云计算环境下高校公共机房虚拟化桌面建设方案研究

崔茂应,高春林,杨 莉,李永强*

（云南中医学院,云南昆明,650500）

云计算环境下高校公共机房虚拟化桌面建设方案研究

崔茂应,高春林,杨 莉,李永强*

（云南中医学院,云南昆明,650500）

根据高等院校公共机房现状，分析了当前机房建设与管理存在的一系列问题。而教育信息化已进入应用转型的时期，高校公共机房改革已经迫在眉睫，站在管理员的角度，有针对性的提出了在云计算环境下公共机房使用桌面虚拟化应该必备那些功能，并说明了云计算环境下公共机房使用虚拟化带来的一系列好处，相比传统PC 有更多的优势，所以在教育行业虚拟化越来越受青睐。

云计算;虚拟化;云桌面

1 概述

1.1 背景

《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》以及《教育信息化十年发展规划（2011-2020年） 》中明确指出，教育管理信息化系统建设是支撑教育管理现代化、促进教育改革发展的基础性工程，并指出信息技术对教育发展具有革命性影响。

目前，教育信息化已进入应用转型的时期，正逐步由搭建校园网等基础设施平台向深化应用，以应用驱动现代教育的发展转型发展。如何利用新一代信息技术，实现教育信息化的快速发展是教育信息化建设面临的新挑战。

近年来，高校实验机房的计算机更换频率越来越高。一方面，高校中的各个科目都涉及到对计算机的应用，学校对计算机数量的需求大大增加；另一方面，基础实验室机房计算机使用密度及负荷非常大，机房每天除了要完成大量的常规计算机类教学，还要承担各种涉及到计算机应用的任务，为全校师生提供基础教学、考级考试、测评、培训等上机服务，学生学习和业余生活的重要场所也是机房。因此机房维护和管理非常复杂，主要体现在以下5个方面：1、计算机性能赶不上软件更新速度；2、教学系统部署、升级和维护困难；3、多系统环境需求；4、机房PC众多，维护管理困难；5、总体运维成本高。

针对上述问题，高校公共机房的改革已经迫在眉睫。随着云计算技术和应用的普及，同时带动桌面虚拟化的发展，相比传统PC而言桌面虚拟化有着低成本，高可靠性，低维护量，高安全性、灵活多变的特点，它在教育行业越来越受青睐。

1.2 建设意义

（1）建设云时代标准实验室机房

为使机房教育装备、实验教学、实验室管理上一个新台阶，更好的为教学实验服务，培养学生严谨的科学态度，有必要创建云时代标准计算机实验室。

（2）将数据中心、计算机实验室管理推向云管理模式

云计算在数字化校园中的主要目的是更好更有效的服务于广大师生，通过桌面虚拟化技术可以使校园客户端真正实现云化。

（3）打造绿色教学环境，建设更兼容，更容易扩展的机房系统环境

单一视图的集中化管理平台，绿色环保的终端设备，弹性资源分配，云管理方式，打造更容易整合与扩展的系统。

1.3 方案设计最终目标

（1）最终用户体验要和使用PC机一样

虚拟桌面能够提供的各种功能与目前用户使用的PC一样。

（2）可靠性

方案应该保证教学业务连续性，单点故障不能影响到整体架构，不会导致系统瘫痪。并且支持主动监控服务和报警机制、支持负载共享或故障切换机制，实现负荷无缝转移。

（3）可管理性

通过管理端实现对整个平台进行统一管理，包括服务器、虚拟机、虚拟机操作系统、应用软件等。将教学环境中的应用软件和桌面进行集中管理，可以根据需要随时调整教学环境的应用部署，简化客户端的教学环境配置和部署要求。在控制台能够监看整个平台的运行状态，包括服务器、终端和网络。

2 教育桌面云的解决方案

2.1 方案说明

针对桌面虚拟化的需求应采用以用户为中心的计算模式，满足机房教学环境的需求，保持学生桌面使用习惯和良好的使用体验，同时满足集中教学管理和数据安全的需求，解决机房桌面管理的各种难题。

虚拟桌面：可使用瘦终端，多个客户端通过网络连接同时登陆访问服务器上的VM，各终端之间互相隔离，每个人都是独立的桌面体验，都可以访问、使用VM里的所有软件和数据资源。

存储：所有桌面应用系统及用户数据，集中存储在后端高性能的共享存储上，当物理服务器出现故障时，可以很方便的将虚拟机动态迁移至其他服务器上运行，保持终端访问使用的连续性。

2.2 教育桌面云应该具有的解决方案

（1）搭建虚拟化的IT架构

为学校机房网络、多服务器共建一个资源池（云），通过B/ S架构集中化管理，根据教学业务需要动态创建、删除、备份虚拟机，快速部署虚拟的教学业务环境，动态迁移虚拟机保证教学业务连续性，并提供数据共享存储管理，性能实时监测，和故障报警等。

