桌面虚拟化在高校公共机房的研究与实践
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）15-0285-03
The Research And Practice of Desktop Virtualization for Public Computer Laboratory in Colleges and Universities
ZHUO Jing， ZHOU Yong-ping
（Computer Science and Technology，Nanjing University of Technology，Nanjing 211800，China）
Abstract： The number of public computer laboratory equipments in colleges and universities is large and with the high utilization rate.. With the diversifying courses of application practice， the demand of higher level of the equipmentsconfiguration is continuous， and the computer updating is more and more frequent， on the other hand， many problems in the existing management modes and softwares resources are being exposed. Desktop virtualization application of new management mode， is put forward according to actual teaching needs， it can be flexibly customized thus， a diversified resource allocation and method of computer application practice can be realized.
Key words： desktop virtualization； the public computer laboratory； mirror； Cloud computing
?S着实验教学体制的不断改革，设计性、综合性和研究性等高层次的实验项目越来越多，而高校公共机房作为实践教学的重要场所，在培养大学生的实践动手能力、开拓创新能力和提升大学生综合素质等方面起着举足轻重的作用。
本校公共机房主要承担全校学生的计算机基础课及部分专业课程的上机实验任务，同时承担各类考试及竞赛的任务。其设备数量多，使用率高，随着实验课程的多样化，配置要求的不断提高，规模数量的不断扩大，计算机更新换代频繁，而现有公共机房的实验管理模式以及软硬件资源暴露出诸多问题，已经无法很好地满足教学需求。
随着云计算技术应用的普及，桌面虚拟化将云计算进行了实例化应用，利用云终端来访问应用程序以及整个客户桌面，可以根据实际教学需要，进行个性化设定，灵活多变，在充分利用新旧机器的基础上，实现了上机方式多元化，资源配置多样化。
1 桌面虚拟化
桌面虚拟化（desktop virtualization）是一种基于服务器的计算模型，通过此模型将个人计算机桌面环境与物理设备分离，所产生的“被虚拟”的桌面不再存储于远程客户端的本地磁盘上，而是存储在远端中央服务器上[1]，是将所有桌面虚拟机在数据中心进行托管并进行统一管理，用户能够获得完整PC机的使用体验[2]。
桌面虚拟化一般包含以下核心要素：Virtualization Infrastructure（虚拟化基础架构）、虚拟桌面交付控制器、镜像管理、虚拟应用、个性化以及高效的远程访问协议。其基本原理是在数据中心的虚拟化平台上部署和运行用户所定制的操作系统和应用软件[3]，通过桌面传输协议将数据以视图的方式传送到客户端，同时服务器对用户端的输入进行处理，随时更新桌面视图内容，最基本的虚拟桌面系统架构如图1所示：
2本校公共机房管理现状
本校公共机房主要采用硬盘还原卡的形式，通过其来实现对操作系统和应用软件的保护，并可通过局域网进行系统和软件的同传，这种运行模式是长期和多数机房所采用的方式，能满足正常的教学需要，却存在诸多问题。
1）公共机房计算机数量多，硬件配置各不相同，维护管理压力大。
2）多样化教学，系统构建压力大。
本校公共机房除了正常进行教学以外，还承办各类无纸化考试（计算机等级考试，四六级口语考试，CAD竞赛等），使得机房的使用环境达数十种之多，部分环境可以相互叠加使用，可部分完全不能共存，系统的多样化只能靠人工进行网络同传，费时费力。
