基于海光DESK系统的机房虚拟化应用研究

王 磊

(深圳职业技术学院 人工智能学院，广东 深圳 518055)

0 引言

高校计算机实训室承担着基础教学、专业实训等基本教学任务，随着全国无纸化考试、职业技能竞赛的全面推进，其还必须满足各种对外培训、职业资格考试以及职业技能竞赛的需求。传统实训室的运行和管理模式已无法满足需求，制约了学校对高素质、创新人才培养工作的有效实施[1]。

现阶段传统的实训室管理方式是采用硬件还原卡对计算机系统进行保护与管理。在这种管理模式下通常存在以下4个问题：

(1)难以满足个性化的教学、培训、考试需求。硬盘资源有限，不可能为每一种应用环境配置单独的系统分区。

(2)对于多硬盘的环境，只能选择其中的一个硬盘作为系统盘，而其他的硬盘只能作为数据盘。对整个的硬盘资源造成极大的浪费。

(3)网络环境要求高。在使用保护卡同传功能时，如果有一台主机的网络出现异常，将会导致整个同传过程出现异常。

(4)硬件设备利用率低。同传过程中，所有的计算机都不能使用。

云桌面也称为桌面虚拟化，通过将云计算与虚拟化技术相结合，以服务器集群部署的方式为用户提供虚拟桌面，因此云桌面不是运行在本地，而是运行在网络中的服务器上[2]。相对于传统的管理模式，云桌面具有下列优势：

(1)所有软件的安装、维护与更新都在云服务器上，因此可以针对不同的应用环境需求进行快速更新与部署。

(2)机房只需提供廋客户终端，通过虚拟桌面的形式为用户提供专用的教学、培训、竞赛等环境。

(3)能够提供集中化的数据存储，实现高效的资源访问与共享。

虽然云桌面技术在专业机房的新一轮信息化建设中得到了充分的应用与支持[3]，但是其部署对网络条件要求极高，需要搭建数据中心、配置虚拟化服务器集群、存储阵列，后期还需要针对机房应用场景进行大量的测试以及对机房管理人员进行培训，整个升级改造过程周期较长，并且需要投入巨大的人力与物力，另外云桌面对机房提供的终端硬件要求较低，廋客户终端即可满足要求，而现阶段机房主流配置至少用到了Intel i5系列CPU、8 G内存、1 TB以上的硬盘，因此大规模部署云桌面将会造成现有计算机资源的极大浪费。

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机房管理如何更好地从传统模式过渡到云桌面模式，是现阶段机房管理人员面临的主要问题。海光DESK系统利用强大的硬盘虚拟化技术和P2P部署技术，能够针对大规模计算机的系统进行自动部署，其采用分组和系统镜像的管理策略， 实现一台服务器对所有机房计算机的集中管理和统一维护，因此在机房管理的升级过程中可以将其作为一种备选的过渡方案。

1 海光DESK系统架构

海光DESK系统采用C/S架构，通过分组管理的模式，实现对机房的虚拟化管理，其网络部署拓扑如图1所示。系统服务端部署在Windows server 2012 R2之上，并提供DHCP服务。机房中的主机通过“网络启动”，自动连接服务端下载配置文件，并安装系统客户端软件。

图1 海光DESK系统部署网络拓扑

海光DESK系统主要包含镜像管理、磁盘管理、分组管理、用户管理四大功能模块，其功能结构如图2所示。

图2 海光DESK系统功能结构

(1)镜像管理：与云桌面中的资源虚拟池类似。镜像管理中存放客户端使用的系统分区镜像和数据分区镜像，操作系统创建时需要引用这些镜像。

镜像的制作需要在客户端机器上进行。在机房内的任意一台主机上安装操作系统，更新完补丁及相应系统设置后，安装海光DESK系统的客户端软件，将配置好的操作系统上传到服务器，生成相应的镜像。分区镜像类型分为系统盘与数据盘两种，其作用与云桌面中的“计算机模板”类似。例如在主机上有两个分区，其中C分区安装操作系统，D分区存储常用工具，制作镜像时，C分区为系统盘镜像，D分区为数据盘镜像。现阶段操作系统可支持Windows 7(32bit/64bit)以及Windows 10。

使用驱动集成技术可以将不同硬件设备的驱动注入系统镜像中，从而实现普通台式机、工作站、服务器共享同一个系统镜像，因此在日常机房管理中，管理员不再需要为每种不同硬件配置的主机都备份操作系统分区，这样能够节省大量的存储空间。