（2）单一视图的集中化管理平台

教育桌面云采用B/S架构，单一简洁的全图形化管理界面，用户在任意联网的PC上通过浏览器便可访问平台，并可以实现服务器、用户、桌面、场景、终端、存储等的全面集中管理。

教育桌面云平台的集中部署模式将虚拟桌面环境部署在数据中心，终端只进行显示与操作处理，学生使用瘦客户端通过网络可以访问自己的虚拟桌面环境；而管理者只需对局域网内的数据中心软硬件进行管理，实现了管理维护的简化。

（3）快速部署针对性教学环境

利用桌面云可以方便制作针对性软件环境模板，通过模板可以实现桌面环境的批量创建、更新、分发，数百台终端瞬间即可使用相应的教育环境，达到快速部署教学环境的目的。教学应用软件的安装及配置变化，均可以通过管理控制台在服务器端来集中操作，大大简化了教学办公环境的配置和部署。

（4）“一键更新”,快速更新桌面环境

教育桌面云能支持编辑系统模板；在模板中安装系统补丁、软件更新或者部署应用，利用“一键更新”完成所有虚拟机的更新维护。学生登录即可获取一个新的桌面，实现教学环境的快速更新。

（5）双虚拟桌面使用模式

桌面云应支持教学桌面和个人桌面两种使用场景。

在教学场景下，用户登录不需要账户密码验证，上机过程中所做修改在下次登录时自动丢弃，系统还原为初始环境，避免病毒干扰，文件损坏，系统破坏等影响教学使用的情况出现。

在个人桌面下，用户在使用过程中的数据可以被保留，以满足作业、考试等特殊情况下的使用。

（6）对教学管理支持

a、教室管理

自定义教室信息，可将机房内的终端按需划分到不同的教室当中，不同的教室可以上不同的课程（按教室分配不同的虚拟桌面），多个教室也可以上相同的课程（分配环境相同的虚拟桌面）。

b、课表计划

管理员可以提前在场景中部署好教学环境，然后在系统中输入课表计划，包括上课时间、下课时间、学生人数、授课老师、使用场景等信息。课表计划创建好之后，场景按时自动启动，学生开启终端便可直接获取虚拟桌面使用。

c、教学场景管理

教育桌面云应可创建不同的教学场景，如测试场景、考试场景、教学模式。每种模式都可创建独立的桌面教学环境，并实现按指定时间段自动激活场景模式，即支持基于从课表的相应镜像模板创建虚拟教学桌面环境。

根据教学需求新建多个虚拟机环境场景，并且与教室、终端关联（例如场景模式1关联的是教室1，则只有教室1里的终端才能访问该场景）；多个场景可以同时激活，供用户选择使用。

d、批量更改信息

在创建大量虚拟桌面环境的时候，平台支持终端批量绑定IP地址、计算机名， 从而更加便于教学管理。

为了满足考试或其他应用的需求，可以批量修改虚拟桌面环境的IP地址，系统登录名，计算机名，方便统计信息。

（7）随身携带个性化应用桌面

教师可以拥有自己的个性化桌面环境，无论在办公室、教室还是家中，也无论任何一台PC、瘦客户端还是笔记本，只要网络正常，教师都可以通过网络访问自己专属桌面环境进行备课或办公。

（8 ）流畅的应用体验

大量用户访问时，自动平衡负载，保证接入性能；高效的桌面虚拟化协议，确保OFFICE，CAD等各类应用软件运行流畅，支持720P高清视频播放，完全媲美PC的使用体验。

（9）多重保障机制

a、水平扩展

教育桌面云平台内置实现了群集功能，是一个分布式的虚拟化平台，在 平台中每台服务器被称为一个计算节点，当教学办公使用规模扩大时，可以方便地通过在平台中加新的计算节点来进行水平扩展，扩展整个桌面虚拟平台的计算能力。

b、动态迁移

当一台服务器运行失效，可以实时将虚拟机整体迁移至另一台物理服务器上重新启动，保证终端教学业务访问的连续性和稳定性，减少应用的停机时间，保障教学延续性。实现动态迁移，需要有2台或2台以上的服务器和共享存储。

c、负载均衡

在教育桌面云平台虚拟桌面平台中，管理控制台负责收集监控每个计算节点的一些动态信息，如CPU、内存、虚拟机个数等信息并与进行相应的信息处理。当有新建虚拟桌面时请求时，自动将请求转到负载最轻的计算节点上进行创建，进行自动负载均衡，减少因教学资源利用不均衡引起的教学故障。

d、备份与恢复

具有虚拟机在线创建快照功能；若因虚拟服务器报错影响教学业务正常运行，可快速恢复，避免系统故障带来的教学业务中断；支持控制台数据备份，保存控制台规划内容（如虚拟桌面数据，用户数据），以便于数据因意外丢失引起的教学事故。

