朱鳳文

近年來，在國(guó)家政策的引領(lǐng)和信息技術(shù)的推動(dòng)下，我國(guó)高職院校信息化建設(shè)突飛猛進(jìn)，眾多院校已經(jīng)步入智慧校園建設(shè)進(jìn)程，但作為重要教學(xué)資源的公共機(jī)房建設(shè)卻沒有多大改變，多數(shù)高職院校公共機(jī)房仍然采用傳統(tǒng)的PC機(jī)。隨著軟件的快速更新，迫使PC機(jī)的硬件加速更新，機(jī)房建設(shè)周期縮短、維護(hù)量大等問題一直困擾機(jī)房管理人員。自2011年起國(guó)內(nèi)開始研究利用云計(jì)算虛擬技術(shù)解決高校機(jī)房建設(shè)與管理難題，至2015年已經(jīng)有很多虛擬云桌面應(yīng)用的成功案例。我校于2016年底采用VDI模式虛擬云桌面完成4個(gè)公共機(jī)房200個(gè)信息點(diǎn)的改造，迄今應(yīng)用實(shí)踐3年，在設(shè)計(jì)、建設(shè)及運(yùn)維等方面積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

一、虛擬云桌面技術(shù)

（一） 什么是虛擬云桌面

虛擬云桌面是在云計(jì)算技術(shù)的基礎(chǔ)上衍生出的一種虛擬化技術(shù)，是指通過技術(shù)手段將服務(wù)器虛擬為多臺(tái)邏輯計(jì)算機(jī)（定義為虛擬機(jī)）。每個(gè)虛擬機(jī)并行運(yùn)行而相互不影響。利用云終端設(shè)備（也稱瘦客戶機(jī)）通過網(wǎng)絡(luò)登錄遠(yuǎn)端服務(wù)器虛擬機(jī)，所有數(shù)據(jù)計(jì)算和存儲(chǔ)集中在遠(yuǎn)端服務(wù)器中進(jìn)行，云終端僅僅顯示桌面圖像以及負(fù)責(zé)鍵盤、鼠標(biāo)等外設(shè)輸入輸出操作。相對(duì)于傳統(tǒng)PC機(jī)，虛擬云桌面的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)用軟件的方法對(duì)服務(wù)器資源重新定義劃分，實(shí)現(xiàn)IT資源的集中管理、動(dòng)態(tài)分配、靈活調(diào)度、跨域共享，提高IT資源利用率。

（二）虛擬云桌面三種架構(gòu)

在實(shí)際應(yīng)用中，虛擬云桌面有VDI、IDV、VOI三種架構(gòu)。VDI（Virtual Desktop Infrastructure，虛擬桌面架構(gòu)）應(yīng)用特征是“集中管理，集中運(yùn)算”。將服務(wù)器虛擬成多個(gè)不同的虛擬機(jī)，計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)都集中在了服務(wù)器端，云終端通過傳輸協(xié)議連接虛擬機(jī)，負(fù)責(zé)輸入操作、輸出界面。VDI的主要優(yōu)點(diǎn)是對(duì)云終端設(shè)備要求簡(jiǎn)單，支持桌面漫游。缺點(diǎn)是對(duì)服務(wù)器規(guī)模和性能要求高，對(duì)網(wǎng)絡(luò)依賴性強(qiáng)、帶寬要求高，這種模式適用于對(duì)計(jì)算性能要求不高的場(chǎng)合，如流程化的辦公、教育等。IDV（Intelligent Desktop Virtualization，智能桌面虛擬化）采用集中存儲(chǔ)、分布運(yùn)算的構(gòu)架，在服務(wù)器端虛擬出多個(gè)不同的系統(tǒng)，云終端把虛擬機(jī)加載到本地運(yùn)行，數(shù)據(jù)再同步回服務(wù)器。IDV優(yōu)點(diǎn)是對(duì)網(wǎng)絡(luò)不過度依賴，無需大量的圖像傳輸，支持系統(tǒng)離線運(yùn)行，但對(duì)云終端配置要求高，不支持桌面漫游，適用于統(tǒng)一的高配置終端，網(wǎng)絡(luò)較差的場(chǎng)景；VOI（Virtual OS Infrastructure，虛擬系統(tǒng)架構(gòu)）基本應(yīng)用特征是“集中管理，本地運(yùn)行”，桌面操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件集成部署在服務(wù)器端，以數(shù)據(jù)流的方式將操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件按需傳送到云終端執(zhí)行運(yùn)算。VOI的主要優(yōu)點(diǎn)是服務(wù)器的承載客戶端的能力高，網(wǎng)絡(luò)帶寬占用較少。缺點(diǎn)是對(duì)云終端性能要求高。VOI非常適合于計(jì)算性能要求高的圖形、多媒體處理的工作場(chǎng)合。

