计算机实验室桌面虚拟化建设及应用

1目前实验室存在的问题

传统实验室主要存在以下问题，实验室内PC机数量多、型号不统一维护难度大。需要安装的教学软件也在不断地增加，软件安装与运行环境要求不同。在日常维护管理工作过程中有许多的问题暴露出来，保护卡不能满足当下的需要。1.1软件部署。每一学期开设的专业更加细化，软件都在不断地增加，每个学期都要更具实验室课程重新部署相关课程的软件。软件需要的配置环境不同，需要多种操作系统，每个系统下发都需要大量时间。个别应用会发生软件冲突问题，如果发生软件冲突，保护卡防护模式很难快速恢复。有些时候需要在上课前快速安装部署软件，由于还原系统内部设计缺陷需要下发整个系统镜像，短时间内无法快速完成。克隆时间较长需要拿出一整块的时间来维护系统，工作时间都有课程的安排，很难找到一整块时间进行教室电脑系统维护，只能利用中午休息或深夜进行维护，维护人员做的重复性工作较多。1.2硬件配置。实验室规模在不断地扩大，机器数量不断的增多，分批次采购计算机品牌、型号不同，新旧各异，老机器硬件限制系统的升级，相同的软件需要对不同型号、品牌计算机制作不同的样板机。实验室计算机使用时间长，频率高，设备老化快，硬件设备故障频发。计算机硬件损坏更新后，很多硬件不兼容保护卡。现有的保护模式无法满足复杂网络情况，一般高效的实验室的网络都非常复杂，网络带宽从10M到1000M不等，并且由于每栋楼都是单独的网段，所以多媒体教室都是跨网段结构，用保护卡根本无法跨网段传输。1.3安全性。实验室使用人员多，计算机知识参差不齐在使用USB外设的过程中增加了中病毒的几率，有时还会感染ARP和穿透型病毒，使得整个实验室瘫痪。传统的保护卡防护模式做不到全面的安全防护。

