高校计算机实验室桌面虚拟化解决方案探究*

吕梅桂

（钱江学院 教务部信息中心，浙江 杭州 310018）

高校计算机实验室桌面虚拟化解决方案探究*

吕梅桂

（钱江学院 教务部信息中心，浙江 杭州 310018）

本文针对目前传统机房管理模式存在的各种难题，以虚拟化技术为支撑寻求校园机房桌面虚拟化方案的解决之道。通过对市面主流的两种不同架构的桌面虚拟化产品的实际案例考查、测试和体验，分析其利弊。最后，针对我校此次更新机房为专业机房的实际情况，选择采用噢易公司产品搭建计算机实验室的方案。通过实际的使用表明，噢易云桌面具有本地缓存技术，采用了P2P网络传输技术，可以随时随地更新桌面，能够流畅地运行三维建模软件，完全满足教学需求，也给管理带来了极大的便利。

桌面虚拟化；云桌面；虚拟化架构；专业机房

一、引言

计算机实验室作为高校实践教学的重要基地，不仅关系到相关课程的教学效果与教学质量，也在一定程度上体现了学校信息化的程度及教学管理水平，因此如何管理好这些计算机实验室就成为每个管理员面临的重要问题。[1]随着高校计算机实验室建设的不断投入和扩大，在管理人员相对紧缺的情况下，要提高设备的使用率及实验室的管理水平，运用先进的管理系统和技术就显得至关重要。[2]而云计算的出现无疑给高校计算机实验室管理提供了一个新的发展方向。云桌面的发展是基于云计算和虚拟化技术，通俗的来理解，就是显示在用户屏幕上的桌面是由虚拟的“云”所提供。这个“云”就是以网络为载体，借助虚拟化技术所整合的计算机硬件、操作系统、应用软件、数据等资源。[3]目前主流云计算厂商基本都有开展云桌面方面的业务，产品名称各式各样，然而，决定是否使用云桌面并非是全部采用或者完全不用的简单抉择，面对市面上琳琅满目的产品确实让人举足不定。本文将根据实际情况选取适合的虚拟化方案，并对桌面虚拟化技术在实际应用的优势与问题进行了深入分析。

二、传统计算机实验室管理的现状

笔者作为一名高校的机房管理人员，在目前传统PC机房的管理和维护中，经常会遇到以下难题：

（1）计算机实验室不仅承担着全校公共计算机基础课，还有分院的专业课、实训课，为了满足各专业、班级的教学、实验等需求，管理员需要花费大量的时间和精力，在机房部署多操作系统和实验环境；另一方面还需要对不同的考试要求部署相应的考试环境；[4]同时，专业实验教学所需的应用软件种类繁多，不同课程、不同教师对同一软件的版本要求有些还不一样，导致安装的软件过多过杂，严重影响应用程序的运行速度，影响教学质量。

（2）为了保证计算机系统的安全和稳定，免受病毒的攻击，实验室的计算机一般安装还原卡或硬盘保护程序，这却导致计算机每做一次修改都需要把修改后的计算机作为“母机”同传给其他计算机，[5]如遇到有些专业软件不能同传，还需要在每台计算机上逐一改动后再逐一手动保存；而且不同机器型号、硬件配置不一样的机器也无法实现同传功能。

（3）再者，目前机房使用的还原卡虽然有同传克隆功能能集体下发数据，但是无法实现断点续传和差异数据同传，耗时长、占带宽，只要有数据更新，其余终端都无法使用，所以管理员只能在机房无课时加班加点。特别是碰到有考试任务的时候，例如一年两次的计算机等级考试，管理人员需要在考试之前安装考试客户端、发系统及参数、调试，考试完毕再进行恢复，不仅耗费大量的人力和时间，而且发系统过程中有时会出现故障瘫痪导致整个机房的计算机系统损坏，如维修来不及就可能影响考试。