二、虛擬云桌面建設(shè)方案

（一）學(xué)校公共機(jī)房現(xiàn)狀分析

我校公共機(jī)房硬件配置現(xiàn)狀：在2016年，我校共有學(xué)生公共機(jī)房十個(gè)，PC機(jī)500臺(tái)，6個(gè)機(jī)房350臺(tái)購(gòu)于2009年以后，基本滿足教學(xué)要求，余下4個(gè)機(jī)房200臺(tái)PC機(jī)購(gòu)于2006年以前，硬件最高配置為CPU單核2.93G、內(nèi)存1G、硬盤82G、系統(tǒng)是WINDOW XP，基本不能用于教學(xué)。教學(xué)需求：在校生7000人，150教學(xué)班。課程需要window7、Java、C、android、VISIO、AutoCAD、office2010、proteus、matlab、 Photoshop等軟件環(huán)境，機(jī)房工位數(shù)量和電腦硬件配置無法滿足教學(xué)。機(jī)房維護(hù)情況：機(jī)房計(jì)算機(jī)最近為2012年購(gòu)置，大多數(shù)都已經(jīng)出現(xiàn)元件老化，加之灰塵、電源接地不良等因素，上課期間頻繁出現(xiàn)藍(lán)屏、死機(jī)，硬件損壞常有之事，一名實(shí)驗(yàn)員維以承擔(dān)繁雜維護(hù)工作。

（二）機(jī)房建設(shè)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)學(xué)校現(xiàn)實(shí)條件，綜合考慮實(shí)際需求、建設(shè)成本、使用周期、維護(hù)管理等因素，經(jīng)過調(diào)研論證，確定了采用基于VDI架構(gòu)的虛擬云桌面改造4個(gè)公共機(jī)房200點(diǎn)的建設(shè)方案。具體方案是在致遠(yuǎn)樓一樓“ICT行業(yè)創(chuàng)新基地”搭建云計(jì)算數(shù)據(jù)中心，采購(gòu)9臺(tái)刀片服務(wù)器和一套磁盤陣列，其中2個(gè)服務(wù)器作管理服務(wù)器，雙機(jī)主備工作；7臺(tái)服務(wù)器構(gòu)成集群環(huán)境，利用KVM技術(shù)虛擬出200個(gè)虛擬計(jì)算機(jī)，每個(gè)虛擬機(jī)為當(dāng)時(shí)主流配置（vCPU 2.6Ghz、vRAM 4G、vMEM 100G，服務(wù)器與存儲(chǔ)磁陣通過萬兆核心交換機(jī)以IPSAN方式連接；四個(gè)公共機(jī)房設(shè)在歷行樓五樓，每個(gè)機(jī)房50臺(tái)云終端構(gòu)成千兆局域網(wǎng)環(huán)境，云終端運(yùn)行 VDI授權(quán)客戶端軟件；歷行樓設(shè)一臺(tái)千兆匯聚交換機(jī)與致遠(yuǎn)核心交換機(jī)雙光纖連接，四個(gè)機(jī)房與匯聚交換機(jī)千兆連接，云終端與虛擬機(jī)采用基于SPICE開源協(xié)議。在數(shù)據(jù)中心配置一臺(tái)高性能路由器。與核心交換機(jī)相連，通過校園網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1，設(shè)備配置如表1。

三、虛擬云桌面的優(yōu)勢(shì)與不足

我校虛擬云桌面公共機(jī)房自2016年底交付使用，滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)3年，與傳統(tǒng)PC機(jī)房比較在眾多方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。