2DAWNSTOR虚拟化桌面应用

2.1DAWNSTOR虚拟桌面系统。DAWNSTOR快速预置基于Windows桌面，让师生任何设备便捷的访问所需要的内容。管理者可以在多用户，用户多需求的情况下集中管理，统一配置。及时推送不同环境的需求，为师生统一的软件部署、版本升级、系统远程、软件调试、远程诊断等服务。在原有设备建立一个高能、便捷的管理结构，整合先前分散化的计算机，集中管理和控制。2.2DAWNSTOR虚拟桌面系统的特点。1）更加集中管理由于教学方案的不同，所需要实验软件也不一样，导致各个实验软件的运行环境不同实，维护管理人员需要每个机房安装不同的系统环境和实验软件效率低、消耗大量人力，直接影响到教学秩序。DAWNSTOR系统实现了集中管理，单独控制的功能，消除了分散式管理的弊端。在DAWNSTOR的服务器控制平台上可以直观地看到每个学生的使用状态，在使用中遇到问题可以从平台上控制学生机器。可以把原来分散在各个机房的点有效的控制起来、集中式的管理。运维管理人员可以在DAWN⁃STOR平台单点操控实验室计算机的环境，新增机器直接下发环境即可。2）快速应用升级和更新补丁DAWNSTOR系统对于修补Windows系统漏洞，更新病毒库是非常的便捷，维护人员在自己的电脑旁就可以完成，实验室全部计算机下一次启动生效，避免了感染病毒的风险，提高了计算机的安全性。应用升级只需要在实验室任意地找一台计算机安装新的应用，应用升级完成后，服务器也更新结束，剩余的计算机正常开机就会看到新的应用。不需要像保护卡模式同步传输一个系统。3）无需同传一般情况下DAWNSTOR不需要对计算机进行Windows系统维护，节约了Windows系统维护的时间和同传的时间。DAWNSTOR系统只有给计算机部署操作系统时才会采用分组广播的模式下发操作系统，可以比保护卡模式节省60%时间。4）支持启动多种系统DAWNSTOR系统拥有系统容器，可以在教学需要的某种系统地同时运行人员下发所需要的系统。学生开机后自动推送到学生面前。5）多样化的用户使用体验可以为教师、学生、教学、考试在DAWNSTOR系统定制不同的桌面，通过简单的设定，开机后学生和教师可以自己选择所需要的桌面。如果在考试期间，可以屏蔽其他桌面单独显示考试系统，将考试系统推送到计算机。6）远程维护诊断学生如果遇到一般性的问题，DAWNSTOR系统平台可以直接根据机器名远程协助，不需要到计算机旁维护，提高了工作效率。7）备份在部署新软件的时候，系统会有很多原因导致崩溃例如应用的兼容性、病毒，系统只要回选上一个的节点就可以正常使用。8）网络安全性DAWNSTOR系统提供了启动还原、不还原、N次启动后还原，每次还原都会从服务器加载一个新的系统。降低了因外设存储感染导致的计算机中毒。9）支持两种启动方式支持网络启动和本地启动，网络启动在遇到网络问题或者服务器问题的时候可以切换到本地启动，实现热切换。服务器会给计算机提前下发相同系统镜像，可以在网络不畅的时候调用本地镜像，保证教学的稳定进行。10）完善的管理辅助服务运行人员可以对软件、网站、USB设备、光驱统一管理，在不需要的时候选禁用。DAWNSTOR系统还有远程开关机、同步时间、屏蔽网络等功能。11）环境适应性DAWNSTOR系统可以支持跨虚拟局域网的网络环境，根据BOOT启动技术直接跨虚拟局域网启动。学校的采购批次不一样，学校的计算机种类不同，传统的管理模式无法实现集中化管理。应用DAWNSTOR系统的虚拟化技术，可以解开硬件的束缚，只需要对两种硬件差异较大的计算机多做一个镜像即可。DAWNSTOR系统不使用保护卡，所以不存在不兼容保护卡的问题。12）节省应用授权经费应用的授权不被固定的计算机占有，DAWNSTOR系统可以通过虚拟化技术按需分配软件License，提高了软件的有效利用率，节省应用的总成本。

