基于VDI架构的云桌面管理模式研究

廖淑华

（广东职业技术学院 信息工程学院，广东 佛山 528041）

0 引 言

随着社会信息化水平的不断提高，计算机应用更加广泛，另外高校也不断扩招学生，计算机机房建设数量越来越多，设备配置逐年提高。由于计算机机房使用频率高，长时间使用无法保证系统和软件的完整性，硬件故障频繁，加大了管理员的管理难度，从而影响使用效果。

1 传统计算机机房管理中存在的问题

1.1 软件更新快 使用周期短

由于计算机设备采购的时间不同、品牌不同、型号不同，硬件更新需要投入大量资金，一般5年后就要淘汰更新设备，而软件更新换代和升级速度也日益加快。各实训基地的机房软件安装对硬件配置要求不同，如程序类软件要求大内存、高频率CPU、低性能显卡；图形类课程要求高性能显卡；计算机配置的限制无法更新软件；每个系统里需要安装多种软件，少则十几种，多则几十种，软件间冲突不兼容，出现计算机运行速度减慢，卡顿等问题。

1.2 软件部署复杂 维护困难

由于软件更新或升级，每学期都需有更新和安装最新的软件适应技术发展和课程要求。现在机房多采用网络同传功能，安装一台母机发送到其他计算机。采用网络同传要求设备配置一致，不同配置之间不能发送数据，不同机房之间（不同局域网IP之间）不能发送，而且计算机机房分布在不同的教学楼和楼层，每间机房需要分别更新一台母机软件后再发送数据，如果在发送过程中某台机网络故障会影响全部计算机接收数据，造成发生数据失败，由于数据发送了一部分造成全部计算机系统崩溃无法正常开机。

综合上述问题，计算机机房建设成本、资源共享、软件维护、运维管理等方面的问题越来越严重，需要寻求新的解决方案以适应高校计算机机房建设和管理模式。

2 基于VDI架构的云桌面机房

随着云计算技术的不断发展，云计算虚拟化技术逐步走向成熟并受到广泛应用。云桌面逐渐成为高校计算机机房的发展方向，开始从传统PC机向云桌面方向转型，并逐步建成一批云桌面机房。在机房管理方面，管理员使用云桌面虚拟化技术，通过云桌面管理平台科学有效、合理管理云桌面机房，克服传统机房管理中存在的弊端。目前主流的云桌面有VDI虚拟桌面架构、VOI虚拟操作系统架构、IDV智能桌面虚拟化、RDS远程桌面服务。其中基于VDI架构的云桌面是目前应用最广泛的云桌面之一，实现机房桌面集中管理，系统维护和软件安装更新，保障了数据安全。解决了繁杂的维护工作，提高了工作效率。

2.1 VDI云桌面的结构

VDI架构是集中存储、集中运算的虚拟桌面架构。该架构是把所有的终端数据运算都集中在服务器端，保障了数据安全性。而终端设备负责显示实现应用操作，云桌面的虚拟化以及数据在网络上传输。信息工程学院的VDI架构的云桌面设计是采用VMware软件构建虚拟云桌面，如图1 VDI云桌面平台系统架构所示。基于VDI架构的云桌面分为四层，基础设施层、虚拟化资源管理层、应用层、终端层。终端桌面设备可以是旧电脑、VDI终端盒+显示器、一体机或者个人PC机，通过网络连接到云服务器。管理层采用VMware ESXi软件创建和运行虚拟机的虚拟化平台，将处理器、内存、存储器和资源虚拟化为多个虚拟机。通过ESXi运行虚拟机，安装操作系统、应用程序以及配置虚拟机。使用VMware vCenter可以将主机资源加入池中，将集中监控和管理物理和虚拟机。通过VMware vSphere Client使终端机从Windows PC远程连接到ESXi的虚拟机上。

图1 VDI云桌面平台系统架构

基于VDI架构的云桌面能够将各种专业软件和程序集中在服务器统一管理，统一分配存储资源，应用服务器虚拟资源池创建虚拟机，为终端机提供可靠优质快速的管理策略。其原理是将数据计算功能集中在服务器，终端设备负责显示功能，操作虚拟化云桌面，数据通过网络传输到服务器。云计算技术使终端计算机不占用资源，通过服务器集群来实现硬件、软件、数据存储、计算分析等不同类型的功能服务。从而实现系统及软件安装与维护的高效化，降低物理限制，将物理设备转化成虚拟资源管理，将物理机维护简化为虚拟平台管理。

2.2 VDI云桌面的优势

VDI云桌面的优势有以下几点：

（1）集中管理，数据安全。运用云计算和虚拟化技术将计算和存储放在服务器，通过网络提供终端的虚拟桌面服务。可实现服务器集群、批量部署、虚拟机存储热迁移、桌面虚拟化等功能。系统更加安全可靠，数据存储、数据备份、安全策略部署集中在服务器上进行。具有集中管理，数据安全等优势。

（2）建设成本低，适合旧的PC机。通常高校购买的PC机时间、批次、型号不同，硬件差异较大，造成各机型运行软件有较大差异，一般使用5年后就开始淘汰更新。VDI架构可以创建独立的虚拟桌面并安装适合的系统软件，系统软件集中运行在服务器，PC机只需要显示和操作分配的云桌面。取消了本机资源占用，利用服务器集群实现计算功能，通过网络访问云桌面。利用旧PC机作为终端机降低建设成本。

