噢易桌面云虚拟化平台在高校公共机房中的应用探讨

王丽华　杨学志　王仲宾

摘 要：随着云计算的不断发展，虚拟桌面解决方案VDl日益成熟，应用虚拟桌面技术能够有效地解决高校公共机房管理中存在的诸多问题，降低运维成本。该文介绍了噢易教育桌面云虚拟化技术在笔者所在学校计算机基础实验室的应用，对其软件产品、核心技术、环境搭建进行详细阐述，深入探讨了其优势与不足。

关键词：VDI 桌面虚拟化 SPICE

中图分类号：TP308 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）01（b）-0100-03

Abstract： With the continuous development of cloud computing， virtual desktop solutions VDl is increasingly mature， the application of virtual desktop technology can effectively solve the problems in the management of public computer room in Colleges and universities， reduce operation and maintenance costs. This paper introduces the application of the virtual desktop cloud virtualization technology in our school， and discusses the advantages and disadvantages of the software products， core technology and environment construction in detail.

Key Words： VDI； Desktop virtualization； SPICE

高校公共机房承担全校计算机基础课、基于网络的实践教学课程（非计算机类）的实验教学任务，使用的软件涉及面广，计算机使用频度高。传统的管理是采用单机工作，每台单机安装多个操作系统，每个操作系统下安装不同类型的应用软件。这样的管理，存在如下一些问题[1]：机房PC机多，日常维护工作繁杂；计算机性能赶不上软件更新速度；教学系统部署、升级和维护困难；数据分散，管理难度大；使用USB接口容易感染病毒，安全性差。因此，需要探索出一种新的管理模式，降低总体运维成本。

噢易教育桌面云虚拟化技术通过低成本的终端设备，将操作系统、应用程序和用户数据等进行统一托管，能有效地使用PC中的闲置资源从而释放PC强大的潜力，同时兼具个人计算机使用的便利性和亲和性，大幅度降低IT建设的总成本，降低维护维修费用，提高工作效率。

1 噢易桌面虚拟化平台简介

噢易教育桌面云（英文简称：OS-Easy E-VDI）是一套专门针对高校等大量分散的客户端群体的集中管理解决方案[2]。该方案将云计算技术与高校实验教学、多媒体教学等应用场景相结合，实现桌面PC操作系统和应用环境的集中控制和集中管理，应用环境随需供应，提高了PC系统的安全性、可靠性，使IT管理人员在集中管理的资源中，按需供应PC运行所需要的OS&AP以及个性化计算环境。

噢易教育桌面云建立在以X86 PC为标准的IT基础架构之上，在保证桌面运行速度、效能、软硬件兼容性以及用户体验和习惯没有任何改变的前提下，实现有效提升高校对广泛使用的PC的管理效率[2]，简化应用部署，提高数据保护能力和安全性，提高资源利用率，降低维护成本，减轻实验人员的工作量。

1.1 噢易教育桌面云虚拟化平台的核心技术

噢易教育桌面云底层设计使用的是KVM公司的开源软件，其核心技术如下。

1.1.1 VDI虚拟化技术

VDI（Virtual Desktop Infrastructure，虚拟桌面基础架构）虚拟化技术，采用“集中计算，分布显示”的设计原则[3]，将所有客户端的运算合为一体，在数据中心内进行集中处理，而桌面用户采用瘦客户端的方式，仅负责输入输出与界面显示，不参与任何计算和应用。它不是给每个用户都配置一台运行Windows 7或Linux的桌面PC，而是通过在数据中心的服务器运行Windows 7或Linux，將桌面进行虚拟化。在VDI模式下，每个虚拟机就是一个单独的桌面PC，虽然所有虚拟机都存放和运行在同一个数据中心，但每个虚拟机之间都是相互独立的，单个虚拟机的状态好坏不会对其他虚拟机造成任何影响。

1.1.2 链接克隆技术

在VDI模式下，所有虚拟机可通过虚拟机模板统一创建。用户通过虚拟机后台管理平台，先建立一个虚拟机模板，单个虚拟机模板相当于1台独立的桌面PC，里面包含应用所需的操作系统和软件；模板建立好后，通过链接克隆模板，可以快速批量生成与虚拟机模板完全一样的虚拟机，所有操作均在服务器端完成，与终端无关；虚拟机生成后，用户在多类型终端（瘦客户机、移动手机、平板电脑等）上通过登录VDI客户端软件，直接访问位于服务器端的虚拟机。

1.1.3 快速并发启动技术

单个虚拟机启动时，磁盘读取的IOPS可达26，当多个虚拟机并发启动时，磁盘读取的IOPS可高达千位数。机械磁盘的IOPS通常不到200，如果采用机械磁盘去负载，容易造成磁盘读取瓶颈，引发启动风暴问题。噢易采用SSD和内存作为缓存的快速并发启动技术[4]，通过固态硬盘SSD本身的高IOPS特性，解决了虚拟机并发启动风暴的问题。