3桌面虚拟化的结构

3.1桌面虚拟化。虚拟桌面应用主要包含三个关键技术，虚拟化技术、用户个性化配置、桌面显示协议。虚拟桌面是把所有的虚拟机运算集中在服务端进行，运用桌面显示协议将桌面直接显示到用户面前，客户端负者把输入的数据传送到服务器，显示服务器传输来的输出，客户机本身不参与任何应用的计算，用户体验和本地PC机一样。目前虚拟桌面技术架构常见的VOI和VDI。VDI（virtualdesktopinfrastructure）虚拟桌面基础架构，是通过数据中心服务器的虚拟化，数据中心服务器批量创建虚拟机，虚拟机内部署需要的系统环境及其相关软件，通过桌面显示协议给使用者的瘦终端。但是VDI存在一定的局限性，对网络的依赖性太大、对存储性能要求高、不适用于对显卡要求高的软件。同时在大规模启动的客户机时，会出现“登录风暴”。VOI（virtualOSinfrastructure）虚拟操作系统架构，将操作系统（OS）、应用软件（APPS）、用户资料（UserProfiles）分散的资源集中在平台服务器统一管理、按需交付、安全存储。将服务器虚拟化建造一个系统容器，容器内部署多个操作系统，系统内安装应用软件。将操作系统看作应用，形成整个系统的数据流下客户端，储存在客户机的本地硬盘。实现了应用软件交付提高到系统的标准化分发。将客户机虚拟化，之前的操作系统被虚拟层替代，系统运行在客户机的虚拟层之上，系统相当于之前的应用软件。通过IVDP技术将系统和客户机硬件固定关系中分离出来，实现系统的跨平台交付。客户机硬件和操作系统被管理平台统一调配。系统计算运行在客户机上，解决了VDI的显卡要求高的软件不能使用的问题和高度依赖网络的问题。国内外供应商提供了多种解决方案，例如Citrix、VM⁃ware、OS-Easy、XenDesktop、华三、和信、DAWNSTOR。3.2系统镜像。原理虚拟容器是VOI的底层基础，将客户端彻底虚拟化，建立一个虚拟容器池，虚拟容器池上安装各种教学所需要的操作系统。客户端采用网络启动，使用者开机选择需要的系统，客户端由虚拟容器发送到推送器，推送器到使用者面前。3.3虚拟系统缓存机制。客户端与服务器交互系统映射，统计映射数据是否重复访问，如果重复访问会将该片数据段转储到客户端的硬盘，虚拟磁盘再次向服务器请求系统映射时，会先比对本地硬盘数据是否相同，如果数据相同直接调用，不再对服务器发出申请。在与服务器断开时，将调用本地缓存，可以实现离线工作模式。3.4镜像原理。图3第一次安装系统时，需要找一台客户端安装一个纯净的操作系统，完成后把操作系统到服务器上，生成基本镜像。在基本镜像的节点上在部署常用的教学软件形成快照增量，快照增量和基本镜像结合生成逻辑镜像，其他客户端选择逻辑镜像启动，软件自动到客户端。这个逻辑镜像在下一次安装其他软件时就是新的基础镜像。如果在软件使用过程中出现问题可以切换到上一个基础镜像，保持客户端的稳定运行。3.5虚拟化项目实施所需网络架构。桌面虚拟化需基于网络进行数据的传输，安全、稳定、快速的网络是多媒体教室内客户端进行数据交互的保证。在实施桌面虚拟化项目之前，应充分考虑网络架构、楼宇链路、接入层的交换与传输能力。为了保证良好的用户体验，根据目前主流的桌面虚拟化对网络的基本要求，数据中心服务器端之间采用双链路冗余光纤交换机，以防服务器与存储间因通信线路出故障而导致所有应用宕机。各个楼宇间要有一个千兆以上的上联，接入交换机的端口为全千兆。我校核心区域已部署2太锐捷RG-S8606核心交换机；在汇聚层部署有增强型SFP接口千兆交换机（锐捷RG-S5750）。锐捷RG-S5750通过光纤链路核心交换机，端口可进行万兆上行，接入层交换机为全千兆锐捷RG-S2952G，交换机实现大容量业务数据的传输。核心汇聚层交换设备和各教学楼交换设备的数据交换能力分别达到了万兆和千兆，完全可以满足本次云桌面的部署。

4结束语

随着高校的实验教学更加被重视，计算机应用也更加的广泛，为了给教学提供更优质的体验，就要不断提升实验教学的管理水平。网络不在束缚着技术的脚步，虚拟桌面技术的出现彻底解决了这一矛盾。过去师生使用和管理绑定在机房内，随着机房、计算机不断地增加，管理工作体现出了分散化、复杂化。今天在虚拟桌面技术的帮助下师生们可以在任何连通校园网络的任何设备的情况下都可以获得PC一样的体验，管理也只需要维护服务即可。并且虚拟桌面技术能够更好地保证数据安全，降低设备采购的成本。信息化建设的不断加快，使得虚拟桌面技术迅速的发展。

参考文献：

[1]柏忠贤.高校云计算实验室虚拟化解决方案探究[J].软件导刊，2014(6):5-8.

[2]何钦淋.基于VOI的桌面虚拟化研究[J].信息安全与通信保密,2013(5):49-51.

[3]苗桂君.基于桌面虚拟化的高校机房的调研与构建[J].实验科学与技术,2017(1):152-158.

[4]张凯.桌面虚拟化在多媒体教室管理中的应用[J].实验技术与管理，2017(6):131-134+138.

作者:李刚 单位:内蒙古财经大学经济管理实验实训中心