桌面虚拟化技术在学校机房管理中的应用

杜舒华

（作者单位：福建工程移民职业技术学校）

随着信息化技术以及多媒体技术的飞速发展，大部分学校都投入购买了数量较多的计算机放置于多媒体教室及机房，以满足课程的需要，多媒体教室和机房是学校的重要教学场所。

目前，大部分学校在机房设备管理中，使用的是基于硬件的保护卡，这种工作方式存在一些问题：无法防护专门攻击保护卡的病毒；在传输文件时，会存在个别机器无法传送成功；添加或删除学生机某些程序或文件，较为耗时；保护卡接触不良时无法被识别从而未能起到保护的作用。这些都会给使用计算机的任课老师和机房管理者在运行和维护上带来困扰。

如今，随着网络信息化技术的发展，虚拟化桌面技术的提出，能够有效解决这一困扰。老师和学生通过远程访问服务器的云桌面系统，获得和PC完全一致的体验；管理员也只需要在服务器端管控就可以轻松完成所有的管理工作。

一、虚拟化桌面技术介绍

（一）什么是桌面虚拟化

桌面虚拟化是指将计算机的桌面进行虚拟化，以达到桌面使用的安全性和灵活性。桌面是一种泛指，它不是单纯地理解为用户操作系统的桌面快捷方式，它可以理解为用户的应用环境，该系统安装了哪些应用程序。借助桌面虚拟化技术，用户可以通过任何设备，在任何地点，任何时间访问在网络上的属于我们个人的桌面系统。

现行的计算机模式，硬件、操作系统、应用程序、个人配置等这几个层级，都是紧密相连的。虚拟桌面技术，就是打破了这些层级之间的联系，将多台服务器的硬件资源（CPU、内存、存储）进行共享，建立资源池。通过在资源池内的资源进行调配，建立虚拟机，利用网络，将远端的“操作系统”及操作指令推送给“瘦客户机”。远端的瘦客户机只是一个微型主机，本身不带有存储介质，只是负责显示服务器端传输来的图像，同时通过键鼠的操作，向服务器发布指令，并进行回显。

图1 本地模式与虚拟桌面模式的对比

本地模式与虚拟桌面模式的对比见图1。

（二）桌面虚拟化的优势

桌面虚拟化的部署模式相对于现行的传统计算机管理模式，具有以下几个优点：

1.集中统一管理，提升管理效率

机房管理人员可通过可视化界面，及时了解服务器资源池的使用情况以及虚拟机的运行情况。利用虚拟化技术，机房管理人员或是教师可利用模板、快照等功能，统一升级终端系统及软件，并可快速恢复终端的故障。假如学生误删除了系统文件，导致系统或是软件故障，教师可通过后台直接将该学生的系统直接重置，快速恢复系统。

虚拟化桌面还可对数据进行还原配置操作，可在虚拟桌面每次重启时对虚拟桌面进行还原。以机房为例，学生机就可部署这种运行模式。学生在机房上机操作结束后，一重启系统，系统就恢复为初始状态。

2.定制专属的虚拟机系统

任课老师可根据自己的课程定制安装的系统及软件，生成专属课程的虚拟机系统，并通过系统的分发功能，快速分发给学生机，老师和学生只需通过自己的账号登录瘦客户机，就可获取属于自己的“云桌面”。

3.数据安全

相对现行的计算机模式，数据的传输都是通过网络进行的。在数据的传输过程中，数据存在被窃取的可能。而采用虚拟化桌面技术，它是将所有数据都存放在服务器，数据网络中传输的仅仅是图像信息，这样就能规避信息在传输过程中被窃取的可能。服务器端部署桌面系统时，会采用特殊的加密模式，能够有效实现核心数据的安全，防止泄密。

4.节能减排普通计算机，主机功耗约200W，而采用云瘦客户端的主机，平均功耗仅为20W，能耗小，仅为原主机的十分之一，且无污染，真正实现绿色环保。

二、解决方案

图2 虚拟化桌面技术部署结构体系图

随着虚拟化技术的不断发展，目前已经有部分公司推出了“虚拟化桌面一体机”。简单地说，它就是一台经过量身定制的软硬件一体化服务器，集成了虚拟桌面控制器、存储虚拟化、虚拟化管理软件等功能。

