高校虚拟化桌面实施研究

刘 永,吴 杰,宁玉富,姜 伟

(1.山东青年政治学院 实验设备管理处,山东 济南 250103;2.山东省高校信息安全与智能控制重点实验室,山东 济南 250103)

高校虚拟化桌面实施研究

刘 永1,吴 杰1,宁玉富2,姜 伟1

(1.山东青年政治学院 实验设备管理处,山东 济南 250103;2.山东省高校信息安全与智能控制重点实验室,山东 济南 250103)

随着云计算技术及其应用研究的日益成熟，虚拟化桌面技术也得到了迅猛发展,并受到了政府、企业以及其他各行业的广泛青睐，在社会各个领域得到了普遍应用。采用虚拟化桌面技术不仅打破了传统IT行业的运营管理模式，还可以不断提高IT资源利用率、降低IT成本，使得IT管理更加简便。目前虚拟化桌面技术已经被高校教育领域所采用，不但降低了IT教育成本，还使得实验室管理人员可以从繁重的日常管理工作中解脱出来，集中精力做其他方面的工作。文中从高校实验室管理角度出发，介绍了虚拟化桌面的概念及其优缺点，国内外研究现状，虚拟化桌面的技术架构以及一种云虚拟化桌面解决方案，希望能够为高校使用虚拟化桌面技术进行现代信息化建设提供借鉴。

云计算；桌面虚拟化；高校;虚拟化解决方案

0 引 言

近年来随着计算机技术的迅速发展，个人计算机的使用相当普及，并且已经成为高校管理、教学科研不可缺少的工具。但是高校在使用个人计算机过程中也存在着各种问题，主要体现在以下方面：

(1)计算机老化迅速[1]。随着计算机硬件和软件的快速发展，大约每隔5年，计算机性能就已经跟不上操作系统和软件的要求。如果重新购置，需要投入大量资金，并且将来还要面临同样的问题。

(2)维护困难。多媒体教室、实验室机房是主要的教学场所，经常需要安装各种软件。管理人员经常要根据教学需求安装教学软件，并利用还原卡进行同传，有的保护卡不支持异构计算机的软件同传，增加了安装软件的难度，不支持异构计算机机房的联网管理，维护起来不是很方便[2]。

(3)计算机病毒难以预防。虽然目前多媒体教室、实验室机房都安装了还原卡，但是对于某些病毒还是不能做到彻底预防。对于有些作为考试的机房，一旦中了病毒，将会影响考试软件的安装以及正常考试等。

随着云计算技术的不断发展，高校信息化建设也在不断推进中，虚拟化桌面引起了高校的兴趣和关注[3-5]。

1 虚拟化桌面介绍

1.1 什么是虚拟化桌面

虚拟化技术是云计算采用的关键技术之一[6]。虚拟化桌面是在虚拟化技术的基础上应运而生的。所谓虚拟化桌面就是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。可以借助任何设备，在任何地点、任何时间通过网络访问属于个人的桌面系统[7]。

实现桌面虚拟化就要将服务器虚拟化，通过将数据中心服务器虚拟化，从而生成大量的独立桌面操作系统(虚拟桌面)，并将虚拟桌面协议发送给终端。终端通过以太网连接到虚拟服务器上。用户只需要记住用户名和密码及网管信息，就可以通过网络登录到自己的桌面系统进行随时随地的操作。因此高校如果使用桌面虚拟化技术会使实验室机房、多媒体教室等变得更易于集中管理[8]，从而减轻了管理人员的工作负担，使得管理人员有更多的精力从事其他方面的工作。

1.2 使用虚拟化桌面的优缺点

由于实验室机房是教学的主要场所，因此这里主要针对高校实验室机房来具体分析使用虚拟化桌面的优点和缺点。

1.2.1 优 点

(1)终端配置简单。虚拟化数据中心建成后，在实验室机房、多媒体实验室等不再使用主机，而是只需要一个显示器、键盘、鼠标、瘦终端就可以进行教学。

(2)升级方便。如果实验室计算机配置过时，不能满足当前教学需求，也无需购置新的计算机，只需要升级数据中心里的服务器硬件或增加服务器数量就可以了。

(3)便于维护。管理人员只需维护数据中心里的服务器，保证其良好运行就可以了。负责每个实验室机房的老师工作量会减少很多，可以把精力用到其他方面。

(4)节约成本。现在计算机硬件发展迅速，实验室机房的计算机用不了几年，就会面临淘汰。如果高校再花钱购买一批新的，势必造成资金上的浪费。如果采用虚拟化桌面模式，当实验室机房面临计算机硬件升级时，只需要升级服务器就可以了，资金上得到节约。在使用成本上，服务器因为采用虚拟化技术，一些不用的虚拟机会关闭，只运行需要的虚拟机，服务器运行上会省电，从而也会减少使用成本。在用人成本上[9]，桌面虚拟化模式使实验室不需要太多管理，给实验室管理人员减轻了不少压力，学校可以减少管理人员的数量，节约用人成本。