建設(shè)成本低。虛擬云桌面機(jī)房建設(shè)成本有兩部分組成，即服務(wù)器端和云終端，云終端包括瘦客戶機(jī)、顯示器、鍵盤鼠標(biāo)。云終端一般為主流PC機(jī)價(jià)格一半，服務(wù)器端可根據(jù)虛擬機(jī)要求進(jìn)行配置，按工位計(jì)算總成本稍低于PC機(jī)房，但隨著工位數(shù)增加，虛擬桌面機(jī)房成本成下降趨勢(shì)。

運(yùn)行功耗低。虛擬云桌面機(jī)房的運(yùn)營(yíng)功耗遠(yuǎn)低于PC機(jī)房，單臺(tái)云終端的功耗小于10W，一臺(tái)服務(wù)器虛擬25臺(tái)PC機(jī)功耗750W，單個(gè)虛擬機(jī)均耗50W，單工位均耗60W左右，而同配置PC機(jī)均耗為200W，因些一單工位省電140W。每學(xué)年按40周1120課時(shí)計(jì)算，一個(gè)工位可省電117.6度電。一個(gè)機(jī)房50工位可以省電5880度。

硬件利用率高。傳統(tǒng)PC機(jī)配置固定，不能針對(duì)軟件動(dòng)態(tài)調(diào)整，硬件資源不能得到充分利用。而虛擬機(jī)可以根據(jù)用戶需求對(duì)資源合理分配，實(shí)現(xiàn)資源的彈性管理，服務(wù)器資源得到充分利用，如可為AutoCAD、PS等課程規(guī)劃高配虛擬機(jī)。

擴(kuò)展性好。不斷更新的軟件，加速硬件升級(jí)換代，傳統(tǒng)PC機(jī)擴(kuò)展性差，勢(shì)必縮短了PC機(jī)使用周期。虛擬云桌面隨時(shí)可通過增加服務(wù)器、內(nèi)存數(shù)量及存諸容量提升虛擬機(jī)的配置，滿足軟件的要求，如2019年我校對(duì)服務(wù)器內(nèi)存和存儲(chǔ)資源進(jìn)行了升級(jí)。

維護(hù)性好。虛擬機(jī)運(yùn)行于服務(wù)器上，通過管理服務(wù)器可集中管理所有虛擬機(jī)，包括虛擬機(jī)配置、系統(tǒng)升級(jí)、漏洞修復(fù)、軟件部署以及遠(yuǎn)程在線運(yùn)維，避免了單機(jī)操作，簡(jiǎn)單易行，維護(hù)效率高。

安全性好。因云終端與虛擬機(jī)采用分離結(jié)構(gòu)，將U盤病毒、木馬攻擊等威脅隔離在云終端，不會(huì)感染虛機(jī)，大大增加了機(jī)房可靠性和數(shù)據(jù)安全性。

開放性好。若服務(wù)器接入校園網(wǎng)，多種終端經(jīng)授權(quán)可在校園網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)通過有線或無線方式接入虛擬機(jī)，在網(wǎng)絡(luò)安全的前提下，服務(wù)器接入廣域網(wǎng)，授權(quán)用戶通過互聯(lián)網(wǎng)接入虛擬機(jī)。實(shí)現(xiàn)虛擬桌面漫游，傳統(tǒng)PC機(jī)無法比擬。

基于VDI架構(gòu)的虛擬云桌面在應(yīng)用中也存在不足，一是可靠性低于傳統(tǒng)PC機(jī)機(jī)房，對(duì)網(wǎng)絡(luò)依賴程度高，一旦網(wǎng)絡(luò)故障影響面積大，甚至全部癱瘓。二是單機(jī)性能不高，特別是對(duì)計(jì)算性能、圖形處理、流媒體應(yīng)用要求高的應(yīng)用不適用，如運(yùn)行BIM相關(guān)軟件。