以下是虚拟化桌面技术部署的体系结构图2。

如图2所示，多台“虚拟化桌面一体机”组成服务器集群，存储网络、虚拟机管理软件以及虚拟桌面控制器都集成在了服务器中。虚拟机运行于虚拟管理平台之上，管理员可通过管理平台对全系统的虚拟机进行实时管理及监控。用户通过搜客户机、普通PC或是笔记本电脑连入网络登录自己的账号和密码，访问属于“自己”的桌面系统。

虚拟桌面控制器提供用户认证管理、策略控制等功能。

虚拟机管理软件集成了虚拟机管理、系统平台监控、资源管理调度、数据备份及恢复等功能。

虚拟化桌面部署简单，管理员只需通过在虚拟机管理软件上进行操作配置，创建虚拟机。这些虚拟机均运行在资源池中的物理服务器上，从功能、性能和操作方式上，等同于传统的单台物理PC机，可安装office、媒体播放软件、浏览器等软件。底层物理服务器组成硬件计算池，实现PC虚拟机系统的底层硬件冗余；如果其中一台物理服务器故障，可在线动态迁移至其他服务器机上；虚拟化环境建成后可通过统一集中控制台利用模板库可随时增加或者删减虚拟机，以便满足人员的扩充和调度。

接下来，将就学校的实际情况，探讨分析需要部署多少的服务器硬件资源。

建设方案需要多大的存储空间呢？系统运行最重要的就是保障系统及数据安全。存储虚拟化是将多台服务器的直连硬盘共同组成共享式数据存储，通过内置的冗余机制，可透明存储多个数据副本，数据及数据副本分散存放于不同的服务器中。副本的多少，取决于数据的重要性，副本越多，数据越不容易丢失，也越容易被恢复，但同时也牺牲了成倍的存储空间。目前，主流的存储副本方案是建立三个副本。

例如：我们学校一共两个机房，十个办公室，合计约一百台计算机，平均一台计算机需要存储空间0.2TB，总存储空间需求60TB。

建设方案需要多少的计算资源呢？计算资源主要指的就是虚拟CPU，简称vCPU。vCPU资源的计算公式为vCPU资源=物理CPU个数×物理CPU核数×单核线程数×CPU频率。举例：1个CPU，双核，每核2个线程，3.0GHz，那么vCPU总资源为1×2×2×3.0GHz=12GHz。在虚拟化桌面场景下，我们通常认为每个物理CPU核，可以带动5个虚拟桌面，也就是5个vCPU。以我们学校一百台计算机为例，并考虑1.5倍的冗余度，合计需要30个物理CPU核心，可以考虑配置三台服务器，每台服务器都配置有两颗六核的3.0GHZ的CPU。

建设方案需要多少的内存呢？我们学校的办公计算机应用多为office或是一些基本的多媒体应用，那么对内存的要求一般也不会太高。对于内存的预计大约在2G左右。以我们学校一百台计算机为例，并考虑1.5倍的冗余，合计总的内存需求为300G。内存可以分布在服务器中。

经过上述分析，结合我校实际情况，确保各用户均有良好的使用体验，总的硬件资源池为30个物理CPU，300G内存以及60TB的存储。将它们平均分配至三台服务器中，也就是每台服务器均部署配置两颗六核3.0G以上的CPU，内存为100G,存储硬盘为20TB。

经过虚拟化改造后的办公网络，个人终端将不再处理与存储任何应用和数据，只具有显示与操作功能，但办公操作人员照样拥有原有系统的各项功能，并获得改造前同样的使用体验。因此推荐使用瘦客户机实现用户的终端访问，无须部署性能卓越的个人PC。同时，为了保护投资，我们也可以继续使用原有的PC机，待PC机更换周期到来时逐渐利用瘦客户机代替PC机。

三、结论

虽然虚拟化桌面技术仍然存在一些问题，比如服务器合并程度过高、初期硬件投入过大等，但其实现了资源的集中管理与控制，摆脱了原有分散、凌乱的各种桌面系统环境。在学校机房管理工作中，虚拟化桌面技术的使用可以大大减少计算机终端的维护工作量及使用成本，还可以通过虚拟化桌面的后台管理将机房的管理水平提高到一个新的层次，从而实现更加规范、有序的教学秩序。