1.2.2 缺 点

(1)不适合使用专业软件和特殊软件(这里主要是针对VDI(虚拟桌面基础架构)而言的)。因为采用虚拟化桌面的云计算主要是用来计算和存储服务，因此云计算数据中心里的服务器显卡的配置要低一些，不适合运行像Photoshop、3D Max这样的专业软件。只适合运行像MS Office(Microsoft Office，微软办公软件)等对显卡要求不高的软件。因此使用桌面虚拟化，比较适合学校公共课的教学。对于有特殊软件需求的专业，还要再建设专门的实验室机房，用于教学。

(2)不适合某些特殊考试的要求。虚拟化桌面这种模式不适用于如全国计算机等级考试、计算机文化基础考试等的要求，必须要建立单独的实验室PC机房才可以满足考试要求。

(3)其他要解决的问题[10]。例如，远程桌面托管、远程托管专用虚拟桌面、远程虚拟应用程序、本地虚拟应用程序及本地虚拟操作系统等虚拟化桌面存在着各种问题；另外还有对虚拟化桌面终端硬件的支持问题，对服务器硬件、计算机网络过度依赖的问题以及数据的安全性问题等。

2 国内外研究现状

目前桌面虚拟化厂商，国外主要有：VMware、思杰(Citrix)、微软。国内主要有：华三[11]、和信[12]。

2.1 国外研究现状

2.1.1 VMware

VMware桌面虚拟化产品主要面向个人用户和企业桌面。包括VMware View，VMware Fusion,VM-ware Workstation等。VMware View在数据中心集中保存了所有用户的个性化桌面，通过网络终端提供虚拟化桌面[13]。目前，VMware最新产品是VMware View 5。VMware View 5无需专门的显卡或客户端设备就可以在虚拟桌面中支持基本3D应用程序，例如Office 2010或者需要Direct X的应用程序。并且采用PCoIP远程传输协议，可以通过LAN(Local Area Network，局域网)或WAN(Wide Area Network，广域网)为用户提供高可靠性、高可用性、高安全性、高可扩展性的虚拟桌面体验。

2.1.2 思 杰

思杰的主要虚拟化桌面产品是Xen Desktop。用户只要通过Xen Desktop的终端设备就可以通过网络访问服务器端的个性化桌面系统，就如同在本地使用物理机一样。目前Xen Desktop最新版本是Xen Desktop 3。Xen Desktop采用ICA(Independent Computing Architecture，独立计算体系架构)网络协议，并且采用开放式架构，能够支持各种虚拟化平台和终端设备。不同于其他桌面解决方案，Xen Desktop可以使用单个镜像在数据中心或通过终端设备将个性化桌面交付给虚拟设备和物理设备，通过内置的性能监控工具进行更换的IT(Information Technology，信息技术)服务管理。

2.1.3 微 软

微软的主要产品是客户端Virtual PC和服务器端Virtual Desktop两类产品，采用RDP桌面虚拟化传输协议。虚拟桌面的客户OS操作系统运行在一个基于服务器的虚拟机环境中，通过网络与用户交互。微软虚拟化桌面后端服务器采用Hyper-V架构，用来提供单个虚拟机或虚拟计算机池，前端的PC机更多的是采用基于会话的桌面形式呈现给用户，并且为用户提供能够使用的远程应用程序[14]。微软以其优越的Windows操作系统和Windows server服务器在桌面虚拟化领域中占有一席之地。

2.2 国内研究现状

2.2.1 华 三

华三的桌面虚拟化解决方案主要是H3C零存储解决方案。它最大的特色是将计算服务器上的硬盘作为云存储设备，不需要用户再单独购买云存储设备，为用户节省了成本。

2.2.2 和 信

和信公司在虚拟化桌面产品方面主要推出了“和信虚拟终端管理系统VEsystem”。与传统的虚拟化桌面设计不同，该管理系统的终端对底层计算机硬件资源的利用不再依赖GPU虚拟化和CPU虚拟化技术，而是直接在I/O层实现对物理存储介质的重定向，从而使得虚拟化OS完全工作于硬件之上。当终端需要更新软件时，仅需在任意一台终端上操作就可以完成自动同步。并且断网或硬盘出现故障，终端也能继续使用虚拟桌面。该管理系统具有良好的兼容性，可以兼容不同配置的终端计算机，能够创建多平台系统环境，满足教学多样化的需求[15]。