3）教学软件更新、软件激活频繁
教学过程中根据教学需求，增加教学软件，定期升级软件版本，管理员需重新部署，逐台升级，加上很多专业软件，如果批量安装，授权许可按终端计算，成本高，安装后，需逐台激活才能使用，由于软件授权需绑定终端硬件，管理员必须对终端逐一操作，耗时耗力[4]。
4）计算机硬件老化严重 本校公共机房面向全校师生开放，承担全校学生的公共基础课及部分专业课程，量大面广，开放时间长，工作负荷重，使得计算机硬件老化严重。
3 桌面虚拟化在公共机房的实施
在桌面虚拟化的应用领域，主要有Citrix公司的XenDesktop，VMware公司的VMwareView等国外产品，以及国内主流的华为公司的FusionAccess、Thin Puter公司的Thinputer OVD等[5]。本文在深入研究相关产品及解决方案的基础上，对虚拟化桌面产品进行了对比（见表1）。通过对比我们得出Ctrix、VMware等国外产品比较适用于办公场合，而PNS更适合机房的虚拟化建设，因此在实际实施过程中，我们采用了PNSQuickDesktop虚拟化产品对本校公共机房进行了改造升级。
3.1 公共机房虚拟化建设的网络架构
本校公共机房目前共有5个机房，每个机房单独的网络，网络架构相对简单，只需桌面百兆，上联千兆即可，所以只需要通过一台核心交换机把5个机房沟通起来，在核心交换机上通过划分VLAN进行5个机房的网络管理，网络架构如图2所示。采用此网络结构的优点在于，服务器数量少，所有的网络均由公共机房进行管理，容易协调，机房之间都是互通的。在实际实施中，交换机采用H3C-1050T，交换机之间采用千兆口的级联方式；核心交换机采用思科3650G；服务器采用PNS DS-7500（英特尔4核至强CPU，4GB内存，1TSATAII硬盘*4块，RAID0，双千兆网卡）；客户端均需支持PXE网络启动；网线均为正规品牌超5类线或者6类线。
3.2桌面虚拟化具体实施
本项目针对本校公共机房现有的五个机房进行了测试，选用的机器均为惠普和联想的品牌机，因采购年代不同配置也各不相同，首先进行Vlan的划分，在原有基础上进行调整，为每个机房划分不同的IP网段。然后配置服务器及制作种子计算机用于镜像上传，其具?w流程如图3。
我们针对实际实验教学环境中的需求，配置了三种运行环境（上课、上网、考试）如图4，其中上课可以对域用户进行管理，并且针对教师以及具体课程制作了多种镜像，上网设定了专用网关，考试环境有效解决了每台计算机考试初始配置文件不同的问题，全面提供了计算机等级考试的快捷环境。将这三种教学环境制定成不同的方案，通过方案排程在指定时间内任意切换，切换后客户机的IP地址、机器名、所支持的域随方案的不同而不同，满足了正常公共机房的教学需求。
3.3 桌面虚拟化应用到实践教学的优点
针对现有公共机房存在的问题，桌面虚拟化体现了独有的优势：
1）无须考虑硬件差异化，进行大规模统一部署电脑系统，能够提高部署效率，降低部署成本
2）集中进行软件安装和维护管理，极大地提高维护管理的便利性、快捷性，降低维护成本，提高服务保障能力
3）大幅度提高电脑的可靠性和安全性，抵御病毒攻击，并能快速恢复系统，保障系统正常进行，不影响教学的正常进行。
4）实现了集中管理和个性化教学需求的结合，满足了教学用机对个性化、定制环境的要求以及各类正版软件统一化合理共享使用的需求，达到了教学环境多样化、操作系统多样化。
5）有效延长机房计算机的寿命，使部分老机器能够充分利用，降低硬件采购成本。
通过一个学期的实际运行，桌面虚拟化系统初步达到了预想目标，整个系统运行基本稳定，跟传统模式比较，系统启动时间提升了50%，病毒发生率下降了70%，稳定性提升了30%，响应修复时间提升了70%，机器故障率下降了35%，充分验证了桌面虚拟化的可行性。
4结论
本文通过南京工业大学实验室研究课题，全面分析了本校公共机房的实验环境和需求现状，设计了公共机房的桌面虚拟化架构和方案，对现有实验环境的部署和管理进行了改造和创新，提高了管理效率，提升了公共机房在教学实践中的灵活性。
但在实际使用过程中，桌面虚拟化还存在以下问题：
1）采用集中管控的方式，对网络带宽及网络质量的要求比较高[6]。
2）由于目前公共机房的网络架构简单，当后期需要承载大量用户并发使用以及需要部署较为复杂的应用软件（如三维制图、动画渲染）时需重新考虑网络架构以及服务器的配置性能。
3）桌面虚拟化大大提高了管理效率，确对实验室人员的技术能力提出了更高的要求，实验室管理人员需具备更高的专业技能知识。
总之，随着虚拟化技术的不断成熟，网络稳定性的不断增强，以及网络带宽的不断拓展，桌面虚拟化将逐渐会取代现有的实验室管理模式，更好地提升公共机房的信息化水平。
