白起

【摘 要】文章從傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室改造出發(fā)，在性能、易用、安全、擴(kuò)展性等方面對(duì)某款虛擬桌面進(jìn)行充分測(cè)試后，做出了在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室部署云桌面系統(tǒng)的可行性分析。

【關(guān)鍵詞】實(shí)驗(yàn)室管理 云桌面系統(tǒng) 運(yùn)維

一、引言

隨著實(shí)驗(yàn)室終端機(jī)使用時(shí)間的累積，大量終端機(jī)已經(jīng)老舊，硬件配置低下，系統(tǒng)老舊，已不能滿足師生上課的基本要求，實(shí)驗(yàn)室改造迫在眉睫。新興的云桌面系統(tǒng)可以很好地解決這一問題。

二、實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀

目前計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀一般都是配置若干臺(tái)電腦作為學(xué)生日常上機(jī)練習(xí)使用，機(jī)房目前在服務(wù)器上部署有 FTP、Moodle 、考試系統(tǒng)等資源服務(wù)。而每臺(tái)電腦上面通過安裝還原系統(tǒng)的方式來(lái)保護(hù)硬盤數(shù)據(jù)，同時(shí)該還原系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)同傳功能方便多臺(tái)電腦間系統(tǒng)更新、資源更迭、配置共享。這種管理模式遇到的問題如下。

（一）維護(hù)麻煩：需要同時(shí)對(duì)幾百臺(tái)電腦進(jìn)行維護(hù)，大部分電腦已超過其使用年限，開機(jī)時(shí)間過長(zhǎng)，故障率極高，經(jīng)常出現(xiàn)藍(lán)屏死機(jī)、系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)等現(xiàn)象。維護(hù)需要大量時(shí)間，大部分機(jī)器需要擦拭內(nèi)存條重新安裝，更換內(nèi)載電池并重新手動(dòng)配置相關(guān)Bios設(shè)置。

（二）硬件配置落后（部分零部件現(xiàn)已停產(chǎn)）。隨著軟件的更新?lián)Q代，對(duì)硬件的需求也越來(lái)越高，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室的電腦已不能滿足部分大型軟件運(yùn)行的基本需求。內(nèi)存條版本低、容量小（使用的第一代內(nèi)存條DDR1已停止生產(chǎn)），不支持新一代內(nèi)存條的擴(kuò)展。為提高電腦運(yùn)行速度只能加裝同類型的內(nèi)存條，但新安裝的內(nèi)存條不兼容原有內(nèi)存條，常出現(xiàn)無(wú)法開機(jī)的現(xiàn)象；硬盤空間不夠，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)在教學(xué)使用的軟件越來(lái)越多，容量越來(lái)越大，要求硬盤的容量越來(lái)越高，但更換硬盤的成本比較高。

（三）數(shù)據(jù)更新頻繁易出錯(cuò)，自帶同傳系統(tǒng)過時(shí)。雖然有同傳系統(tǒng)可以批量發(fā)送數(shù)據(jù)，但是每安裝一次軟件就需要對(duì)磁盤數(shù)據(jù)全部發(fā)包同傳，電腦硬盤和網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)過重，電腦硬盤讀寫頻繁易造成硬盤老化損壞。而且同傳系統(tǒng)對(duì)電腦機(jī)型及硬盤模式要求苛刻，而實(shí)驗(yàn)室存在不同批次購(gòu)買的多型號(hào)的電腦，需要分批多次同傳，導(dǎo)致維護(hù)時(shí)間成本增加。而且同傳結(jié)束后，個(gè)別計(jì)算機(jī)容易出現(xiàn)同傳失敗的現(xiàn)象，部分軟件在使用系統(tǒng)同傳功能后存在無(wú)法使用等諸多問題。

三、解決方案——云桌面系統(tǒng)

