based on practical experience of computer teaching and management in colleges.The practice shows that the desktop virtualization system improves the efficiency of laboratory management,and provides the personalized experimental teaching assignment.

1007-1423（2015）12-0054-05

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.12.012

厉旭杰（1981-），男，浙江温州人，硕士，实验师，CCF高级会员（E200020289M）,研究方向为实验室教学、图形图像

刘军(1975-)，男，浙江温州人，博士，讲师，研究方向为虚拟化与云计算、网络工程

2015-03-26

2015-04-06