基于云架构的高校桌面虚拟化研究

陈运财

摘要：该文针对信息化与网络化的发展，提出了基于云架构的虚拟化技术，并将其引入校园网络应用。通过介绍云架构以及桌面虚拟化的概念，引入基于云架构的高校桌面虚拟化技术方案，主要包括基于云架构的虚拟化桌面的理论研究、整体架构、网络架构等，全面分析了云架构的高校桌面虚拟化的应用和优势。

关键词：云架构；虚拟化；大数据

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）09-0030-02

桌面虚拟化技术是计算机技术和网络技术发展道路上的一个趋势和必然现象，它具有便利性、高利用率、低成本等特点，同时桌面虚拟化还是云计算系统的核心组成部分，是虚拟化技术的重要组成部分。作为虚拟化和云计算的具体实现，当海量数据的处理都在服务器上进行的时候，终端设备的处理能力及配置已经不再重要，也不在是用户体验的关键。一个简单的客户端可以得到各种复杂应用，而且智能手机、Pad，甚至电视等都成为终端设备。由于大批量数据的处理及计算发生在数据计算中心，从而很大程度上减少了客户端的处理压力，使得客户端更佳简便，种类更佳多样，但得到的服务却更丰富，更安全。因此，在云架构下的桌面虚拟化技术值得去关注。

高校的信息数据系统信息量巨大、维护成本高，而且有统一的教学应用需求，所以建立一个基于计算的桌面虚拟化平台来进行信息共享及教学互动是十分必要的。

1 云计算与虚拟化原理

1.1云计算

云计算是近年来一种新型的计算技术，其主要以互联网为基础，通过动态的、灵活配置的虚拟化资源来进行大数据计算。它是分布式系统、并行计算和网格计算的不断发展、不断结合的产物。随着网络上需要处理的数据量不断增多，例如科研数据分析，海量信息搜索等，云计算通过分布式储存的手段来近进行数据储存，采用大规模的分布式系统，利用高速的网络传输能力，将数据的处理集中在能力较强的分布式集群系统。也就是说，在云计算系统里，用户需要的海量数据不会存储在本地终端里，本地终端设备不需要运行应用程序，这些程序的运行都是在数据中心进行。这样用户的终端设备无需很高的配置，通过简单的终端设备，通过网络随时随地都能使用各种数据应用和服务，获得同样的用户体验[1]。

从整体上来看，云计算为用户终端提供统一的、可配置的应用和服务环境，是一个动态的计算体系，同时能够统一监控资源的使用情况和用户行为。云计算的整体架构分成三个层，用户服务层处在最上层，为用户提供各种业务接口和应用服务，是用户直接进行交互，并且能够感知的最外层。中间的一层是云平台接口层，包括开发环境、编程环境、编程接口和代码库，此外还包括通用的企业中间件。最下面是虚拟化层和物理层，包含数据中心设施、虚拟管理、负载均衡、集群技术等。根据用户需求，虚拟化层、物理层和数据中心设施基础等实现动态资源管理与调配，为上层提供优质的资源分配[2]。

1.2桌面虚拟化

在云计算的发展体系中虚拟化是主要支撑技术，桌面虚拟化技术又是虚拟化技术中发展最快的，最具应用前景的虚拟化技术。当前总共有两种基于云计算架构的桌面虚拟化解决方案：Virtual Desktop Infrastructure，简称VDI与Virtual OS Infrastructure，简称VOI[3]。

VDI桌面虚拟化将运算集中在服务器端，通过基于服务器的模式提供管理和安全，能够为整个桌面映像提供集中化的管理。用户部署VDI桌面虚拟化后，可以使用PC或者手机接入，访问自己的桌面环境，实现随时随地无差别的体验。VDI虚拟桌面基础架构是由早期的RDP协议和瘦客户机概念逐步演变而来的，是目前市场上比较流行的一种桌面虚拟化模式。很多大的厂商都推出了自己相应的VDI产品[4]。

VOI的设计直接在输入输出层实现对磁盘存储空间的数据重定向，从而使虚拟化的操作系统工作于本机物理设备之上，让虚拟系统从分发就开始接管计算机硬件平台，所有硬件的驱动程序、应用程序以及各种资源设备均是直接可以访问的，不再需要下层系统的支撑。为了实现这一点，VOI的客户端管理系统为用户终端提供一个虚拟的磁盘存储空间，把用户终端的物理存储介质虚拟化，形成一个虚拟容器。由虚拟容器来运行操作系统，进一步实现系统应用的虚拟化[5]。