1.1.4 差异更新技术

虚拟机均基于模板创建，同时也可以通过模板进行虚拟机的统一更新；在模板更新方面，噢易采用差异更新技术（仅同步模板变更部分）来更新模板和虚拟机。同时模板同步包含P2P和SCP两种技术方式，能够根据服务器集群数量选择不同的方式进行同步，保证在短时间内完成模板同步。

1.1.5 立即还原技术

当虚拟机被设置为还原模式时，后台会将该虚拟机新增的数据存放于临时数据区内，当虚拟机重启时，临时数据区数据即在后台自动删除，实现虚拟机的立即还原。

1.1.6 视频与屏幕广播重定向技术

虚拟机的资源是通过服务器提供，当在多个虚拟机内同时播放本地或在线播放高清视频时，会瞬间占用服务器大量的资源，导致出现服务器资源紧张的情况。对此，噢易提供视频重定向技术[3]，即在虚拟机内播放本地或在线高清视频时，视频不直接在虚拟机内解码，而是将视频文件投送到终端设备上，由终端设备负责解码播放。通过该技术，不仅保障了视频播放的效果，还不会额外占用服务器资源。在采用视频重定向技术播放本地或在线高清视频时，单个虚拟机的CPU占用率≤8%。

1.1.7 在线编辑模板技术

Web形式的管理平台，其中集成有模板管理。在对模板进行编辑时，可以以网页的形式打开模板虚拟机，在网页内对模板虚拟机进行操作，可在模板虚拟机内安装或卸载程序，增加或删除文件，其操作方式与实体PC完全一致。

1.1.8 无存储HA技术

在VDI模式下，多台服务器可以组成集群，由统一的桌面云平台进行管理。集群服务器之间具备负载均衡机制，同时噢易针对服务器集群的无存储HA技术[4]，在无共享存储的环境下，当虚拟机所在的服务器出现宕机时，可在其他服务器或指定服务器上重启虚拟机，且虚拟机的计算机名、IP地址等信息保持不变。

1.2 OS-Easy E-VDI虚拟化平台满足学校机房管理

运用OS-Easy E-VDI DVP预先安装好各类教学软件，安装常用的X86 PC操作系统，如，Windows7、Windows XP、2003Server、Vista、LinuxRedFlag、RedHat等多个不同的操作系统，每个操作系统下安装不同类型的教学软件，也可以在线安装和更新系统，教师课前把多媒体资料安装在服务器中，由学生端调用，配合多媒体广播软件播放。

该学期我们使用OS-Easy E-VDI DVP云桌面，完成了全校计算机基础课、基于网络的实践教学課程（非计算机类）的实验教学任务以及各种类型的计算机机考，感觉像独立的PC一样个性化。

2 噢易教育桌面云桌面虚拟化平台的教学网络建设

2.1 使用场景——合肥工业大学计算机基础实验室（第三机房）

1个98座的机房，采用3台物理服务器+98个瘦终端+噢易教育桌面云软件的形式进行部署。这3台服务器中的一台作为主控服务器，这台主控服务器负责对用户，对其他两台服各器进行管理和维护，用户登录直接访问主控服务器。另外两台服务器称为计算服务器，作为存储服务器使用，这3台服务器采取集群方式连接。

7套教学场景，终端采用了“虚实双系统”的部署模式。分别安装了Windows XP、Windows7、Linux等操作系统，在每个系统上安装有不同类型的教学软件如：Offices2010、VB6.0、VC6.0、VF6.0、JAVA、SQL2008、新时代英语、新视野英语、新理念英语、Coredraw9、FORTRAN90、Lingo 10、三剑客CS6、Photospop CS6、AutoCad2010、天正建筑 2007、Sketchup 8、Matlab7.1、ZEMAX汉化版、Protel 99 SE、keil uVision4、ISIS professional、proteus7.5、MyEclipse 8.5 M1、计算机分级考试系统、CCF机考、ATA机考等等。

所谓“虚实双系统”指的是本地系统内安装VDI客户端软件，可同时访问VDI桌面和本地系统；本地系统与VDI客户端相互独立，当VDI不可访问时，可以启用本地系统，防止因网络基础设施或者云服务器出现故障，而影响正常教学。

2.2 产品架构

通过虚拟化技术将用户桌面保存在数据中心，终端用户通过虚拟桌面传输协议访问桌面系统。桌面虚拟化是一种基于中心服务器的计算模型，建立在服务器虚拟化的基础之上，所有的桌面虚拟机在数据中心进行统一托管[4]，同时用户能够获得完整的PC使用体验，可以根据自己的需要使用虚拟桌面服务，其产品架构采用E-VDI。

