桌面虚拟化教学的探索与实践

吴月萍,濮臻懿,代正平

(1.上海第二工业大学 高等职业技术(国际)学院,上海201209;2.神州数码信息服务股份有限公司,上海200335;3.上海宽群电子科技有限公司,上海200072)

0 引言

自21世纪以来,桌面虚拟化在国内发展迅猛,其发展势头有超过服务器虚拟化的趋势。IBM中国研发中心,TCL多媒体中心,中国石化,广东移动及部分企业高校等均已经采用桌面虚拟化技术来替代传统PC的使用[1-3]。目前上海第二工业大学高等职业技术(国际)学院为计算机应用技术专业和网络专业开设了“桌面服务综合实训”课程。该课程根据教学计划,采用校企合作的方式选用的教学内容和教学模式[4],课程内容紧紧围绕市场需求和企业发展[1,5],其中考虑现今市场上虚拟化的发展与实际应用,在课程中融入了桌面虚拟化技术,使学生能够部署虚拟化架构,完成基本配置、迁移、管理和监控虚拟机及虚拟设备,使其能直接走向社会,满足企业桌面服务运维工程师的职位。

1 桌面虚拟化教学内容

1.1 桌面虚拟化的概念

服务器虚拟化部署是桌面虚拟化的基础,服务器虚拟化就是将服务器物理资源抽象成逻辑资源,让一台服务器变成几台甚至上百台相互隔离的虚拟服务器,使用者不再受限于物理上的界限,而是让CPU、内存、磁盘、I/O等硬件变成可以动态管理的“资源池”[6],从而提高资源的利用率,简化系统管理,实现服务器整合,让IT对业务的变化更具适应力。任何时间、任何地点、使用任何设备,以独占方式持续地访问应用程序、数据和工作区[7]。桌面虚拟化是指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[8]。桌面虚拟化所有的环境都将部署在ESXI虚拟化服务器环境下,而VMware View是全球首款针对桌面虚拟化的企业级解决方案。VMware View可通过集中化功能简化桌面和应用程序的管理,减少成本并提高数据安全性,为最终用户提供更强的灵活性和更强的IT控制能力[9]。使用VMware View解决通用的客户端的方案,该解决方案可将操作系统、应用程序和用户数据封装至隔离层内,使IT员工可以逐个地更改、更新和部署每个层,从而获得更强的业务灵活性。利用VMware View,客户可以将虚拟化架构及其高可用性、灾难恢复和业务连续性等企业级功能的价值扩展到桌面。

1.2 教学内容

此模块内容分服务器虚拟化和桌面虚拟化,服务器虚拟化包括了解VMware ESXI虚拟化主机的架构、工作原理,并进行实验,在服务器上搭建ESXI环境,完成网络配置,并在主机端使用VMware vSphere[10]、vCenter Server进行部署和管理。桌面虚拟化包括了解VMware View虚拟化平台的架构,工作原理,用户如何连接到虚拟桌面;并进行实践安装 View Connection Server、VMware Horizon View administrator,在vCenter Server上安装 View Composer组件,配置View Connection Server,准备模板计算机,创建虚拟桌面池、分配、连接虚拟桌面。理解如下VMware Horizon拓扑图中各组件的功能[11]。

图1 VMware Horizon拓扑图Fig.1 VMware Horizon topological graph

在条件允许的情况下,学生进企业认知学习,了解企事业单位桌面虚拟化相关技术的实际应用,进而使他们有更直观的认识。

1.3 实验规划

桌面虚拟化的实验环境如表1所示,活动目录(active directory,AD)域控服务器用于虚拟桌面环境权限控制,此台服务器上还需要安装域名系统(DNS)服务及动态主机设置协议(DHCP)服务器,DNS服务用于域名解析,DHCP服务用于虚拟桌面客户端系统自动获取IP地址等相关信息,DNS服务和DHCP服务不是一定得装在AD域控服务器上,也可以分开装在不同服务器上,考虑到资源有限才放在一台上。ESXI服务器是桌面虚拟化底层系统。vCenter服务器是虚拟机统一管理工具。Composer服务器创建链接克隆池——从指定的父虚拟机创建链接克隆池,也就是批量创建虚拟桌面。Connection服务器是用户和计算机直接的桥梁,此软件服务充当客户端连接的代理,连接服务器通过Windows AD对用户进行身份验证,并将请求引导到适当的虚拟机、物理机或微软远程桌面服务器(RDS)主机。父虚拟机用来批量创建虚拟机桌面的模板虚拟机。整个桌面虚拟化需要桌面池实验[12]。

