应用型本科院校云机房建设的应用研究

李辉 涂胜倩 杨静

摘要：应用型本科院校招生规模增加、计算机相关课程增多，但现有机房的日常建设与管理模式均存在诸多问题，很难满足當前教学及相关实训的需求。随着云计算和虚拟化技术的普及，机房数据中心实现集中化管理，便于集中部署与教学相关的桌面环境，为应用型本科院校机房带来新的技术架构和管理模式。通过研究传统机房建设和运维管理现状，结合学校的实际应用需求，设计并建立不同架构融合的新虚拟桌面云平台，达到对应用型本科院校云机房统一管理的目的。

关键词：云计算;虚拟化;云桌面;云机房

中图分类号：TP391    文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）33-0034-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

作为承担应用型本科院校不同专业实验和实训课程的重要场所，计算机机房对资源共享、资源分配、数据安全、软硬件更新等提出更高的要求。而传统机房主要存在不同批次电脑间硬件不统一、系统升级与更新频繁、后期硬件扩容成本高等问题[1-2]。云机房，其技术支撑为桌面虚拟化技术，该项技术是以云计算为中心加以虚拟化技术融合搭建而成，通过资源的统一集中部署，改变了过去独立、冗散的系统环境[3-5]。利用集群式服务器的优化架构，实现了实体硬件或操作系统的虚拟化，节省物理空间，并将硬件资源进行有效资源分配与共享，即可实现统一高效管理[6-7]。从现有的运行情况来看，虚拟桌面云平台能够提高机房软硬件资源的利用率与系统的可靠性、可扩展性[8]。如何建立优化的虚拟桌面云平台架构、提高资源利用率及减轻维护工作任务量，并保障云机房运行的稳定性，已成为应用型本科院校云机房普遍面临的难题。

1 应用型本科院校机房建设与管理的现状分析

20世纪80年代末，随着计算机专业的普及，各大高校开始配置机房，早期的机房通常由十多台独立运行的计算机组成，大部分机房管理缺少专业的计算机机房维护人员，机房运行故障率高。到了二十一世纪初，维护管理制度趋于完善，加之高性能的中央服务器大量应用，星型拓扑结构或网状拓扑结构的中心机房开始在高校中普及[9]。此时，机房的建设与管理仍然存在诸多问题：（1）硬件建设与管理方面：由于日常消耗带来机房的扩建和维修，不同批次的硬件设备之间品牌、型号和性能差异很大，造成了硬件配置标准不统一，管理维护困难;每台计算机都包含CPU、内存、硬盘、显卡等设备，整体电源能耗大，还需额外配备专业电源管理人员，加重管理负担。（2）机房软件建设与管理方面：大部分专业软件授权费用高，且需要绑定终端硬件，需要逐台激活，增加管理人员的负担;校园计算机病毒泛滥，并可借助校园网大面积扩散，短时间内很难进行保障教学正常;现有的机房管理软件一般只能通过广播的方式实现教学演示，教学方式单一、教学效果差，无法有效实现课堂上师生互动。

总的来说，相对于机房建设，机房管理的重要性逐渐凸显出来，计算机通识教学成为几乎所有专业的必修课程，致使机房每天的使用频率非常高，如何有效部署应用软件的批量升级及学生端的远程控制以减轻机房维护人员的工作任务量，同时如何有效隔绝计算机病毒或网络攻击以防止重要数据的损失。系统还原软硬件与远程控制软件应运而生，使得机房建设与管理走向正规化、专业化及规范化。移植于网吧机房的无盘系统实现服务器端的统一部署和管理，计算机每次重启后即可恢复到初始状态。但无盘系统的终端计算机仅是无须安装硬盘，并且限于同一个局域网内进行部署，仍存在安装方法复杂、系统稳定性差、不支持透过Internet远程控制启动、客户端无法保存数据等问题[10]。

随着计算机宽带网络技术和桌面虚拟化相关开源技术的发展和应用，国内很多高校纷纷采用虚拟桌面云平台来组建云机房。在虚拟桌面云平台中，云计算实质上为利用分布式计算的分配与共享特性，完美结合进程式的虚拟化技术，并依托于网络汇聚交换后的计算机资源池，在后台服务器将实体硬件的资源抽象化处理，从而得到多个本地化的相互独立虚拟资源，实现处理器、显卡、内存、硬盘等实体硬件的虚拟化，满足本地使用时大量数据高并发交互环境的需求。虚拟桌面云平台使云机房具有较好的优势：（1）云桌面全部放置于后台服务器中，前端不占用任何性能资源，如：统一配置网络地址、配置云桌面参数、更新等，且只需要对后台服务器进行维护即可，有效解决管理维护问题;（2）云桌面的镜像之间相互隔离，各个独立镜像的配置之间实时进行动态调度，只需利用后台服务器即可完成，且后台服务器可通过统一终端进行升级管理;（3）云桌面终端投入成本低，功耗低，整体设备更新周期为8-10年，有效降低了整体拥有成本;（4）云桌面可将遗存在本地的数据进行统一加密存储，利用终端接口的权限来进行访问认证。

