李亞萍 李亞鵬

[摘? ? 要] 高校圖書館是高校信息化應(yīng)用的重要部門，其中電子資源閱覽室又是擁有計算機辦公終端最多的場所之一。傳統(tǒng)計算機體積龐大、硬件故障率高、莫名其妙的系統(tǒng)崩潰、病毒的肆意侵犯、快速的更新?lián)Q代常使系統(tǒng)管理人員頭痛不已。為了解決以上問題，將桌面虛擬化技術(shù)引入圖書館業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)中很有必要。實踐證明，這種組網(wǎng)的方式是可行的。桌面虛擬化的應(yīng)用，提高了電子資源閱覽室的運行可靠性，提升了圖書館的管理和服務(wù)水平。

[關(guān)鍵詞] 網(wǎng)絡(luò);計算機;桌面虛擬化;PC終端;管理

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2020. 17. 074

[中圖分類號] G251? ? [文獻標(biāo)識碼]? A? ? ? [文章編號]? 1673 - 0194（2020）17- 0171- 03

1? ? ? 引? ? 言

近年來桌面虛擬化技術(shù)蓬勃發(fā)展，桌面虛擬化是指將計算機的終端系統(tǒng)（也稱作桌面）進行虛擬化，以達到桌面使用的安全性和靈活性，其基本架構(gòu)是 VDI（Virtual Desktop Infrastructure），即虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu)，每個用戶的桌面系統(tǒng)運行在服務(wù)器端，利用服務(wù)器的 CPU、內(nèi)存、存儲等，而終端本身只是作為連接桌面顯示及操作的界面，稱之為“集中計算”。

目前高校大多數(shù)部門使用的IT教學(xué)、辦公環(huán)境都是由服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、用戶終端、普通辦公軟件、行業(yè)專用軟件等組成，高校圖書館也不例外，PC終端提高交換機與服務(wù)器通信的架構(gòu)方式來實現(xiàn)信息化方面的各種應(yīng)用。桌面虛擬化技術(shù)可以為館員們提供一種高效、安全、低成本的網(wǎng)絡(luò)計算解決方案。能夠?qū)崿F(xiàn)對館員桌面的集中管理，有助于達到更高的安全性、控制能力并節(jié)省管理維護成本。同時，桌面虛擬化帶來的靈活性、可選擇性和自助服務(wù)也是最終用戶最想要的結(jié)果。

2? ? ? 技術(shù)方案

2.1? ?設(shè)計原則

根據(jù)我館提出的圖書館應(yīng)該走高質(zhì)量轉(zhuǎn)型發(fā)展的工作思路，本次我們所建設(shè)的以虛擬桌面技術(shù)為特征的計算機網(wǎng)絡(luò)，必須滿足未來智慧化圖書館發(fā)展的需要，對原有網(wǎng)絡(luò)及平臺進行改造。重新建立一套針對其內(nèi)部終端的管控體系，滿足50臺終端（主要是書庫）日常辦公和120臺終端用于數(shù)字資源閱覽需要的前提下，確保最終產(chǎn)生的數(shù)據(jù)能可控有效的進行集中性存儲，確保不被人為的帶走或泄漏出去，提升內(nèi)部信息化安全等級，提高信息部門的綜合管理效率。

通過實施桌面虛擬化，梳理現(xiàn)有應(yīng)用等，建立終端配置標(biāo)準(zhǔn)，形成終端硬件、系統(tǒng)及軟件的統(tǒng)一管控，提高運維管理效率;實現(xiàn)資源的按需分配以提高資源利用率;并保證業(yè)務(wù)的持續(xù)穩(wěn)定運行，達到提高辦公效率和教學(xué)效益的目的。

2.2? ?設(shè)計目標(biāo)