四、虛擬云桌面機(jī)房運(yùn)維問題

我校虛擬云桌面公共機(jī)房運(yùn)行3年，建設(shè)初期也曾出現(xiàn)了一些問題，隨著管理員對(duì)設(shè)備的深入了解，經(jīng)過不斷調(diào)整優(yōu)化后，能保障穩(wěn)定地提供教學(xué)服務(wù)。常見問題大多是參數(shù)錯(cuò)誤，都能通過參數(shù)調(diào)整或重啟得到恢復(fù)，有少量的網(wǎng)絡(luò)沖突或硬件損壞，所有故障都能通過服務(wù)器日志進(jìn)行分析判斷，智能化程度高，處理時(shí)間快。虛擬云桌面支持遠(yuǎn)程協(xié)助，服務(wù)器通過安全方式接入互聯(lián)網(wǎng)，設(shè)備廠商或服務(wù)商可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線排除故障，符合現(xiàn)代信息技術(shù)的要求。

但有些問題可以通過合理地規(guī)劃方案減少的，限于早期的技術(shù)條件，加之學(xué)校場(chǎng)地限制，我校虛擬云桌面機(jī)房也存在一定缺陷。

服務(wù)器與機(jī)房相距較遠(yuǎn)。因網(wǎng)絡(luò)接續(xù)問題造成帶寬受限、登錄虛擬機(jī)時(shí)間長(zhǎng)、故障點(diǎn)多，可靠性差。

選用刀片服務(wù)器。刀片服務(wù)器的優(yōu)點(diǎn)是配線少，部署快、節(jié)省空間，但缺點(diǎn)掛載硬盤少，必須額外增加磁盤陣列來滿足虛擬存儲(chǔ)空間要求，磁盤陣列不僅降低了存取速度，還增加了故障點(diǎn)。此外刀片服務(wù)器不能擴(kuò)展顯卡，對(duì)處理圖像用戶達(dá)不到虛擬顯卡的要求。

云終端ROM存儲(chǔ)空間小。因軟件兼容問題，如紅蜘蛛、極域等機(jī)房管理軟件不能加載至虛擬機(jī)，只能安裝在瘦客戶機(jī)端，ROM造成存儲(chǔ)空間異常緊張。

五、虛擬云桌面應(yīng)用前景分析

虛擬云桌面概念已經(jīng)提出近10年，之所以不能普及應(yīng)用，主要原因是VDI、IDV、VOI三種架構(gòu)都存在明顯不足，任何一種都沒能徹底解決取代PC機(jī)所帶來的問題。但實(shí)際三種模式不是排斥的關(guān)系，隨著技術(shù)的演進(jìn)，三種模式的融合應(yīng)用，將為虛擬云桌面發(fā)展開拓出廣闊的空間，可以針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景、用戶需求多種模式靈活組合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)集中管理前提下的計(jì)算、存儲(chǔ)在云端和用戶端自由切換，即使高校中專業(yè)性強(qiáng)的虛擬仿真、3D繪圖、媒體處理等實(shí)訓(xùn)機(jī)房都能得到完美解決。另外，借助5G的商用，虛擬云桌面將有力推動(dòng)辦公模式變革，使人們徹底擺脫對(duì)桌面PC的依賴性，企業(yè)或高校在云端為每人分配一個(gè)虛擬機(jī)，云平臺(tái)的統(tǒng)一管理下，個(gè)人辦公應(yīng)用、數(shù)據(jù)信息加載于虛擬機(jī)，合理控制信息安全，用戶借助5G帶寬，利用各種智能終端隨時(shí)隨地快速接入云端，即以私有云方式實(shí)現(xiàn)移動(dòng)辦公。

六、結(jié)束語

我校三年應(yīng)用實(shí)踐證明，虛擬云桌面公共機(jī)房在建設(shè)和管理中有傳統(tǒng)PC機(jī)無法比擬的優(yōu)勢(shì)。雖然有不足之處，隨著技術(shù)的發(fā)展都會(huì)得到圓滿解決。面對(duì)日新月異的信息化技術(shù)，高職院校的各類機(jī)房建設(shè)應(yīng)充分結(jié)合虛擬云桌面技術(shù)進(jìn)行科學(xué)統(tǒng)籌規(guī)劃，發(fā)揮云計(jì)算技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，借鑒現(xiàn)已取得實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)職業(yè)院校多媒體教室、教師辦公、電子閱覽室等應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行部署，完善智慧校園建設(shè)的整體布局，推動(dòng)職業(yè)院校教育信息化進(jìn)度，早日實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代目標(biāo)。

作者單位：遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院