云桌面虚拟化在实训室建设中的应用

朱丽敏

(山西省工业管理学校，山西 太原 030012)

近年来，通信技术、网络技术的快速发展，云计算被视为信息技术的第三次浪潮，对于经济、科技和安全具有重大影响。云计算被确定为新一代信息技术未来的三大支柱产业之一，越来越多的政府和企业将系统部署到云平台上。随着云计算技术的日益成熟、大规模应用的积累及规模性成本的下降，其应用领域也在近年得到极大的拓展。教育行业属于规模密集型IT应用领域，由传统实体PC建设模式到云桌面虚拟化建设模式的过渡，正不断深化开来。新技术的应用在成本控制、个性化教学场景交付、集中运维管理、绿色IT节能降耗等诸多方面带来深入的变革。

1 传统PC机桌面系统的常见问题

目前，学校现有公共教学资源终端一直使用传统PC。在实际应用过程中，需要在每台PC上安装所需的软件程序及客户端；同时所有数据分散在各PC上，对PC无法方便地进行统一集中维护与管理，对数据无法进行集中存储与备份。传统PC机桌面系统的常见问题主要体现在以下几方面：

1) 计算机病毒危害：现有PC通过U盘和网络容易感染病毒，并相互传播，软硬件保护技术难以很好解决问题，导致PC运行不稳定，是维护人员面临最严峻的问题之一。

2) 维护难度大：由于学校不同批次PC硬件种类繁多，数量大，很难集中管理，维护工作量大。

3) 高能耗、高排放：一台PC的能耗在200 W以上，对于学校而言，一年的耗电量是一个非常惊人的数字。这在当今提倡绿色环保、低碳经济的大环境下，确实是一个巨大的挑战。

4) 总体拥有成本高：PC硬件相对较低的成本优势，通常无法抵消PC管理和支持工作的高昂成本。目前，PC管理工作包括硬件维修、部署软件、更新和修补程序等，由于这些工作需要对多种PC配置的部署进行测试和验证，因而会耗费大量的人力，常常因为人力跟不上导致PC无法正常进行运行。

2 云桌面技术的优势

云桌面是虚拟化和云计算时代的典型应用，是使用云终端设备通过网络运行远端服务器桌面的计算机解决方案，云桌面的所有数据计算和存储集中在服务器上，云终端仅仅显示图像以及键盘鼠标等输入输出操作，利用云桌面虚拟化技术，通过任何设备、在任何地点、任何时间通过网络访问桌面系统，以达到桌面使用的安全性和灵活性。相比传统PC机，云桌面具有传统PC无法比拟的优势，见表1。

表1 云桌面与传统PC特点对比

3 云桌面架构

云桌面采用业界主流的虚拟化技术，提供虚拟桌面服务，实现教学资源的共享。云桌面架构如图1所示。

图1 云桌面架构

4 云桌面技术方案

云桌面技术方案运用业内最主流的虚拟桌面基础架构Virtual Desktop Infrastructure(VDI)架构与部署方式。它基于底层的硬件资源和中间层的虚拟化软件，通过上层的桌面虚拟化应用软件，为终端用户提供虚拟桌面交付模式。VDI解决方案中所提供的桌面虚拟化不仅充分利用了服务器端的计算能力，而且提供了强大而灵活的用户PC管理能力，同时具有很强的可扩展性和显著的能源节约优势，消除了传统个人电脑管理模式中的很多缺点。

VDI解决方案通过虚拟化服务器，进行虚拟桌面的创建、删除、迁移等管理功能。因此，虚拟化服务器是虚拟桌面的载体。如果虚拟化服务器出现问题，整个VDI解决方案就会处于运行瘫痪的状态。同时，虚拟化服务器的正常运行，也离不开它所依托的底层支撑基础资源，比如存放虚拟桌面文件的存储资源和连通终端用户和虚拟桌面的网络资源。这类支撑基础资源是整个VDI解决方案中最底层的组件。因此，虚拟化服务器和底层支撑基础资源共同作为VDI解决方案中一种基础组件为上层提供了基本的计算能力。