3 教育桌面云方案具有的优势

3.1 兼容性强

方便给云终端（瘦客户端）交付不同的教学操作系统环境，应支持windows xp，windows 7等常见操作系统，适应不同的教学需求。

3.2 软件一键更新，维护更简单

教学软件的更新，只需要在管理平台上更新模板，所有虚拟机自动更新，终端不需要安装即可直接使用。

3.3 支持离线使用

拥有双系统设计，在网络断线的情况下，仍然能够使用本地系统进行教学，本地系统支持局域网统一部署，应用软件可统一更新。

3.4 独有的课表功能

支持老师自定义课表，并按照课表时间自动启动教学桌面环境，不同的课程启动各自不同的桌面，满足不同的公共课需求。

3.5 支持信息批量修改，满足考试环境

平台应支持批量修改虚拟机IP、系统登录名、计算机名，方便用于等级考试场景 。

3.6 支持数据保存与还原

虚拟桌面支持两种使用场景，可以支持数据保存，满足个性化需求，也可以支持数据还原，满足教学需求。

3.7 支持第三方系统对接

提供API接口，支持与校园一卡通、机房管理系统、多媒体教学系统等进行对接。

3.8 部署简单，性价比高，本地服务支持

产品部署应简单，可在裸机的服务器上安装虚拟化软件，使用一台PC即可完成多服务器的配置、虚拟机环境搭建和管理维护；产品性价比要高；提供本地化的上门服务、培训和及时的客服、技术支持。

4 教育桌面云方案体现的价值

4.1 集中管控，提高部署维护效率

整体方案部署操作应该简单；管理员在管理中心就可完成所有管理及维护操作，对桌面环境进行集中创建、监控和管理，减少桌面现场支持的需求，大大提高工作效率；机房云终端免维护。

4.2 提高资源利用率

统一管理后台数据中心资源，并统一进行调度管理，资源弹性分配，将资源的利用率最大化。快速、灵活部署，按需申请、快速发放、，统一接入、随时随地访问。

4.3 提高终端应用访问、系统安全性

使用桌面虚拟化，终端只是输入和负责输出显示，应用安装，用户数据存储都在服务器端，计算由服务器承载，避免了传统PC模式中各种网络攻击、移动拷贝等导致的系统风险。

4.4 节能减排，打造绿色机房环境

传统PC一般在200W以上，而瘦客户端在15w左右，且瘦客户机体积小，占用空间少，无需冷却风扇和硬盘，不产生普通PC的运行噪声，可建设更加绿色安静的机房环境。

4.5 减低整体运营成本，长期投资回报高

把桌面环境运行于服务器中，可以有效地利用硬件资源，减少硬件的投入，终端均使用瘦客户机，大大降低了终端硬件投入的总体成本，而且使用年限更长久，若出现大量用户接入，需要服务器集群和共享存储的支持，但从管理、维护、终端更新换代，业务扩展、终端用户持续增长等各方面综合考虑，长期投资回报率高。

5 结语

在云计算环境下，使用服务器虚拟化技术、桌面虚拟技术为高校计算机机房建设提供了一种新模式，对于机房管理与使用而言都是一个不错的选择，用户可以像使用PC一样体检桌面虚拟化。使用桌面虚拟化方案可以实现集中管理，更新与部署系统环境更便捷，机房运维成本更低，节能减排，这是一个值得选择的方案。

[1] 陈建新.云计算在数字化微格实验室建设中的应用探究[J].中国教育信息化，2010，（12）.

[2] 房秉毅,张云勇,等.云计算机网络虚拟化技术[J].研究与开发,2011,(1).

[3] 崔文,王国勇.基于校园网的云计算应用初探[J].微型计算机信息,2010,(18).

[4] 张微微.云计算环境下高职院校公共机房建设中的思考[J].湖北广播电视大学学报,2012,(7). * 李永强为通讯作者

A study of Desktop Virtualization construction scheme in the public computer rooms under the Cloud Computing environment

Cui Maoying,Gao Chunlin,Yang Li,Li Yongqiang*
(Yunnan University of Traditional Chinese Medicine,650500)

According to the status quo of the public computer rooms in the institutions of higher learning,a series of problems existing in the current construction and management of computer rooms have been analyzed.Educational informatization has entered the period of transition of application,so the reform of the public computer rooms in the universities is extremely urgent.From the perspective of an administrator,the functions of Desktop Virtualization in the public computer rooms under the Cloud Computing environment have been put forward with target.A series of benefits of Desktop Virtualization in the public computer rooms under the Cloud Computing environment have also been illustrated.Desktop Virtualization has more advantages over traditional PC,so virtualization is increasingly favored in the education industry.

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