高校桌面虚拟化的量化设计方案研究

陈黎明+王蓉

摘要：分析了目前高校桌面虚拟化建设现状和虚拟桌面的整体架构，以本校办公环境为基础对桌面虚拟化各组件进行了量化分析和计算，就在实施过程中可能会出现的瓶颈问题进行了探讨，并提出了最终的解决方案。

关键词： 桌面虚拟化；量化分析；计算池；存储池

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）10-0071-02

Abstract： Analysis of the current university desktop virtualization construction status and the overall architecture of virtual desktop， on the basis of the school office environment for desktop virtualization has carried on the quantitative analysis and calculation， and components in the implementation process there may be the bottleneck problem are discussed in this paper， and the final solution was put forward.

Key words： desktop virtualization； quantitative analysis； computing pool； storage pool

1 高校桌面虚拟化的驱动力

随着大数据、云计算等理念的深入推进，数据将成为应用的重点，与数据相关的应用，如数据共享、数据备份、远程同步、软件分发等应用在高校教学、实验以及科研环境中的需求越来越高，而由计算机支撑的传统桌面实现这些应用不仅成本高昂，且安全风险大，工作效率低、管理复杂。另一方面，学生和老师都要求在进行教学、实验和科研时，能够随时随地快速接入和访问这些应用系统，在做到数据同步的同时，更要求保证数据安全。特别是随着云计算需求的不断增加，如何安全、稳定的及时交付和管理数据已经成为各高校信息化管理人员需考虑的重要问题。虚拟化是云计算的一项核心技术，它为云计算服务提供基础架构层面的支撑，是IT服务快速走向云计算的最主要驱动力。可以说，没有虚拟化技术也就没有云计算服务的落地与成功。随着云计算应用的持续升温，人们对虚拟化技术的需求也提到了一个新的高度。

2 高校虚拟桌面架构分析

近年来，桌面虚拟化在国内蓬勃发展，中国海洋大学，西南财经大学，中国人民大学等多家大学已经采用桌面虚拟化技术来替代传统计算机的使用。其发展势头有超过服务器虚拟化的趋势。目前业内主流并成熟的虚拟化方案有Citrix、VMWare两家，此次方案我们采用的是VMWare View 架构体系，如图1所示。

从图中我们可以看出，虚拟桌面基本组件主要包括以下几部分：

1） 软件组件：包括虚拟服务器和虚拟桌面，还有整个系统的管理组件（域、虚拟化管理中心）；

2） 计算池：这里指的是硬件服务器，其是支撑虚拟桌面的主要组件，关键部分就是CPU和内存配置；

3） 存储池：所有虚拟桌面的存储空间。除了容量之外，存储的读取速度也很重要，毕竟虚拟桌面全部存放在存储中，大量用户同时在线时，存储设备的IOPS （Input/Output Operations Per Second，即每秒进行读写操作的次数）是我们需要考察的重要指标；

4） 网络池：这里指的是硬件网络设备和虚拟交换设备两部分，交换性能的好坏直接影响着虚拟桌面使用者的使用体验；

5） 安全池：整个方案中必须要考虑的信息安全问题以及数据保护措施；

6） 终端设备：包括现有PC、瘦客户机、移动终端（智能手机、平板电脑）等。

桌面虚拟化和服务器虚拟化略有不同，在应用过程中经常会出现用户体验不佳的问题，如果在项目实施之前就能够对桌面虚拟化各组件的配置进行详细的分析和计算，将会对实施之后的使用效果有明显的保证。根据我校教职员工数量，以及初步的虚拟化方案以满足办公为主，我们将按照1500用户数量对虚拟桌面组成中的每一部分的需求做详细的量化分析。

3 虚拟桌面组件选择与量化分析

3.1 虚拟化软件的选择

虚拟化软件我们此次选择的是VMWare View，VMWare View以托管服务的形式从专为交付整个桌面而构建的虚拟化平台上交付丰富的个性化虚拟桌面，而不仅仅是应用程序以实现简化桌面管理。通过 VMware View，您可以将虚拟桌面整合到数据中心的服务器中，并独立管理操作系统、应用程序和用户数据，从而在获得更高业务灵活性的同时，使最终用户能够通过各种网络条件获得灵活的高性能桌面体验，实现桌面虚拟化的个性化。

3.2 计算池量化分析与设计

1）CPU量化计算

首先需要考虑虚拟桌面用户使用场景，此次部署的虚拟桌面主要用来满足普通的教职员工的日常办公，基本操作包括使用office软件、浏览网页、Flash视频；运行基于BS架构的各种应用；不包括图像编辑、三维制作等一系列消耗资源的活动，通过分析之后得出的结论是此类用户属于中度负载用户。按照VMware官方推荐，中度负载场景下一个刀片服务器CPU核心可支持3个虚拟桌面用户，量化分析过程如下：

1500用户所需要的CPU核心的数量为：1500÷3=500（个），一个半宽刀片服务器含2颗物理CPU；每个物理CPU 12个核心，共需要刀片服务器数量：500÷（2颗×12核心）=21（台），为保障未来的迁移冗余，额外增加3台冗余服务器。因此按1500用户计所需刀片服务器数量为24台。