針對教育行業(yè)計算機應(yīng)用復(fù)雜多變的環(huán)境需求，采用全新的解決方案和基礎(chǔ)架構(gòu)理念，突出使用性好、可管理性高、靈活彈性的技術(shù)特點，為內(nèi)部辦公構(gòu)建一個高效、穩(wěn)定、安全、可靠、靈活、兼容性強的計算機網(wǎng)絡(luò);提升現(xiàn)有PC的使用效率，實現(xiàn)IT管理部門對分散PC機的集中式管理，以及客戶應(yīng)用與底層硬件基礎(chǔ)設(shè)施剝離所帶來的高度靈活性。解決因為PC分散且個性化太多而導(dǎo)致的管理乏力、安全性不高、穩(wěn)定性差、軟硬件故障頻發(fā)，信息管理者疲于奔命的現(xiàn)象。站在管理優(yōu)化的角度，要能夠賦予IT管理者戰(zhàn)略性的基礎(chǔ)架構(gòu)、中央管理能力和安全控制能力。而在用戶層面，使用習(xí)慣無需改變、PC應(yīng)用的無縫兼容、個性化桌面應(yīng)用的靈活調(diào)用。

需要強調(diào)的是虛擬機的性能要能滿足理工類高校師生既有3D應(yīng)用（CAD、動漫、畫面渲染）又有工科的仿真模擬及大規(guī)?？茖W(xué)計算需要。軟件資源方面，安裝了CAD， 3D制作軟件，Photoshop，非線性編輯，MATLAB計算與仿真等大型應(yīng)用軟件。

2.3? ?硬件方案選擇

當(dāng)下虛擬化桌面市場上，大部分廠商選用VDI（Virtual Desktop Infrastructure）架構(gòu)，少部分廠商選用IDV（Intelligent Desktop Virtualization）架構(gòu)，還有甚至通過一個系統(tǒng)實現(xiàn)了VDI、VOI（Virtual OS Infrastructure）和IDV三種架構(gòu)，但這些廠商多數(shù)僅停留在功能實現(xiàn)的技術(shù)層面上。目前，真正能做到VDI和IDV技術(shù)融合、滿足用戶理想需求的廠商并不多見。

經(jīng)過前期廣泛的市場調(diào)查和實際案例分析及比較，我們選擇了IDV架構(gòu)的桌面虛擬化系統(tǒng)，如圖1所示。其理由是：本次實施項目的建設(shè)經(jīng)費有限，傳統(tǒng)IDV桌面虛擬化的弱勢之處企圖通過硬參數(shù)匹配、軟件參數(shù)優(yōu)化得到解決。以最優(yōu)的性價比實現(xiàn)VDI架構(gòu)的功能。根據(jù)我館的實際需求，本次實施的終端數(shù)為170個，其中120個終端用于電子閱覽室，50個終端用于全館書庫傳統(tǒng)辦公，后續(xù)可以通過改造的方式將傳統(tǒng)PC接入到云中統(tǒng)一管理。

因此，本次方案采用3臺服務(wù)器構(gòu)成云主機，單臺云主機提供支撐60個云終端并行運行的能力，并支持2個用戶的彈性計算和顯示虛擬化，3臺云主機構(gòu)建集群，實現(xiàn)分布式高可用架構(gòu)，徹底消除單點故障。組建集群后可支持180個終端接入能力和6個彈性用戶和服務(wù)器顯卡虛擬化能力。交換機選用7臺銳捷5310系列產(chǎn)品;服務(wù)器選用3臺華三。

在終端方面，采用微云H23-8128（i3，8G內(nèi)存，核顯），云主機通過10GE主干網(wǎng)接入，軟硬件一體化方式模塊化部署網(wǎng)絡(luò)鏈路冗余與負載均衡，服務(wù)器所有網(wǎng)口自動支持BST（bonding、switching、trunking）模式，可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)鏈路冗余與負載均衡，系統(tǒng)支持VLAN劃分功能，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)隔離。

