校园虚拟化云计算实验室设计

杜朝晖

杜朝晖/广东邮电职业技术学院讲师（广东广州510630）。

随着云时代的到来，通信技术、计算机技术和业务的进一步发展给大专院校传统模式实训室的建设提出了挑战。云计算在资源整合和提高设备利用率方面的特点是传统实训室建设无法替代的，云计算人才的巨大需求缺口也为大专院校人才培养改革提出了新的方向，培养云计算相关人才是大势所趋。许多学校都会增加云计算机专业或相关课程，所以云计算实验室的建设使必不可少的。云计算实验室如果单纯做云计算实验，会造成资源利用不充分，如果跟其他课程公用，其他课程实验前恢复工作量大，做云计算实验时又会把系统破坏。本文以一个55人的实验室为例来讨论如何解决此问题。

一、实验室需求分析

实验室要求配置终端数量为55台，需要部署一套虚拟化及云计算实验机房以满足学生各类计算机课程实训实验的基本需求，同时为满足云计算机设计管理人员培养的需求，实训环境需要能够支持学生体验到虚拟化云计算的奥秘，并亲自逐步部署一整套虚拟化云计算环境。日常的使用需要能够满足以下需求：

（一）安全易管理

多媒体机房目前采用的是传统PC管理模式，系统采用还原卡的方式恢复桌面应用，补丁更新以及桌面环境部署的维护成本大，还经常无故感染病毒，同时由于学生对于电脑的操作随意性强，硬件更换周期加快，硬件成本投入增加，且学生的行为无法得到有效控制，课程效率无法得到提升，必须找到一个统一管理的方法。

（二）所需软件多样化

机房环境由于业务单一，只能满足部分课程的授课，无法满足定制化课程和多样式课程的授课，且环境更改非常复杂，周期也很长，这为课程的安排带来不便。要能够实现计算机类课程的绝大部分实验需求，如Linux、Windows系统管理、虚拟化实验；网站开发、电子商务；计算机和网站软件开发类；CAD、PS图形处理；财务管理；办公自动化管理等课程。在此实验机房中，内嵌各种实验环境、教学环境、培训环境，并可根据课程需求定制不同的环境，实现按需分配的效果。

（三）降低投入成本

目前学校在设备的配置以及更新上可以节约大量的资金。在云系统中要想对高性能的资源进行直接性使用，只需要用普通的一台PC机作为终端，降低了主机维护成本，任何时候简单替换瘦客户机即可直接使用。

根据以上需求进行分析，无论从解决现有的授课和实训环境，改善桌面环境以及培训规范，还是基于学校企业战略规划，都需要从传统的行业转型到云计算环境中，实现IT系统高工作效率，节约日后系统更新成本。

二、方案部署

云计算实训室的设计模式为Iaas（础设施即服务模式InfrastruetureasaServiee）。服务器虚拟化将物理服务器划分成多个逻辑服务器，实现资源利用和管理，桌面虚拟化为将服务器虚拟化平台上安装的Windows桌面系统，用户通过任意终端设备登录，连接分配给用户的桌面，方案的示意如图1所示。

三、资源需求

（一）虚拟云桌面使用资源

在虚拟云桌面的使用中，主要是对软件工具的使用，在此环境中要能够实现计算机类课程的绝大部分实验需求。

1.使用情形描述。系统需要56个终端，包括55个学生位和一个教师位，学生需要能在windows系统下，开机加载公共的桌面环境、切换系统模板、进行普通的互联网浏览、使用各类教学软件上课、浏览网络视频资源、教师可以使用桌面控制软件控制学生桌面。

2.使用资源分析。一台虚拟桌面需要做包括数据库、程序开发、办公应用、绘图软件等应用，所需要的资源如表1所示。

表1 虚拟桌面使用资源分析

机房所有桌面使用的资源以高峰期并发使用率为100%来进行计算，一个实验室的总的桌面数为56台，具体需要的各类资源如表2所示。

表2 虚拟桌面使用资源计算

（二）云计算、服务器虚拟化实验使用资源

1.使用情形描述。该场景主要为学生提供服务器虚拟化实验。每四位同学一组，底层部署高性能服务器，然后对服务器进行虚拟化，虚拟出28台服务器，即虚拟化底层架构VESXI有28个，供14组56个学生使用，每组学生分配两台服务器，来完成虚拟化的一系列教学实验。

2.所需资源计算。单组4个学生实验，每组分配2个VESXI可实现高可用性实验，以实验室的高峰期并发使用率为100%来计算，所需的资源如表3所示。

表3 云计算实验使用资源计算

（三）整体资源需求

把上述两部分的资源整合在一起可以看到，如下表中的需求，我们考虑到一定的冗余，确定了最后的资源数目。如表4所示。

表4 总体资源计算

（四）资源整体配置

根据资源数目的需求，要进一步整合，来计算出最终需要配置的服务器数目，具体的计算结果如下：

1.CPU需求计算。CPU总共需要990个，按照1:8来计算，990/8(1核相当于8个vcpu)/32(4路8核服务器)=4，即要4台服务器。

2.内存需求计算。内存共需要1190GB，1190GB/4=298GB，每台服务器配置298GB，配置19条16GB的内存。

3.磁盘容量需求计算。磁盘空间共需要10200GB，分别分配2*400G的SSD和22*600G的SAS。存储设备配制2块400GB的SSD硬盘，22块10krpm、600的SAS盘 （或其他同等档次与范围的硬盘）。存储本身支持双控制器，每个控制器含16GB的缓存。存储支持多级缓存机制，能实现将高频率读取数据。

四、系统管理设计

实验环境的平台需要安装配置虚拟化操作系统及相关软件，本设计采用的虚拟化服务器产品为vSphere产品，作为整个桌面终端的方案架构，系统逻辑管理结构如图2所示。

图2 系统逻辑管理结构

在底层，利用view套件里的vsphere软件进行服务器虚拟化，然后在底层的服务器中部署虚拟机，在虚拟机上创建桌面进行发布，这样终端就会有不同的桌面可以使用,在平时实训课学生上课时，用虚拟化部署的1个虚拟桌面上课，底层的两台交换机共同使用，实现56个虚拟桌面同时在线，实现切换流畅，使用和管理方便。搭建虚拟化的环境时，利用其中底层的4台服务器发布56个桌面的同时，然后在服务器虚拟化的基础上再进行虚拟化，可实现人人都能学会部署桌面，并且节约资源。学生生不仅在课堂上可以使用实训室原有的低性能计算机接人云桌面,也可以在课外通过LAN、WAN利用笔记本电脑、智能手机、瘦终端等接人云桌面,为学生课后自主学习与实践提供平台。

本文从需求入手，经过需求分析、资源计算，给出了基于云计算的实验室建设方案。此方案基于云环境，一方面可以为计算机专业教学实课程提供实践便利,另一方面使学生能够亲身感受云技术应用优势,还可以在参与云平台构建、运行和维护中获取更多的专业知识与操作技能。进行实验室建设时对云计算的应用，不仅可以解决缺乏基础建设资金以及浪费实验资源的问题，还可以大大的改善实验管理教学凌乱的现象，云计算的实验室建设方案可进一步推广应用。

随着网络虚拟化技术的发展应用，把所有的硬件资源进行有效整合，建成服务器集群，形成资源池，按需动态分配资源，负载均衡，利用虚拟化技术构建校园云将是一个不错的解决方案，校园云必将成为大专院校重要的研究方向和信息化建设的主流。

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