主流的虚拟桌面云平台的框架有四种，包括RDS、IDV、VOI及VDI等，但均存在诸多问题：前两者虽可离线使用，但软件支持力度差，需针对数据库资源进行独立安全性防护，且造价成本高;后两者则比较耗网络资源，传输文件过大容易造成网络堵塞，极易致使服务器负载太大而出现故障，最终导致所有学生端瘫痪无法使用。此外，部分虚拟桌面云平台由于集中在后端服务器进行计算，致使终端无法流畅运行大型3D软件及播放高清影像。

2 基于VOI和VDI框架融合的云机房建设

当前，虽有利用四种框架进行融合设计的案例，但效果均不理想，体现在无法有效利用现有机房的硬件资源进行部署。因此，结合VOI和VDI框架的技术特点，探索两者之间优势的互补方案，设计融合方案及其系统架构。

根据前述需求和技术特点，确定VOI和VDI框架融合的虚拟桌面云方案，具体如下：

利用集群式架构的原理，通过设置控制节点和计算节点两大部分来综合部署瘦客户端，便于统一管理。具体来说，控制节点用于在VDI服务器中存储操作镜像文件，计算节点用于在GPU服务器集群内平衡可动态扩展的桌面虚拟机资源，可满足瘦客户端内三维建模、影片剪辑及VR模拟等实际教学需求，同时可通过交换机的远程登录，提供虚拟个人桌面，进而实现实时的软件数据交互处理。

设计的系统架构涉及如下，采用现有机房内台式电脑，并设置基于win系统的版本镜像的存储，随后结合云桌面的远程注册和申请特点，将存储版本镜像的台式电脑与网络服务器端进行相连，满足不同版本镜像在软件维持周期内的实时更新。此外，学生或教师用户可通过本地瘦客户端的安装操作，只需以密钥方式登录，即可实现对远程云桌面的有效访问。

结合图1来看，台式电脑和笔记本电脑上设置有瘦而客户端，同时每个瘦客户端独立连接VOI服务器和VDI服务器，利用云端vGPU+VDI服务器的部署功能，有效将现有机房的台式电脑进行增霸卡式的统一管理。经测试，上述设计方案可应用大学物理实验、电工电子技术、AUTOCAD建筑设计等仿真虚拟实验环境中。

3 总结

本文结合现有虚拟桌面云平台的优劣势，提出一种新式的融合的架构设计方案，其结合了VOI服务器、VDI服务器及GPU服务器的优势。该方案按照不同的实验课程要求和终端的特点，部署相应的云桌面服务，与传统机房相比，云机房在建设成本、管理、运维、节能及资源利用率上具有非常好的优势，VDI+VOI融合实现了两种虚拟云桌面平台的统一管理，节省了大量部署教学环境的准备时间和教学空间，满足教师个性化桌面需求，保障了數据的安全性和私密性，为高校云机房的建设和管理提供了新思路。

参考文献：

[1] 薄钧戈，崔舒宁，齐琪.云桌面在大规模实验教学管理中的应用[J].计算机技术与发展，2019，29（4）：105-109.

[2] 张建华，王延吉.高校机房管理技术队伍建设的研究[J].实验技术与管理，2017，34（5）：226-228.

[3] 赵文静，曹忠.计算机实验室虚拟云桌面的设计与建构[J].实验技术与管理，2019，36（4）：40-44.

[4] 陈慧芬，卢庆武.云计算在高校机房管理中的应用[J].实验室研究与探索，2013，32（7）：213-216.

[5] 黄晨晖，林泳琴.基于云计算的虚拟计算机实验室的研究与实现[J].实验室研究与探索，2010，29（11）：178-181.

[6] 毋妙丽.基于云桌面技术的实验室资源共享平台建设[J].实验室研究与探索，2014，33（12）：290-294.

[7] Park J，Kim H W，Jeong Y S.Efficiency sustainability resource visual simulator for clustered desktop virtualization based on cloud infrastructure[J].Sustainability，2014，6（11）：8079-8091.

[8] 赵亮.大数据环境下虚拟云桌面系统设计[J].科技通报，2019，35（6）：118-121.

[9] 吕方.高校机房综合管理系统的设计与实现[D].天津：天津大学，2012.

[10] 金龙，董顺义.在办公分散条件下网络办公自动化的实现[J].信息技术，2011，35（1）：113-115，118.

【通联编辑：梁书】