2）内存载荷量化计算

每台刀片服务器可承载72（以2CPU*12核*3虚拟桌面计）个虚拟桌面；按每个桌面分配4G内存计；虚拟化操作系统ESXI又需要额外20%的内存的开销；而且每台刀片服务器最大内存使用率不得超过80%。所以每台刀片服务器需要的内存数计算结果为：（24核×3虚拟桌面×4G）×（1+20%）×（1+20%）=414G内存 。由于内存条容量大小都是定制好的，因此取整后每台刀片服务器需配置512G内存。

3.3 存储池量化分析与设计

1）存储带宽 和 IOPS计算

目前的用户数量为1500个并发桌面；每虚拟桌面存储带宽带宽官方指导数据为300kbps；每虚拟桌面IOPS需求官方指导数据为12IOPS；以及用户数据的读写比例为4：1来计算，总存储带宽需求为1500×300Kbps=450Mbps，总IOPS需求为1500×12（IOPS）=18000（IOPS）。目前主流存储通常都是8GB FC存储，因此能够完全满足要求。

2）存储容量计算

虚拟桌面存储池模式在本方案中按照“完全克隆”模式来设计相应的存储容量。按最大并发虚拟桌面数量1500个计算；每个用户分配的系统与应用数据空间为20G；每个用户数据和配置文件占15G；虚拟桌面管理服务器占1500G。总容量量化计算为1500×（20+15）G+1500G=53.5TB。

3.4 网络池量化分析与设计

网络池设计规划还是以太网，虚拟桌面用户对网络的需求主要参数按照如下情况来进行计算：

1） 一台显示器，分辨率为1920×1080；

2） 频繁使用office应用程序；

3） 大量浏览嵌入Flash的web内容；

4） 经常进行多媒体应用；

5） 经常使用基于USB的外围设备；

6） 经常使用网络打印机。

再加上VMware官方推荐每虚拟桌面35Mbps带宽参照数据，每台刀片服务器所需的带宽为（24核×3虚拟桌面×35Mbps）×（1+25%冗余量）=3150Mbps；根据量化数值可推算出服务器网络配置如下：

1） 每台刀片服务器配置2块10Gb以太网卡，实现冗余和负载均衡；

2） 每台刀片机箱（共2台）分别配置2个10Gb以太网交换机；

3） 刀片机箱交换机和上联核心交换机配置链路聚合；

4） 两台核心交换机（现有设备）每台至少需要4个10Gb网络接口。

3.5 信息安全和数据保护

如果未在虚拟化项目的初期引入信息安全措施，虚拟化的安全风险有可能会导致其所有上层系统面临数据安全的风险，虚拟化层的数据泄漏后会造成所有托管应用的数据泄漏，使得对虚拟化管理程序管理性访问缺乏完全的控制，导致整个网络和安全控制存在潜在的风险。因此虚拟化环境中的信息安全保护方案是必须要提前考虑的重要环节。

虚拟化环境对数据备份与恢复提出了新的要求，传统的备份方式已经难以满足虚拟化环境的需求。数据备份同样是虚拟化数据保护的有效方式，但是备份工作会产生大量重复数据对于虚拟化系统来说重复数据量将会是更大，所以虚拟化系统备份必须有重复数据删除功能，同时必须有强大的可扩展性。数据备份的目的是为了恢复，虚拟化系统需要即时全虚拟机恢复、即时文件恢复、验证备份文件可恢复性。此次虚拟桌面项目中数据统一保护方式我们采用了利用外置的含重复数据消除功能的虚拟带库（VTL），配合专业备份软件实现数据的安全保护。

3.6 终端设备分析与选型

虚拟桌面的终端设备推荐使用瘦客户机，传统的台式机虽然功能强大，对软件的支持性更有优势，但是在安全性和节能降噪方面比瘦客户机要逊色很多。如果单位对数据的安全性有一定要求的话，管控方便的瘦客户机绝对是不二的选择。按每天开机8小时，每年260个工作日，工业用电1 度电￥1.10计算，可以看到瘦客户机和传统台式机之间在节能降耗方面差别相当明显：

4 结束语

通过量化的设计研究，可以明确的规划出桌面虚拟化项目中相关组件的用量，在具体实施过程时有的放矢，以免产生瓶颈或者冗余和浪费。桌面虚拟化的实施，加强了办公桌面的标准化管理，降低了办公环境的宕机时间，减少了出现问题的次数，改善了用户体验；而且通过桌面虚拟化能够很方便的严格把关办公应用的使用范围，确保办公信息的安全，提高办公效率；同时虚拟桌面使得计算资源动态化，让桌面环境管理水平跃上了一个新的台阶。

参考文献：

[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] 郝静鹏. 桌面云技术在高校行政与教学中的应用研究[J].办公自动化，2012（9）：49-51.

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[4] 薛强.桌面虚拟化在高校的使用[J].科技创新与应用，2014（35）：71.

[5] 陈勤.桌面虚拟化在高校日常教学中的应用[J].中国教育信息化，2013（4）：81-83.