目前實(shí)驗(yàn)室電腦大多比較老舊，操作系統(tǒng)為已停止更新服務(wù)的Windows Xp系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)的基本硬件配置已不能滿足部分實(shí)驗(yàn)的基本要求。硬件配置低、運(yùn)行速度慢導(dǎo)致在運(yùn)行一些較大的軟件時(shí)出現(xiàn)卡頓、死機(jī)等情況。由于各種客觀條件，學(xué)校機(jī)房不能去舊換新。在不能淘汰現(xiàn)有計(jì)算機(jī)的情況下，又需要解決機(jī)器老舊等問題，使用云桌面成為現(xiàn)有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室改革的趨勢(shì)。云桌面系統(tǒng)主要是通過虛擬桌面服務(wù)器來(lái)降低實(shí)驗(yàn)對(duì)舊PC的基本要求，把以前大部分放在本地主機(jī)的資源放在了服務(wù)器。

使用云桌面的優(yōu)勢(shì)：支持對(duì)舊PC的安全改造，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高舊PC對(duì)各種軟件運(yùn)行的快速響應(yīng)，大大解決實(shí)驗(yàn)室pc老舊、硬件配置性能低下等問題。

（一）云桌面方案選擇

目前針對(duì)我校實(shí)驗(yàn)室主要有兩種云桌面方案（兩家廠商提供）可供選擇，主要簡(jiǎn)述第二種（后文以第二種方案為例進(jìn)行分析）。

方案一：服務(wù)器——終端機(jī)定制版。該方案可以針對(duì)一些特殊課程做成定制版（如硬件實(shí)驗(yàn)課程，可以適配特定實(shí)驗(yàn)板）。該模式下把一些較大的資源放在服務(wù)器上，常用資源放在本地。使用方式：進(jìn)入PC機(jī)系統(tǒng)后，可以使用賬號(hào)登錄云桌面系統(tǒng)，用戶可以在云桌面系統(tǒng)和本機(jī)系統(tǒng)之間隨意切換。使用云桌面系統(tǒng)經(jīng)過特殊配置可以做一些特殊實(shí)驗(yàn)（本地機(jī)系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)）。缺陷：每臺(tái)本地機(jī)都需要配置，需要特定人員進(jìn)行維護(hù)，故障后維護(hù)麻煩。同時(shí)多人從服務(wù)器下載資源時(shí)，對(duì)寬帶需求較高（現(xiàn)有設(shè)備無(wú)法滿足）。

方案二：虛擬桌面服務(wù)器——虛機(jī)——存儲(chǔ)服務(wù)器。該方案對(duì)大部分課程是通用適配型。該方案是在服務(wù)器建立一個(gè)母版，然后克隆該母版，形成虛機(jī)連接池，本地終端通過連接虛機(jī)池，隨即從池中獲得虛機(jī)（一對(duì)一隨機(jī)對(duì)應(yīng)本地PC）。本地終端只安裝商家定制的操作系統(tǒng)（用于獲取虛擬桌面服務(wù)器連接池中的虛機(jī)），不再安裝其他任何軟件（軟件全部裝在服務(wù)器）。該系統(tǒng)根據(jù)不同的規(guī)則可以建立不同的母版（對(duì)應(yīng)不同類型的課程），學(xué)生在本地終端上選擇對(duì)應(yīng)的課程，獲取對(duì)應(yīng)的虛機(jī)。一個(gè)母版對(duì)應(yīng)的虛機(jī)數(shù)量在30～150臺(tái)，可滿足我實(shí)驗(yàn)室大部分的上機(jī)人數(shù)需求。服務(wù)器處理和存儲(chǔ)是分離的（對(duì)應(yīng)2臺(tái)服務(wù)器），大大提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度和讀取速度。為防止服務(wù)器的突發(fā)故障導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，甚至實(shí)驗(yàn)課不能正常進(jìn)行，虛擬桌面服務(wù)器和存儲(chǔ)服務(wù)器都有對(duì)應(yīng)的備份服務(wù)器。該系統(tǒng)運(yùn)行過程中不占用本地PC資源，全部在服務(wù)器端運(yùn)行（類似于現(xiàn)在的本地PC通過遠(yuǎn)程桌面對(duì)另一臺(tái)電腦進(jìn)行操作，運(yùn)行效率基本與本地終端機(jī)無(wú)關(guān)）。該系統(tǒng)會(huì)在服務(wù)器建立虛盤，供用戶存放數(shù)據(jù)。虛盤分為臨時(shí)隨機(jī)虛盤和專用虛盤。臨時(shí)隨機(jī)虛盤是隨著虛機(jī)的生成而在存儲(chǔ)服務(wù)器上隨機(jī)生成的容量可提前設(shè)置的存儲(chǔ)空間，會(huì)隨著虛機(jī)的關(guān)閉而被清空；專用虛盤放的數(shù)據(jù)不會(huì)被清空（多用于教師用戶和管理員）。