（3）软件部署效率高，易维护。计算机机房授课种类繁多，安装的软件种类繁多，有些软件要求硬件环境较高，VDI架构的特点就是硬件资源共享、按需分配、集中处理、集中管理、多终端访问。支持快速自动化部署，只需要将所需软件分类安装到不同模板虚拟机上，再通过虚拟机克隆的方式生成多台终端虚拟机，分配给不同的机房使用。提高了软件部署效率，降低运维难度。管理员还可以根据课程需求，配置不同硬件环境的云桌面，实现硬件资源的动态分配。

3 云桌面机房管理模式

运用云桌面管理平台统筹管理机房云桌面，信息工程学院的云桌面机房使用轩辕汇捷实训教学云管理平台管理基于VDI架构的云桌面，实现模板部署管理、桌面管理、为教室分配云桌面，也可以按课程分配云桌面、空闲资源分配等。

3.1 模板管理

模板可以按课程模板部署，根据实训课程资源，包括操作系统、系统软件、课程专业软件，生成多个课程类模板形成课程资源池。针对不同的课程选择相应的课程模版，配置适合课程需求的桌面计算资源、存储资源以及划分网络资源，以满足教学需要。也可以实践、竞赛项目、考试科目快速部署模板，实现统筹分配设备，提高设备的运行效率和资源的利用率。模板管理示意图如图2所示。

图2 模板管理示意图

3.2 桌面管理

桌面管理分为桌面池和桌面使用管理两部分。桌面池管理每个云桌面机房，查看每个机房桌面状态使用情况。桌面使用管理负责机房里的每个云桌面终端，开关机、重启、编辑操作终端桌面、切换模板，可以远程控制、维护终端桌面，查看终端设备运行情况，节省维护成本，减轻管理员的维护工作量。桌面管理示意图如图3所示。

图3 桌面管理示意图

3.3 教室管理

管理平台可以创建多个教室，为教室分配云桌面并绑定终端机。对于课程相对固定的机房可以绑定模板，长期固定使用同一模板，只需每次更新模板即可；对于不固定教学要求的机房，按照实训课程不同分配不同的模板，使用完毕后释放资源；针对各类考试环境分配相应的考试模板，考试完成后再分配课程模板。也可以根据课表不固定机房使用云桌面上课，提前安排上课数据，系统才能按照上课要求，到上课时间准备好对应的课程模板，分配到上课机房的每台终端机供学生上课使用，下课后释放模板回收资源，做到灵活分配资源。教室管理示意图如图4所示。

图4 教室管理示意图

3.4 空闲资源开放

资源开放包括资源池开放、教学活动开放、办公云电脑开放功能。

为了充分利用资源达到最大化使用，管理员在资源池用预约式开放资源将云桌面在空闲时段开放给学生课外预约使用。学生在教学前台中看到对应的开放活动时间段，通过预约方式选择自己实际需要使用的模板获取到对应云桌面使用。教师也可以发起个人云电脑使用申请，系统在对应时段自动分配云桌面给教师，教师直接进入到对应云桌面使用办公云电脑进行备课、课程实验、科研等。

教师或学生可以通过任何设备包括瘦终端机、PC机、平板电脑或手机，在任何地方通过网络访问申请到的云桌面系统进行课程实验，学生可以利用课余时间更好完成课程作业。虚拟化技术实现了多用户的服务要求，提供个性化桌面，同时提高了设备的利用率。

4 应用效果

经过近一年的运行使用，VDI架构云桌面机房使用效果良好，维护方便，软件更新简单快捷，相比传统的PC机房运维更便捷，具有更多维护优势。提高了管理员的工作效率，减轻了维护成本。

4.1 桌面部署

在学院中心机房硬件服务器集中部署，通过虚拟化技术，终端设备通过网络访问虚拟云桌面环境。操作系统和应用程序集中在服务器与终端硬件无关，学生可以通过瘦终端机、旧电脑、一体机或个人PC机等终端设备访问云桌面。操作系统和应用软件的迁移、更新和维护只要通过网络连接到管理平台进行操作即可，极大的减轻了管理员的工作量，提高了维护效率。

4.2 安全性高

云桌面的安全性更高，数据集中在服务器统一管理，终端机仅运行屏幕动态图片和键盘鼠标指令。没有真正的数据在网络中传输，通过安全策略设置，防止感染病毒。由管理员统一安装杀毒软件、数据备份等，使得运行更加安全可靠。

4.3 管理维护

在管理维护上，软硬件环境分离，系统软件集中管理，只需要维护服务器和虚拟机，通过云桌面管理平台维护好教学模板，每学期可以根据课程安排制作教学模板，合理分配资源。也可以通过VMware vSphere及时发现和处理异常桌面，硬件维护、软件安装更安全，更方便，极大地降低管理员的工作强度。

5 结 论

在实践教学中，将需要硬件支持的实训课程在物理机上完成，依托软件的实训课程都可以在虚拟机上完成。信息工程学院目前建成7间云桌面机房，可以完成全校40多门专业课和公共课程，随着课程增加，学生人数的增加还将建设更多的云桌面机房，将性能差的旧电脑改造成云桌面机房，降低建设成本。可以充分利用课余时间开放服务器资源，共享虚拟桌面，面向学院计算机专业学生在宿舍使用账户密码，通过Web浏览器登录对应的云桌面完成课堂作业。同时支持学院每学期的各类考试。通过运维实践，基于VDI架构的云桌面机房管理比传统PC机房模式效率更高，管理成本更低，同时还提高了设备的利用率，减轻了管理员的工作量。

VDI架构也存在一定的劣势，对服务器性能及稳定性、网络联通性和网络质量要求高。不支持离线使用，一旦断网云桌面将不能使用。同时对图形化处理支持不够。但随着云桌面技术的不断发展，VDI架构将发挥更大的效益。