为了达到较好的实验效果,每台PC端都需配备好相应的安装介质,以便学生实践桌面虚拟化的搭建和部署。除此之外,学生还需要在部署好的桌面虚拟化架构下进行创建模板计算机、配置vCenter Server、Composer和事件数据库、创建桌面池等操作。但显然,桌面虚拟化的实验环境要求较高,由表1可见,即使为节省资源,将Composer服务和vCenter安装在一台服务器中,其最基础的实验所需主机也要6台,在VMware Workstation环境中创建及运行这些主机,将占用大量CPU、内存和硬盘资源,AD域控、ESXI、vCenter和Connection 4台服务器,每台安装在Windows 2008 64 bit的系统下分别至少需要4核的CPU、4 GB的内存,一套桌面虚拟化需要的硬件资源：CPU 18核,内存16 GB。低于此配置服务器运行会非常卡顿,影响实验效果。在实际应用中,要部署50个以上的桌面,至少需要10GB内存(即RAM)。为了课程能顺利有效的进行,笔者与另外两位企业工程师针对现有硬件环境进行合理设计,作对比实验测试。

表1 桌面虚拟化的实验环境Tab.1 The experiment environment of desktop virtualization

2 环境测试

现有机房硬件环境如下：

服务器：华为RH2288A,配置2603v2-4×2,内存32 GB×2,硬盘 900 GB SAS×2。

PC机：i7-6700处理器 (4核,8 MB,8 T,3.4 GHz,65 W),内存 8 GB(2×4 GB)2133 MHz DDR4,2000 GB 3.5英寸SATA(7 200 r/min)硬盘。

根据1.3的实验规划,一套桌面虚拟化应用实验需要的硬件资源：CPU 18核,内存16 GB。

2.1 使用物理服务器

目前单台服务CPU 2603v2-4×2,开启超线程可为 16核;可用内存为64 GB(32 GB×2);硬盘900 GB×2,做完Raid1可用磁盘空间为900 GB。目前机房有两台相同配置的服务器可用于学生实验。虚拟机对CPU的消耗非常低,不考虑CPU资源是否足够,另外单台900 GB的硬盘空间也足够,所以计算内存资源即可。综上所述,在达到一定实验效果的情况下,每台服务器可做4套桌面虚拟化实验,两台服务器共8套实验环境。

按这样设计,学生必然要分组实验,而桌面虚拟化的配置、模板机的创建、虚拟化桌面池的创建和连接虚拟桌面等实验需要每位同学都实践操作,并能独立完成。

2.2 使用虚拟环境

在目前物理服务器不能满足桌面虚拟化教学的情况下,采用虚拟环境进行部署设计,使机房中每台PC机都有一套实验环境。其搭建的基础设施要求,PC机CPU 4核以上,支持虚拟化,内存8 GB以上,磁盘空间200 GB以上;基础环境要求,PC操作系统为64 bit,安装Workstation,准备并上传 VIEW 介质 (ESXI、vSphere client、 v Center Server、 Composer、 Connection Server、win2008、win7);在 Workstation内新增一台虚机,部署ESXI,需要CPU 4核,内存8 GB,硬盘100 GB;使用vSphere client连接ESXI,分别部署View组件及模板机、AD;使用浏览器登录View管理界面验证环境是否部署完成。

由于虚拟环境是在ESXI搭建的整个环境中,和在物理机中搭建基本一致,但是实验环境和实际使用仍有几点不同：

(1)实际环境中的磁盘一般不会使用本地磁盘,而是使用光纤挂接存储。

(2)实验环境只有单网卡,实际使用一般会区分多网卡用来管理、数据传输及虚机迁移,并有多个VLAN。

3 结 语

桌面虚拟化解决方案能支持多种方式接入、无差别的多应用访问、多虚拟机、主流操作系统、主流存储技术,系统可随时随地访问且支持个性化桌面,支持网络存储空间的动态分配,能将应用程序从底层操作系统分离出来,支持虚拟桌面与应用软件虚拟化间的无缝集成。目前很多领域应用桌面虚拟化解决方案,并日渐成熟,因此在教学中,引入相应技术是非常必要的,并通过以上的实验在现有硬件环境中做对比测试,给出了完整的实验规划和建议,通过课程实践,验证了可完全使用虚拟环境实现桌面虚拟化技术内容的教学,解决了因物理教学条件不足,课程难开展的问题,并且达到预期较好的效果。