3 虚拟化桌面采用的技术架构

虽然目前市场上虚拟化产品众多，但它们采用的虚拟化桌面技术架构主要分为两种：虚拟桌面基础架构(Virtual Desktop Infrastructure，VDI)和虚拟操作系统基础架构(Virtual OS Infrastructure，VOI)。

3.1 VDI架构

VDI是由早期的RDP协议(Remote Display Protocol)和瘦客户机逐渐演变而来的，其利用服务器为整个桌面提供集中化管理，是目前国外虚拟化厂商VMware、思杰、微软等极力推荐的模式。但其采用的是瘦终端协议，因此不适合专业软件和特殊软件的教学需求。同时VDI对于网络的依赖性很强，客户端必须时刻保持联网才可以工作，因此对于网络的可靠性要求很高。

图1给出了思杰公司的VDI解决方案。

图1 思杰公司的VDI解决方案

3.2 VOI架构

相比VDI，VOI正逐渐成为一个新的桌面虚拟化发展方向。VOI是使终端和服务器端共同承担计算需求。它是将云虚拟桌面的终端彻底虚拟化，构建一个虚拟的容器池，然后在这个容器池上再部署操作系统OS。因为终端已经被彻底虚拟化，所以虚拟机既可以在服务器端运行也可以在终端运行。这就减轻了服务器端的压力，使得数据中心规模可以缩减。VOI模式成功解决了VDI模式的一些困难。

对于大量的图形、音频、视频等专业软件，现在都可以由客户端来处理。同时客户端承担了很大一部分各类运算负担，因此不需要实时和服务器联网，只需要在传输数据时联网就可以了，这就大大降低了对于网络的依赖性。VOI模式也可以对各种外设进行良好的兼容。

结合实际的实验教学来看，VOI模式很适合专业软件的教学。但缺点就是对实验室终端计算机的硬件配置要求可能高一些，因此终端的购置成本会高一些。在国内，和信公司最早推出了基于VOI的虚拟终端管理系统。图2给出了和信公司的VOI解决方案。

图2 和信公司的VOI解决方案

表1给出了目前市场上热门虚拟化桌面产品的比较。

表1 虚拟化桌面产品比较

4 一种云虚拟化桌面解决方案

在现有的VDI和VOI基础架构上，华三提出了自己的云虚拟化桌面解决方案—H3C零存储解决方案。

该方案融合了计算虚拟化和存储虚拟化，将计算和存储集成到一个硬件平台上，形成可横向扩展的云计算基础架构。在这种架构上运行的虚拟机不仅能够支持vMotion、DRS、快照等，而且数据不再经过复杂的网络传递，显著提高了性能。H3C的最大优点是在建立虚拟化数据中心的时候，不再需要单独购买云计算机存储设备，只需利用计算服务器上的硬盘就可以存储数据，从而降低了购置成本。因此高校如果使用该方案可以节省购置云存储设备的成本。H3C零存储架构解决方案逻辑架构如图3所示。

该架构的基本单元是部署了H3C CAS系统的x86标准服务器。在提供虚拟计算资源的同时，服务器上的空闲磁盘空间被组织起来形成一个统一的虚拟共享存储池：分布式存储系统vStor。vStor在存储功能上与独立共享存储完全一致，从而为用户提供了云计算的存储功能，用户无需再购买云计算存储设备。vStor采用无中心架构，每个节点服务器的角色完全一样，用户不需再像传统分布式存储系统那样管理元数据服务器，而是由系统自动管理。

图3 H3C零存储解决方案

在计算资源和存储资源扩展方面，用户只需以服务器为单位进行扩展，就能实现计算与存储资源的同步扩展。新加入的节点服务器可以在业务不被中断的情况下，自动纳入统一虚拟资源池，极大缩短扩容部署时间。H3C具有高可靠、高性能、按需扩展、高性价比、管理简便等优点，这使得高校可以很好地管理、使用虚拟化桌面。

5 结束语

高校实施虚拟化桌面可以对实验室机房、多媒体教室等进行更方便的管理，降低传统计算机机房的运行维护成本，极大提高了计算机等设备使用的安全性[16-19]。当前虚拟化桌面厂商提供的虚拟化桌面解决方案各式各样，同时又有新的解决方案不断被推出，高校在实施虚拟化桌面时一定要根据自己的实际情况，例如根据建设成本、实验室规模、实验室现场环境等选择合适的虚拟化桌面厂商，从而为高校的信息化建设提供更好的服务。

[1] 何均健,黄志宏.浅谈高校桌面虚拟化的实施[J].网络安全技术与应用,2014(7):193-194.