3? ? ? 系統(tǒng)調(diào)試及遇到的問題

網(wǎng)絡(luò)搭建完成后，在調(diào)試過程中遇到了令人頭痛且非常罕見的一系列問題：一是運行速度太慢，慢到無法忍受的地步。二是開機時間長，單機開機時間在20分鐘以上，打開全部終端需耗時二小時以上。三是網(wǎng)絡(luò)中部分終端出現(xiàn)無規(guī)律卡頓現(xiàn)象。四是少部分終端出現(xiàn)嚴(yán)重數(shù)據(jù)丟包現(xiàn)象。面對如此繁多的網(wǎng)絡(luò)故障現(xiàn)象，我們冷靜思考，認真分析，科學(xué)判斷。按照實際工程中，由簡到繁排除故障的基本原則，利用網(wǎng)絡(luò)測試儀器，根據(jù)現(xiàn)象，找到出現(xiàn)問題的緣由，經(jīng)由多位具有網(wǎng)絡(luò)實戰(zhàn)經(jīng)驗的專家制定了幾套測試方案。然后按照事先制定的測試方案逐一進行測試，以期排除所有故障。

4? ? ? 問題的解決

首先排除硬件本身以及鏈路連接故障，采用FLUKE網(wǎng)絡(luò)測試儀對機房新部署的數(shù)據(jù)點根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范逐一進行測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了4根預(yù)埋的數(shù)據(jù)鏈路部分參數(shù)不合格，其余線纜均通過了測試，當(dāng)即放棄了這4根數(shù)據(jù)線啟用了備份布線，自此鏈路全部暢通，得出了網(wǎng)絡(luò)故障并非綜合布線所致的結(jié)論。接著采用“倒追法”往前端進行測試和排除故障。先對交換機的配置文件進行仔細審查，沒有發(fā)現(xiàn)錯誤和問題。接著又檢查了交換機的上聯(lián)端口，同時，對所有的接口模塊進行重新拔插，逐一排除配置錯誤和帶病模塊，經(jīng)過反復(fù)試驗，沒有發(fā)現(xiàn)模塊存在故障。再接著檢查服務(wù)器是否存在故障，經(jīng)過幾輪來回折騰，沒找到有價值的結(jié)論。無奈之下，采用筆記本與其直連，顯示服務(wù)器不存在任何問題。最后一步，決定采用抓包分析。剛開始抓取少量數(shù)據(jù)包時，同樣看不到有價值的結(jié)果。后來決定連續(xù)24小時抓包，尤其關(guān)注嚴(yán)重卡頓和大量丟包時數(shù)據(jù)。然后將采集的大數(shù)據(jù)導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)仿真軟件NS-2，仿真結(jié)果提示：網(wǎng)絡(luò)終端配置較低，服務(wù)器和交換機軟件之間配合存在兼容性問題。找到了問題的癥結(jié)所在就好辦了。接下來我們做了如下嘗試。

4.1? ?優(yōu)化CPU指令集

X86多媒體增強指令集實現(xiàn)了單道指令多道數(shù)據(jù)流（SIMD，single-instruction， multiple-data）的執(zhí)行模式，從MMX發(fā)展至SSE，SSE2，SSE3，SSE4.1，SSE4.2，AVX，AVX2，而一般軟件為了兼容性，往往并沒有使用最新的指令。只有使用了如AVX指令集這樣軟件，CPU潛能才得到了有效的發(fā)揮，才釋放出實實在在的性能。

根據(jù)指令集，從低到高分別為X64， AVX， AVX2， AVX512四大類，安裝系統(tǒng)時檢測到CPU能夠支持比X64更高的指令集，因此及時將華三服務(wù)器安裝相應(yīng)指令集優(yōu)化后的最新版本。根據(jù)新安裝的CPU的指令集選擇了匹配指令的二進制代碼，這時服務(wù)器CPU指令集的優(yōu)勢得到發(fā)揮，最大限度地利用CPU。此時，網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)得到了大幅提升，但運行3D軟件畫面偶爾不流暢。