(2)磁盘管理：包含硬盘管理与系统快照管理两大部分。磁盘相当于一个虚拟的硬盘，管理员根据机房中主机的硬盘容量大小来设置磁盘。例如机房1中的主机硬盘容量为1 TB，则新建一个大小为1 TB的虚拟磁盘与之相对应。海光DESK系统采用硬盘虚拟化技术，可以将单台主机里的所有硬盘虚拟成一个“大”硬盘。例如主机中有一块512 GB的固态硬盘与一块1 TB的机械硬盘，则系统部署分区一共可用的磁盘容量为1.5 TB。与云桌面类似，通过虚拟硬盘的动态划分特性，管理员可以根据不用的应用需求，动态部署不同的系统镜像，从而快速满足不同的应用场景需求。

创建系统快照的过程就是将系统分区镜像与数据分区镜像进行组合，生成一个可以被引用的完整操作系统。管理员可以根据课程、考试、培训等各种需求来组合系统分区与数据分区。创建系统快照使得同一个系统分区镜像能够被多个操作系统引用。

创建操作系统与传统模式中对硬盘进行分区并安装操作系统的过程类似，其中包括设置“操作系统名称”“默认操作系统”“默认等待时间”“显示操作系统”“启动加载模式”“启动部署模式”“分区还原方式”等。“分区还原方式”与传统模式中一样包括“每次还原”“手工还原”等。

操作系统分发、部署与传统模式中的网络同传功能类似，传统模式下的网络同传功能采用TCP/IP或UDP/IP协议，虽然数据传输可靠，但是发送数据的主机存在单点故障问题。海光DESK系统采用P2P协议，在P2P网络中没有中心化的数据发送端，所以不会存在单点故障问题。网络中的每台主机既充当客户端又充当发送端，因此当网络中加入的主机节点越多，网络中的数据传输速率越高，系统的部署速度则越快。

(3)分组管理：通过分组的方式，对机房进行虚拟化。

每一个分组对应一个机房，分组中保存机房中所有主机的MAC地址并编号。通过分组的网络属性可以统一设置该分组中所有主机的IP地址、网关与DNS。在传统硬件还原卡模式中，当机房网络参数发生变化时，机房管理员必须在一台主机上更新系统中的网络参数并同传到该机房中的所有主机上，而机房虚拟化技术只需要修改相应分组的网络属性，就可实现对机房网络参数的集中配置与管理，这种方式更贴近于云桌面的管理方式。

(4)用户管理：通过区分用户角色及权限，可以实现多用户同时对服务器及其所属分组的管理。

管理员账户拥有系统所有的权限，包括修改服务器参数配置、修改数据库路径、开启与停止服务、添加镜像存储目录、新建与删除系统用户等。“添加镜像存储目录”可以在不改变原数据库路径的情况下，采用扩展的方式存储系统镜像。通过为每一位机房管理人员建立系统用户账号，并将其与被管理的机房分组相对应，实现机房管理人员只能管理自己的机房，避免误操作而影响到其他的机房。

2 海光DESK系统的优势

(1)在传统硬件还原卡模式下，使用系统同传功能时，机房内其他所有主机都不可用。而海光DESK系统使得主机通过网络启动，连接服务器并下载配置信息，类似于无盘工作站。当启动完成后，系统会自动在后台运行“系统同传”功能，实现系统的无感部署，极大提高实训室的利用率。

(2)系统对每一次上传更新都生成相应的操作系统快照，因此管理员可以根据需要在不同的操作系统快照中进行切换，避免重复工作，提高管理效率。

(3)操作系统被同步部署到本地硬盘上，因此在部署完成后，网络出现故障也不会影响主机的使用。在运行大型图形软件时，可充分利用主机本地的显卡资源。

(4)当操作系统发生更新并上传后，机房内所有主机开机后即可实现自动同步。

3 海光DESK系统的不足

海光DESK系统没有针对服务器的管理模块，建议添加服务器管理模块，服务器之间采用主--从服务器集群架构，实训室管理员可以根据维护需求，为不同楼层、不同专业、不同硬件设备的实训室分配从服务器，主从服务器之间提供统一的镜像管理与维护，并自动实现镜像与配置信息的备份。

4 结语

海光DESK系统具有“主机按需分组管理、操作系统分区按需搭配、系统智能部署、桌面自动更新、主机断网离线使用”等特色，通过机房虚拟化和硬盘虚拟化技术，可以在不改变机房网络架构的前提下，充分利用机房现有主机资源，快速构建一个高效、安全、统一的计算机教学实训管理平台。对于机房管理人员而言，由于其实现原理、操作习惯更贴近于云桌面，因此也为将来机房全面实现云桌面，打下坚实的基础。