[2] 张建娇.基于虚拟化机制的新型机房研究与构建[D].南京:南京邮电大学,2012.

[3] 黄晨晖,林泳琴.基于云计算的虚拟计算机实验室的研究与实现[J].实验室研究与探索,2010,29(11):178-181.

[4] 罗国玮,兰瑞乐.基于云计算的高校科研实验平台构建研究[J].实验技术与管理,2012,29(4):115-117.

[5] 林飞跃,林先津.云桌面在教学管理中的应用[J].实验室研究与探索,2013,32(10):336-339.

[6] 虚拟化与云计算小组.云计算宝典:技术与实践[M].北京:电子工业出版社,2011.

[7] 桌面虚拟化[EB/OL].2015.http://baike.baidu.com/link?Url=nsaINMEnbIj_bid5tuEDkS306X09k1VLTpedWWI6rEqVNvwfsUuaJy1qO-95JPCrxUOEUcPX2KspSejJhB_GGa.

[8] 刘剑锋.浅谈虚拟化桌面在高校的架构和应用[J].网络安全技术与应用,2012(11):71-72.

[9] 李 力.基于桌面虚拟化的高校机房设计和建设[J].价值工程,2014,33(8):219-220.

[10] 桌面虚拟化的几大维度[EB/OL].2015.http://soft.chinabyte.com/120/12860620.shtml.

[11]H3CCASVDI虚拟桌面产品技术白皮书[EB/OL].2015.http://wenku.baidu.com/link?url=HiELhi99Z9VYolvmBVfMX-9bS-XSMFw4X_OlUQrmmH2l1jkAIuKqUbtIM6qdyyMdc5HVLcqZzuyGAxotGsa-TieD1Xj-mQjV_XKLnHT272W.

[12] 和信窗体科技有限公司.VEMS系统2.0产品白皮书[EB/OL].2015.http://Wenku.baidu.com/link?url=PbrjMS9kYtDYCUnnXHVcBBEPTFLpGDT0rycLs1U1As3zakThux_ea1sSLyAsLpGMEZ6Sk85LXoXFxrWCs3Q7y4ahzml2sBA0vIqPZAL8eM3.

[13] 白 伟,李凤英.浅谈桌面虚拟化技术发展与应用现状[J].中小企业管理与科技，2013(34):280-282.

[14]Windows_Server_2012_R2_VDI_Datasheet[EB/OL].2015.http://www.microsoft.com/en-us/server-cloud/products/virtual-desktop-infrastructure/Overview.aspx.

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[16] 项国富,金 海,邹德清,等.基于虚拟化的安全监控[J].软件学报,2012,23(8):2173-2187.

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[18] 周相兵,佘 堃,马洪江.一种云服务的质量模型研究[J].小型微型计算机系统,2013,34(12):2718-2723.

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Research on Desktop Virtualization Implementation of Colleges and Universities

LIU Yong1,WU Jie1,NING Yu-fu2,JIANG Wei1

(1.Department of Laboratory Equipment Management,Shandong Youth University of Political Science,Jinan 250103,China;2.Key Laboratory of Information Security and Intelligent Control in Universities of Shandong,Jinan 250103,China)

With cloud computing technology and its application research becoming more mature,desktop virtualization technology has been rapid development,which is favored by the government,enterprises and other industries and is widely used in each domain in the society.The application of desktop virtualization technology not only breaks the traditional operation and management mode of IT industry,but also increasingly improves the utilization rate of resources,and reduces the cost of IT and simplifies the management of IT.The current desktop virtualization technology has been adopted by the colleges and universities,which reduces the cost of IT education and makes the laboratory management personnel free from the heavy daily management work and concentrates on other work.Based on the concrete of college laboratory management,firstly introduced the basic concept of desktop virtualization and the advantages and disadvantages of using it.Then it proposed the research status and the technical architecture of desktop virtualization.At last,a virtual desktop solution was introduced.It hopes to provide reference for college information construction by using desktop virtualization technology.

cloud computing;desktop virtualization;colleges and universities;virtualization solutions

2015-05-11

2015-08-14

时间：2016-01-26

山东省优秀中青年科学家科研奖励基金(BS2010DX032)作者简介：刘 永(1985-)，男，硕士，助理实验师，CCF会员，研究方向为云计算、网格计算；宁玉富，博士，教授，通信作者，研究方向为智能计算。

http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20160126.1517.030.html

TP391.9

A

1673-629X(2016)02-0140-04

10.3969/j.issn.1673-629X.2016.02.032