4.2? ?網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化（如圖2所示）

虛擬機均通過虛擬交換機與外部網(wǎng)絡(luò)通信，所以，只有正確配置虛擬交換機與物理交換機后，虛擬機與服務(wù)器才能正常通信。

缺省情況下，服務(wù)器虛擬交換機與外部連接的接口（服務(wù)器網(wǎng)卡）被配置成BST（bonding、switching、trunking）模式，所以，物理交換機同樣設(shè)置成802.1q trunk和802.3ad 端口聚合即可，當(dāng)然802.1d生成樹協(xié)議是必須的。在高可用的要求下，需要配置兩臺獨立的外部交換機，由服務(wù)器雙鏈路連接，實現(xiàn)無單點故障的網(wǎng)絡(luò)高可用。

4.3? ?適當(dāng)提高配置

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件NS-2得到的分析結(jié)果，建議提高終端盒的配置。顯然，只有增加終端盒內(nèi)存，效果最為直接。我們嘗試將終端盒內(nèi)存從4G增加到8G。同時，將服務(wù)器與交換機之間的通信接口由千兆電口升級為萬兆光口。實施了以上幾項措施以后，再次對網(wǎng)絡(luò)性能進行測試，各項性能指標(biāo)良好。至此，前面網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出來的4個故障現(xiàn)象全部消失，問題得到全面解決。網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計目標(biāo)。經(jīng)過近4個月的試運行考驗，既沒有出現(xiàn)新的故障現(xiàn)象也沒有重復(fù)原有故障現(xiàn)象，運行狀態(tài)一直正常。使用者對上網(wǎng)的體驗感非常滿意。經(jīng)簡單測試，單機開機時間在8秒左右;運行3D或大型游戲軟件，畫面非常流暢;運行MATLAB等大型科學(xué)計算及仿真軟件，不存在任何卡頓現(xiàn)象。使用數(shù)據(jù)庫或搜索功能時，系統(tǒng)反應(yīng)快捷，其性能指標(biāo)完全滿足需求。單一條件查詢，得到結(jié)果的反應(yīng)時間為“秒殺”;組合條件查詢，得到結(jié)果的反應(yīng)時間小于3秒。整體網(wǎng)絡(luò)性能良好。

誠然，網(wǎng)絡(luò)整體性能的好壞，取決于構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的各個器件的單個性能，一旦將各個部分集成起來，就更需要一種性能優(yōu)異的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)來管控。傳統(tǒng)的VDI虛擬化因為性價比不高、用戶體驗差、缺少硬件GPU加速、 3D應(yīng)用受限等等問題，制約了其廣泛應(yīng)用，微云公司經(jīng)過多年努力，設(shè)計的VOS（Virtualization Operation System）虛擬化操作系統(tǒng)，不僅完整實現(xiàn)在傳統(tǒng)的VDI集中計算方式下的虛擬桌面，還同時支持同一桌面進行“邊緣計算”（也稱分布計算），使用PCV（Personal Computer Virtualization）模式，讓同一虛擬機可以通過虛擬化管理策略靈活選擇集中計算或邊緣計算，這種混合計算具有虛擬化的全部特性，提供更高性價比和靈活性，同時，無論是集中計算還是邊緣計算，VOS都全面支持GPU的硬件加速，使得虛擬機能運行任何3D大型軟件。

5? ? ? 結(jié)? ? 論

隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式越來越靈活，桌面虛擬化技術(shù)將會獲得更為廣泛的推廣應(yīng)用。云桌面虛擬化系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)電子閱覽室終端長期存在的問題。實現(xiàn)資源管理集中化，分散的運維向集中化運維轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)集中計算和分布計算融合，同時實現(xiàn)設(shè)備統(tǒng)一管控。通過選擇合適的產(chǎn)品，優(yōu)化配置和調(diào)整器件部分參數(shù)，以IDV的配置和價位基本實現(xiàn)了VDI的功能。新建的桌面虛擬化電子資源閱覽室，概括起來，具有如下幾個特點：綠色節(jié)能;維護成本很低，具有更高的安全性：更好的系統(tǒng)穩(wěn)定性：將服務(wù)器的穩(wěn)定可靠特性延伸到桌面，終端盒的壽命長、故障率低等，使桌面更穩(wěn)固可用，有效保證業(yè)務(wù)連續(xù)性。相信在不遠的將來桌面虛擬化將會在高校圖書館領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用。

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