2.3 平台组成

噢易教育桌面云整体解决方案主要包括：噢易云主机，噢易教育桌面云软件，云终端或云计算一体机。

噢易云终端：我们使用2009年购买的旧PC机，其硬件配置如下，宏碁Veriton M460商用台式电脑、Intel奔腾双核E5200/Intel G31、2 GB DDRII800内存、320GB SataII硬盘（7 200 r）、NVIDIA Geforce G100、独立显卡（512 M DDRII显存）、100～1 000 M自适应网卡。

一台噢易云主控服务器配置如下：CPU型号为Intel（R） Xeon（R） CPU E5-2670 v2@2.50 GHz，CPU个数：2；使用内存插槽数/总共内存插槽数：8/16，单根内存容量：16 GB，总内存容量：128 GB；磁盘：1.400G PCI-E固态硬盘*1，2.600G SAS磁盘*2，RAID卡：MR9260-8i；光驱：DVDRAM GT80N。

二台噢易云计算服务器配置如下：CPU：2*Intel E5-2620v2；内存：96G DDR3；硬盘：1*Intel 730 400G SSD1 2*希捷1T 15K SAS；网卡：2*1000M。

噢易教育桌面云软件：噢易云主机部署噢易教育桌面云软件，采用服务器集群方式，通过虚拟化技术生成所需的虚拟桌面，利用远程桌面显示协议SPICE，通过网络将桌面发送给机房终端设备，同时管理员可通过浏览器访问服务器管理平台，对所有服务器，虚拟桌面用户终端进行集中管理维护。

2.3.1 服务器端软件安装

（1）安装Server操作系统、驱动及防护软件。

（2）安装OS-Easy E-VDI Server端硬件及驱动。

（3）OS-Easy E-VDI Server端软件安装。

（4）在服务器端设置IP和OS-Easy E-VDI PXEDHCP 池的设置。

（5）在Server端添加客户端。

（6）在Server端建立供客户端使用的系统和数据容器。

（7）在服务器端进行相关功能设置。

2.3.2 客户端软件安装

对于独立的PC机，首先在PC机上建立第一个系统盘节点。

（1）安装OS-Easy E-VDI Client端程序。（2）设置模版客户端。（3）上传模版操作系统。

如果是瘦客户端，客户端自集成相关软件，无需另外安装软件。

说明：以上略去了核心交换机、服务器端和客户端上特殊功能的设置。

3 存在的问题

当前桌面虚拟化的新型管理模式将资源的利用率最大化，数据集中管理，存放安全可靠，维护便利[5]。但是就目前而言，桌面虚拟化技术在高校的推广依然存在一些问题，主要有以下几点。

（1）目前世面上流行桌面虚拟化技术，依托于网络的基础设施，如果采用瘦客户端技术，一旦网络的基础设施出现故障，整个教学网将陷于瘫痪。如果采用胖客户端技术，一次性投入硬件成本的优势不明显。

（2）高校公共机房所开设的课程涉及面广，在桌面虚拟化解决方案中，桌面服务器有时需要传输图形图像到用户终端，目前噢易没有提供图形图像的重新定向技术，即图形图像直接在虚拟机内解码，这样会占用服务器大量的资源，导致服务器资源紧张。

（3）噢易虽然提供了视频重定向技术，由终端设备解码播放，但是远程桌面协议SPICE，目前还存在许多不足之处[6]，不能适用于带宽较低的网络环境。播放720 P的视频，每秒需要传输7 Mb左右的数据量[7]。在WAN網络环境中，很难满足这么高的带宽需求。

4 结语

2011年桌面云在国内开始起步至今，桌面云市场经历了从国外品牌占主导地位转换为国内品牌逐步崛起并占据主导地位的过程。对于高校公共机房的用户，在考虑建设桌面云时，除了要关注网络的基础设施，笔者认为，更要关注“应用软件兼容性”问题。随着对云计算服务模式研究的深人，其体系架构及运营模式逐步走向成熟，云计算技术将大规模地部署和应用在高校机房，代替传统的单点式部署，有效地提升计算机机房的管理水平。

参考文献

[1] 张楠.通过桌面云提升高校lT应用和管理水平[J].实验技术与管理，2014，31（9）：126-128.

[2] 噢易云实验室解决方案[EB/OL].Http：//www.os-easy.com.

[3] OS-Easy云计算方案提供商.噢易云实验室解决方案——噢易教育桌面云E-VDI[Z].

[4] 武汉噢易云计算股份有限公司.噢易云实验室解决方案品@2016.2016.5[Z].

[5] 秦涛，李占平.高校教学机房虚拟化桌面云建设实践探索[J].内蒙古师范大学学报：教育科学版，2015，28（9）：24-26.

[6] 徐浩，兰雨晴.基于SPICE协议的桌面虚拟化技术研究与改进方案[J].计算机工程与科学，2013，35（12）：20-25.

[7] FAC Fok， Lecroart B， Chan E. An adaptive approach to optimize thin Client protocols[C]//proc of Future Network and mobile summit 2010 Conference.2010.