（二）案二的性能評(píng)估

方案二在實(shí)驗(yàn)室大規(guī)模使用需要服務(wù)器有足夠大帶寬的支持，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室服務(wù)器百兆帶寬無(wú)法滿足其傳輸需求，以下性能的評(píng)估是在千兆服務(wù)器下進(jìn)行的。

本地終端機(jī)開機(jī)時(shí)間極大縮短：在實(shí)驗(yàn)室三種不同批次電腦上做測(cè)試，最快27s，最慢40s（比未使用該系統(tǒng)開機(jī)時(shí)間縮短4～6成）。

系統(tǒng)安全性高：該系統(tǒng)無(wú)須通過禁用用戶操作終端的usb端口或網(wǎng)絡(luò)方式，就可以實(shí)現(xiàn)基于人員身份的數(shù)據(jù)復(fù)制行為安全控制，如允許所有人可以將外部環(huán)境的文件復(fù)制到內(nèi)部應(yīng)用系統(tǒng)，但是禁止他們或其中某些用戶從系統(tǒng)內(nèi)部向外非法復(fù)制文件，從而保證內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全；基于密碼技術(shù)的系統(tǒng)通過“白名單機(jī)制”控制應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)部軟件的安裝和運(yùn)行，可以保證系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境安全，有效防范各種已知和未知計(jì)算機(jī)病毒和木馬，并且避免了傳統(tǒng)防病毒機(jī)制對(duì)系統(tǒng)資源的占用及對(duì)系統(tǒng)性能的影響；此外系統(tǒng)通過安全網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)虛擬桌面和外部環(huán)境的安全隔離，防止用戶未經(jīng)許可連接虛擬桌面系統(tǒng)，保護(hù)虛擬桌面系統(tǒng)資源不被非法濫用，且避免來(lái)自外部的攻擊。

該云桌面加強(qiáng)過程控制和追蹤能力來(lái)保障第三方運(yùn)維安全。云桌面系統(tǒng)主要通過以下四點(diǎn)確保了運(yùn)維環(huán)境的安全。

1.保護(hù)運(yùn)維環(huán)境安全，防止數(shù)據(jù)泄密。首先，基于安全虛擬桌面技術(shù)設(shè)置專門的運(yùn)維區(qū)，并把運(yùn)維客戶端都集中到虛擬桌面系統(tǒng)中，所有運(yùn)維客戶端軟件都安裝和運(yùn)行在虛擬桌面中。運(yùn)維人員通過遠(yuǎn)程終端登錄到虛擬桌面，對(duì)內(nèi)部系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)維和管理工作，運(yùn)維過程中的數(shù)據(jù)不會(huì)在遠(yuǎn)程終端留存。其次，該云桌面網(wǎng)關(guān)對(duì)運(yùn)維區(qū)域和遠(yuǎn)程終端之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，防止內(nèi)部數(shù)據(jù)丟失。再次，為保障網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中的安全，云桌面網(wǎng)關(guān)和遠(yuǎn)程終端之間采用安全的數(shù)據(jù)加密傳輸機(jī)制。

2.規(guī)范運(yùn)維方式，保障運(yùn)維環(huán)境安全。云桌面系統(tǒng)在運(yùn)維客戶端所在的虛擬桌面中部署“白名單”機(jī)制，能夠?qū)\(yùn)維人員所使用的運(yùn)維工具進(jìn)行規(guī)定，保障運(yùn)維環(huán)境安全?！鞍酌麊巍睓C(jī)制基于密碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)，高效安全。此外，“白名單”機(jī)制還可以阻止各種已知和未知病毒木馬在運(yùn)維區(qū)中被激活和傳播，能夠保護(hù)運(yùn)維區(qū)域的運(yùn)行安全。