因此，面对以上的种种突出问题，传统的机房管理模式渐渐无法满足现今高校大规模计算机维护的丰富需求。

三、桌面虚拟化方案的试用体验

目前，我校的计算机实验室管理还都是传统的机房管理模式，恰逢2016年有3个计算机实验室需要更新，借这个契机我们决定尝试运用桌面虚拟化技术对计算机实验室进行改造。于是，笔者开始寻求校园机房桌面虚拟化方案的解决之道。首先，通过实际案例考察，与几家桌面虚拟化厂商的沟通交流，逐渐了解市面主流的桌面虚拟化产品。目前，主流的桌面虚拟化系统架构包括两种，分别为VDI架构和IDV架构。首先接触到的是VMware和Citrix的以VDI为架构的桌面云方案，VDI的基本原理：通过服务器虚拟化技术，在服务器端运行多个虚拟桌面，并在其中部署桌面虚拟化软件以及用户所需的操作系统和各种应用软件，然后通过桌面显示协议将完整的虚拟机桌面交付给远程用户使用。[6]为了更好地体验产品，我们邀请厂商拿产品到学校进行实际部署、测试和体验，其中以Citrix的XenDesktop技术为依托的X公司产品在我校一个装有51台机器的机房进行为期半年的试用。本次测试主要从以下几点进行考虑：①针对现有传统PC机运维管理中遇到的难题，进行桌面虚拟化后是否能够解决；②桌面虚拟化后基本功能、兼容性及性能各方面是否能够满足教学需求；③从传统PC切换成桌面虚拟化模式时，用户体验是否与本地桌面基本一致等等。

在测试体验的过程中，VDI方案在终端管理、终端安全方面都具有先天的优势，管理员只需要对一个镜像或一个应用进行更新，所有的用户都会获得更新后的结果，而不需要更新每个物理桌面，这极大减少了工作量；[7]VDI方案有效地使数据与物理终端相隔离，数据集中管理，提高了系统数据安全性，更易于维护和管理，即使用户桌面出现灾难性故障也可以通过服务器在短时间内恢复。VDI方案为管理员解决了很多机房部署、管理与维护的难题，但是用户体验才是决定桌面产品生命力的关键。 虽然与普通PC相比，用户在使用习惯上没有发生明显的改变，不需要另外学习；但半年用体验总的来说并不尽如人意，VDI方案存在以下几方面缺陷：

（1）依赖网络。VDI技术最大的问题就是对网络的依赖，因为运算和存储全部在服务器端进行，如果没有了网络，瘦客户端就相当于一个空壳子。对网络的依赖，使得脱机使用变得十分困难。

（2）开机风暴。当越来越多的用户使用虚拟桌面时，VDI的性能通常会下降。例如，当班上所有学生在上午第一节课同时登录虚拟桌面时，会瞬间占用服务器的资源，导致启动速度很慢，有的甚至需要半个小时之久，这对于用户来说是灾难性的。

（3）集中风险。VDI使用集中运算机制，因此一旦服务器端出现问题就会造成巨大的影响。试用期间服务器就出过问题，导致整个机房都登录不了虚拟桌面。同时数据的集中存储，也使得对安全性的需求提高。

（4）VDI无法真正突破3D多媒体的应用瓶颈。我校这次更新的机房是专业机房，教学需要运行3DMax、Autocad、Pro/E等三维设计软件，对设备的图形处理能力的需求较高。针对VDI在图形处理、影音播放方面出现掉帧或卡屏的问题，X公司提出GPU共享的方案，但是这会导致建设成本再度提升。同时，多媒体、3D影像设计大量的数据传输造成网络延时等问题使用户的体验大打折扣。

（5）维护与管理的挑战。VDI技术可以对桌面环境进行集中创建、监控和管理，大大减少机房管理员的巡视工作量，但是如果网络或服务器出现问题，维修起来比传统的电脑会复杂得多，因此这对于机房管理员来说挑战很大。[8]

从目前使用的情况来看，采用虚拟桌面并不仅仅是把一堆分布的数据集中起来管理那么简单。VDI架构拥有较多的缺陷，因此比较适用于对性能要求不高、需要安装的大型应用软件比较少、占用带宽少、功能比较简单的机房里，对于专业机房不太适合。

四、智能桌面虚拟化解决方案

在VDI方案上碰到钉子后，笔者开始寻找其他的虚拟化解决方案。随着用户对体验、成本、使用习惯等提出更高的要求，英特尔公司提出了一种新的框架——Intelligent Desktop Virtualization（IDV）智能桌面虚拟化。IDV采取的是分布式方法来满足运营技术需求，同时集中、简化管理和部署功能。它要求客户端不再是瘦客户端而是具备一定运算能力的胖客户端。桌面数据存放和运维管理同样在服务器端进行，不同的是服务器端还可以下发多个桌面系统虛拟机到用户的终端，用户终端的系统客户端则负责运行并管理这些系统虚拟机，从而实现分布运行，集中管理。[9]IDV基础架构并没有VDI基础架构那么复杂，对服务器配置要求不高，相对于其他桌面虚拟化解决方案，不需要进行大规模改造的前提下，即可体验到桌面虚拟化的优势。[10]本文最终采用的智能桌面虚拟化架构的桌面系统是噢易云桌面增强版，它是噢易与某公司合作完成的一个桌面虚拟化项目，基于操作系统虚拟化，可以派发多套操作系统和数据至本地终端进行运算，这种桌面管理解决方案完全接近于终端的性能和完全兼容本地软件、硬件。计算机实验室桌面云方案整体部署架构如图1所示。