下面我们详细阐述在实现桌面虚拟化时遇到的问题及需要注意的地方。这也是云计算架构中的一些关键技术，涉及内存、处理器、存储和传输。

当搭建桌面虚拟化过程中，由于服务器承载了大量的数据处理，内存的部署就变的至关重要。桌面虚拟化需要很多的内存，尽量选择运行较快的内存，如果后台需要运行多个虚拟机管理后台，而这些系统又无法共享内存，这就需要部署一定数量的内存；除了内存，处理器在桌面虚拟化平台的作用我们也不能忽视，处理器的能力直接影响着服务器的运算处理能力，物理服务器的CPU需要支持非常多的桌面系统。选择多核心CPU，在部署桌面虚拟化时，对存储的性能有很高的要求，桌面虚拟化和其他的服务器虚拟化不同，因为桌面虚拟化的数量更大，所以也导致了对存储的要求更高。成百上千的桌面，集中部署在数据中心，对存储的性能要求就自然不言而喻了。存储设备的读写速度影响着整个系统的响应速度，因此需要一个非常强大且灵活的存储介质来支持大量的数据请求与操作。此外，为了更好的处理随机读写操作，可以采用缓存技术，读写操作时，Cache的效率要比硬盘高效；桌面虚拟化的另一个重要的部分是网络的传输能力，这直接跟用户的体验相关，因此有必要将存储网络链路升级为多条更快的链路。

2 校园云架构桌面虚拟化方案

2.1 VDI架构设计方案

校园虚拟化桌面的目的是能够快速灵活的满足各种教学上的需求，包括实验、视频教学、阅读等。我们所采用的是一套典型的CitrixVDI桌面虚拟化解决方案，它主要是由CitrixDesktop、CitrixPVS和CitrixApp三大虚拟化应用服务集成实现，它将操作系统、用户配置文件和应用程序完全分离。其网络拓扑图如下：

2.2 VDI网络部署实现

CitrixVDI通过以下几个部分实现完整的虚拟化桌面：

服务器集群：将服务器物理资源虚拟化，在虚拟服务器上安装CitrixDesktop、CitrixApp服务、文件服务和AD域架构整合支撑虚拟桌面的发布和运行。具体的部署：6台内存64GB的服务器，用来运行虚拟化应用服务器、AD域控制器和文件服务器；18台内存96GB服务器，用来给1500个虚拟桌面提供计算资源[8]。

存储系统：用于保存配置文件和相关信息。用户的配置文件被保存到文件服务器上，与操作系统分离。这样操作系统不再保留响应的客户信息，用户需要在登录时根据策略才能获取到文件存储系统上的配置文件。具体部署：6台P4500经过群集配置后的总容量为16.5TB。

镜像管理：一个运行CitrixPVS管理控制系统的服务器，提供用户虚拟桌面，保证用户每次获得的是一个全新的操作系统，并确保虚拟机镜像的配置和安全。具体部署：2台内存16GB的物理服务器。

XenCenter管理控制台：管理服务器集群中的所有虚拟机，保证XenServer的安全设备和补丁管理。

2.3工作机制与处理流程

本节我们描述一下CitrixVDI桌面虚拟化流程，在使用过程中通过桌面设备连接虚拟桌面时，用户启动设备，打开登录页面登录，输入相关信息后将请求转发到中心服务器，这是中心服务器对用户的信息进行认证。当用户通过认证后，中心服务器根据用户的配置部署应用程序的运行环境，在所有部署完成后，中心服务器通知用户客户端连接应用传输后台，并将应用程序的控制权交给客户端。这时用户能随时访问虚拟桌面。工作流程如下图所示：

3 总结分析

通过在学校部署VDI结构的虚拟化桌面，也发现了此结构的一些问题和需要注意的地方。首先，采用VDI架构每个虚拟机都需要有独享的一部分内存、存储和处理功能来运行用户的桌面环境；其次，VDI还意味着每个用户要有独立的认证许可证；另外，VDI会加大网络流量。

针对这些问题，需要在部署服务器的时候特别注意服务器的功能和性能，尽量部署功能强大的服务器。同时需要提高网络传输能力。这样一来，整套部署成本会相对较高。

当然较高成本带来的好处是更高的可管理性和可用性，还提供了更好的用户体验。从管理员的角度，通过统一对数据中心进行管理，大大提高了管理的可控性，只需要对桌面和应用进行统一配置和管理。同时增强了安全管理的便利性。从用户的角度，因为所需的数据和应用处理都发生在数据中心，终端的复杂度大大降低，减少了不少终端的性能要求和成本。但得到的用户体验是一致的。总体来说，桌面虚拟化对于学校机房、图书馆管理、教学实验等应用场景非常适合。

参考文献：

[1] 祁伟，刘冰，路士华，冯德林.云计算：从基础架构到最佳实践[M].北京：清华大学出版社，2013.

[2] 卓苏拉，欧尔，佩吉.云计算与数据中心自动化[M].人民邮电出版社，2012.

[3] 王宇宁.虚拟技术在桌面管理中的应用与实现[J].计算机与网络，2009（14）.

[4] 盛冬冬.虚拟化技术与云计算服务[J].软件世界，2009（12）.

[5]王晓庆.校园云架构下的虚拟化桌面应用[J].中国教育网络，2011（8）.