5 网络环境设计

采用桌面云虚拟化方案后，为使虚拟桌面与虚拟机的通讯达到较流畅的体验效果，网络环境设计如下：

1) 有线局域网内千兆到桌面

2) 服务器端采用千兆部署

3) 接入交换机上联保证千兆带宽

4) 广域网环境每客户端保证1 M出口带宽

在校园网环境中，需要在QoS设计时实现虚拟桌面网络传输优先级和带宽保障，尤其是在容易出现瓶颈的广域网。

6 存储环境设计

6.1 存储性能和可靠性

在设计存储架构时应该充分考虑到冗余和性能，因此存储架构的选择根据桌面云整体应用对存储的IOPS和吞吐量的需求进行规划，涉及端到端的主机适配器选择、控制器和端口数量选择以及磁盘数量和RAID方式选择等。

每台服务器SSD硬盘配置：配置2块SSD硬盘，组成raid1磁盘组，提高可靠性；

每台服务器SAS硬盘配置：配置SAS硬盘，组成raid5磁盘组；提高可靠性和读写性能。

6.2 分层存储设计

整个存储环境采用分层存储设计，分为SSD存储和通用磁盘存储(SAS)。

6.3 SSD存储

SSD硬盘做RAID1，存放虚拟桌面镜像，这样可大量吸收启动风暴所需要的IOPS。

6.4 通用磁盘存储(SAS)

通用磁盘存储主要设计为用户的桌面数据提供存储空间，并为服务器虚拟化之后提供共享和可供迁移的存储资源。

7 资源规划

云桌面统一采用链接克隆的方式来进行整体构建，桌面采用静态方式，实现账号登陆桌面，云机房登陆桌面后提供多场景选择。

由于云桌面的软件是安装到云主机上，云主机的配置非常高，安装大型软件运行流畅，云桌面可支持的软件见表2。

表2 云桌面可支持的软件

8 使用场景功能

8.1 支持虚拟机批量添加或卸载软件

在后台创建一个模板，在模板上添加或卸载软件，然后发布给每台虚拟机，即可实现虚拟机批量添加或卸载软件。

8.2 支持桌面操作系统和软件还原

支持两种还原方式：

1) 每次重启之后还原。

2) 按照时间点还原，例如每天凌晨2:00还原。

8.3 千兆网络环境

云机房部署千兆交换机，提供24或48个千兆电接口，与云终端相连，实现千兆网络环境。

8.4 在校外电脑登录云桌面

将云机房服务器的地址映射为一个公网地址，在校园网外的电脑可以通过这个公网地址登录到云机房的服务器，从而登录到云桌面。

8.5 保证高质量的图像信息传递

云终端支持“PCOIP”图像传输协议，是目前最成熟、最高效的传输协议，能够保证高质量的图像信息传递。网络中传输的只是图像的变化量，而且协议本身已经做了大量的优化，能够保证复杂图形的处理。

8.6 支持Maya、3dmax稳定流畅运行

Maya、3dmax等大型软件需要GPU虚拟化技术，即在服务器上安装GPU卡，然后给每个桌面分配虚拟的GPU，从而保证软件稳定流畅运行。

8.7 支持GPU虚拟化技术

VMware view虚拟化软件支持GPU虚拟化技术，兼容性良好。

9 结束语

计算机实验室应用云桌面技术后，资源数据存储在云端，而且存储量可以非常大，为实验室资源储存提供了安全和可靠的保证，这样可以避免师生将实验室资源数据存放在个人计算机上，可能感染计算机病毒而造成数据丢失。

我校于2017年8月新建了2个云桌面实训室，截止目前已运行3年，云桌面技术的使用从实质上给予实训室的管理带来了便捷，节约了实训室财力投入，Inventor 2018、3Dmax 2018等大型软件运行流畅，每个学生通过账号和密码登录，提高了安全稳定性，为我省中职学校云桌面实训室的建设提供了可借鉴的成功经验。