3.實(shí)時(shí)監(jiān)視運(yùn)維過程，對(duì)運(yùn)維操作進(jìn)行安全規(guī)范。該系統(tǒng)支持對(duì)運(yùn)維過程的旁路監(jiān)視，即運(yùn)維管理人員可以選擇對(duì)運(yùn)維操作的過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，保證運(yùn)維操作流程的正確性和規(guī)范性。

4.自動(dòng)記錄運(yùn)維過程，對(duì)安全事件進(jìn)行快速追蹤。該系統(tǒng)基于運(yùn)維操作事件對(duì)運(yùn)維過程進(jìn)行自動(dòng)錄屏，并為用戶提供基于事件的快速視頻片段檢索機(jī)制，幫助用戶對(duì)運(yùn)維操作過程進(jìn)行快速定位和追蹤。

日常運(yùn)維工作相較于傳統(tǒng)運(yùn)維被大大簡(jiǎn)化：學(xué)生操作終端免維護(hù)。終端系統(tǒng)經(jīng)過定制后沒有為學(xué)生提供可以“作”的界面和接口，因此不會(huì)感染病毒和木馬，管理人員無(wú)須對(duì)其進(jìn)行維護(hù)。虛擬桌面免維護(hù)，每個(gè)虛擬桌面在學(xué)生用完退出后，無(wú)須管理人員干預(yù)，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)到初始母本狀態(tài)。此外，“白名單”機(jī)制保證了系統(tǒng)不會(huì)感染任何已知和未知病毒木馬，因此無(wú)須管理人員升級(jí)殺毒軟件。教學(xué)軟件鏡像的更新和升級(jí)單機(jī)化。系統(tǒng)支持虛擬桌面的鏡像克隆機(jī)制，當(dāng)需要更新或升級(jí)實(shí)驗(yàn)相關(guān)軟件環(huán)境及數(shù)據(jù)時(shí)，管理人員只需像單機(jī)安裝、升級(jí)軟件一樣對(duì)母本鏡像進(jìn)行維護(hù)，母本維護(hù)完成，不需要通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布或同傳，所有相關(guān)虛擬桌面同時(shí)和母本鏡像一樣完成更新和升級(jí)。

資源利用效率提高：測(cè)試產(chǎn)品系統(tǒng)的服務(wù)器集群部署模式，可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)容服務(wù)器數(shù)量，用戶數(shù)量也可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)容，并且不影響已建系統(tǒng)的正常運(yùn)行，隨著服務(wù)器數(shù)量和配置的提高，系統(tǒng)性能也會(huì)同步提高。集群管理軟件、云桌面服務(wù)程序、分布式網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)所消耗的系統(tǒng)資源，對(duì)單臺(tái)服務(wù)器來(lái)說(shuō)基本是穩(wěn)定的，不會(huì)因?yàn)橛脩魯?shù)量的增加而明顯增長(zhǎng)。因此，整個(gè)系統(tǒng)需要的計(jì)算資源與需要支持的虛擬機(jī)配置及數(shù)量呈線性增長(zhǎng)關(guān)系。如果操作系統(tǒng)或應(yīng)用升級(jí)換代，只需增加新的虛擬桌面服務(wù)器，或者減少現(xiàn)有虛擬桌面服務(wù)器中虛擬桌面數(shù)量或設(shè)置，把多出的硬件資源增加到剩下的虛擬桌面中，因此實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的資源動(dòng)態(tài)分配和動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，提高資源利用效率。

四、總結(jié)

更換現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室老舊服務(wù)器，提高帶寬后，在實(shí)驗(yàn)室部署云桌面系統(tǒng)可解決目前終端機(jī)機(jī)器老舊及更新?lián)Q代困難等問題，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)室基建經(jīng)費(fèi)，延長(zhǎng)了終端機(jī)使用壽命。此外，云桌面系統(tǒng)大大提高了實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)維工作效率。因此，在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室部署云桌面系統(tǒng)是可行的。

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