图1 系统架构图

该系统主要由控制台、服务端、客户端组成，客户机启动时通过DHCP获取客户机IP地址及服务器IP地址，使用Tftp加载启动文件来建立网络连接并访问服务器上的虚拟磁盘，从而完成操作系统的引导。对比VDI方案，噢易桌面云方案更为满足学校的需求，且更具有可行性。通过实际的使用表明，在噢易云桌面中，具有像在本地PC上安装的操作系统的性能和响应能力。它有如下几个方面的优势：

（1）不受服务器故障、网络中断的影响。云桌面具有本地缓存技术，可以将网络中的应用虚拟化数据缓存在本地硬盘。当服务器发生故障时或网络发生故障时，客户端桌面不会受此影响，可正常使用云服务器上部署好的应用软件，保证上课持续进行不中断。

（2）采用了本地运行的机制，所以上课时终端开机不会去下载整个操作系统镜像，只是更新集中存储的数据，不会占用太多的网络资源，所以开机就不会有开机风暴的问题。[11]

（3）支持以P2P方式下载桌面环境。噢易系统采用了P2P网络传输技术，这种方式可以有效地均衡上下行线路的数据量，客户端不仅能从服务器上下载更新数据，还能从网络中的其它客户机上获取所需的数据[12]，大大减轻了服务器的带宽压力。

（4）可完美支持多媒体、3D影像设计、视频交互等应用。由于方案采用集中管理、本地运行的方式，充分利用本地计算资源，可流畅运行三维图形设计、高清视频等复杂应用，完全满足专业机房的需求。如今，产品已经使用了大半年，在教学中，大量使用了包括SQL Server、UG、ProE、3DMax等大型软件在内的各种软件，软件的性能等同于在PC上的使用性能。

（5）采用异步传输模式。这种传输模式终端与服务器的交互数据并非实时交互，简单通俗地理解异步传输就是:你传输吧，我去做我的事了，传输完了告诉我一声。这样可以实现桌面环境的随时更新，不影响教学过程；管理员只需要对一台客户端进行更新，其他客户端重启一次即可马上使用更新桌面环境，无需中断教学，就实现了临时桌面环境更新，给管理员带来了极大的便利。

五、结束语

结合实际的实验教学来看，噢易云桌面增强版很适合专业机房，但是由于IDV要求终端是有计算能力的胖客户端，硬件配置要求高一些，因此购置成本会高一些。经过对国内外桌面虚拟化方案的初步使用与对比，国内桌面虚拟化方案的成熟让笔者更坚定的迈向教育云时代。本次计算机实验室的建设对于推广我校云桌面运用是一次非常好的开端。通过桌面虚拟化技术，解决计算机实验室管理与维护的困境，顺应现代教学和教师信息化教学的诉求，实现教学质量的提升，这对于推动我校的教育信息化建设也是一次有益的尝试。

[1]李静.高校公共机房的管理改革与创新探索[J].实验科学与技术,2012,10(1):161.

[2]翁国秀.云桌面技术在高校计算机实验室建设和管理中的应用[J].信息与电脑(理论版),2012(11):110.

[3]董亮.云桌面在微电子机房的应用[J].科技创新导报,2015(19):54.

[4]宋蕾.虚拟技术在高校计算机机房实验室中的应用[J].实验室研究与探索,2013,32(6):275.

[5]金彪,郑小建等.姚桌面虚拟化与计算机实验室管理[J].实验技术与管理,2014,31(2):86

[6]唐翠微.浅析计算机管理方向——桌面虚拟化[J].电脑知识与技术,2012,8(29).

[7]姜凯等.桌面虚拟化实战宝典[M].北京：电子工业出版社,2014:6.

[8]林旻.桌面虚拟化技术（VDI）在高校实验室教学中应用研究[J].计算机光盘软件与应用,2013(18):206.

[9]孟宇杰.基于IDV架构的桌面虛拟化系统的设计与实现[D].西北大学,2015:12.

[10]吴卓恒.VDI与IDV在高校计算机机房中的适用性浅析[J].电脑知识与技术,2016(21):237.

[11]吕俊宏.关于新一代IDV架构的桌面虚拟化探讨[J].中国信息化,2014(19):62.

[12]张目,孔羰.云桌面交付技术在高校计算机实验室管理中的应用[J].计算机光盘软件与应用,2013(1):140.

TP393

B

1673-8454（2017）23-0067-03

2016年度钱江学院科学研究项目管理类重点项目（2016QJJG01）。

（编辑：王晓明）