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1校園計算機(jī)終端管理系統(tǒng)的技術(shù)選擇

虛擬磁盤技術(shù)是采用虛擬磁盤實現(xiàn)將磁盤集中到服務(wù)器，適用于局域網(wǎng)環(huán)境終端及應(yīng)用類型種類不是太多的終端類型，可以根據(jù)需要選擇不同的系統(tǒng)和應(yīng)用模板工作快速實現(xiàn)不同類型的教學(xué)應(yīng)用切換。關(guān)電源后所有針對系統(tǒng)的改變丟失，主要只需維護(hù)模板，平時幾乎沒有軟件的維護(hù)工作量，設(shè)備硬件故障也僅僅需要替換硬件并加入系統(tǒng)即可。虛擬磁盤技術(shù)經(jīng)過十來年的發(fā)展已經(jīng)非常成熟。由于以前硬盤成本較高，本地終端往往不安裝硬盤和操作系統(tǒng)，俗稱無盤工作站。這種方式非常適合大面積部署教學(xué)桌面。由于虛擬化的優(yōu)勢已經(jīng)被業(yè)內(nèi)廣泛地認(rèn)同以及服務(wù)器虛擬化廠商對虛擬化的大規(guī)模宣傳，今年來一些采用虛擬磁盤技術(shù)的桌面管理軟件廠商也將此稱為虛擬桌面，只是與VDI不同的是稱呼上千奇百怪。這種技術(shù)的優(yōu)點在于：（1）管理工作量低，管理員只需在服務(wù)器端構(gòu)建終端系統(tǒng)與應(yīng)用軟件的鏡像，無需分別為每臺終端安裝相應(yīng)軟件；（2）故障修復(fù)快，當(dāng)終端使用中出現(xiàn)軟件故障時只需重啟就可以獲得一個全新的操作環(huán)境，目前的技術(shù)已經(jīng)可以使其恢復(fù)到重啟前的工作狀態(tài)而不丟失中間數(shù)據(jù)；（3）可以完成實時計算量較大的工作及有一定個性化的工作需求，例如高清視頻播放，3D設(shè)計等。但這種技術(shù)也存在以下的問題需要在部署時加以考慮：（4）系統(tǒng)鏡像與硬件的關(guān)聯(lián)度高。由于終端是通過網(wǎng)絡(luò)啟動的，服務(wù)器端的終端系統(tǒng)鏡像包含了終端硬件的驅(qū)動，當(dāng)終端硬件類型較多時，會使得鏡像的數(shù)量較大且復(fù)雜，管理工作量增大；（5）系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與單機(jī)部署存在較大差異。單機(jī)工作時如果出現(xiàn)宕機(jī)的故障其影響面只是單臺機(jī)器，但如果是無盤工作站系統(tǒng)的服務(wù)器端出現(xiàn)宕機(jī)，其關(guān)聯(lián)的終端都將無法工作，影響面要大得多；（6）終端跨網(wǎng)段連接服務(wù)器的問題。當(dāng)局域網(wǎng)劃分多個VLAN時，校園內(nèi)無盤終端很可能分布在多個VLAN中，服務(wù)器也可能與終端不在同一網(wǎng)段，這時候就需要終端連接與服務(wù)器之間不受同網(wǎng)段訪問的限制。（7）工作負(fù)荷主要集中在開機(jī)時刻，易形成開機(jī)風(fēng)暴，開機(jī)后服務(wù)器負(fù)荷急劇下降，其次是工作是眾多客戶端的數(shù)據(jù)回寫。

2方案設(shè)計與測試

當(dāng)學(xué)校為學(xué)員宿舍、教室、公共實驗室以及圖書館閱覽室等地配置計算機(jī)時，配置方案面臨的問題是：如何使這些地方的公用計算機(jī)穩(wěn)定地工作而管理員能夠最高效地處理和解決這些計算機(jī)出現(xiàn)的故障以及使用中的問題？虛擬磁盤技術(shù)廣泛地應(yīng)用在這些場合，而云計算技術(shù)在合理配置服務(wù)器資源以及應(yīng)用配置的靈活性方面是具有極大優(yōu)勢的，因此這兩種技術(shù)的結(jié)合可以使系統(tǒng)運(yùn)行更加高效。即，采用：“服務(wù)器虛擬化+遠(yuǎn)程桌面+虛擬磁盤”的方式部署大面積桌面管理環(huán)境。根據(jù)我校的情況，絕大部分終端適宜采用“服務(wù)器虛擬化+虛擬磁盤”作為主要的工作方式，在產(chǎn)品選型和硬件配置上的設(shè)計和測試時予以重點考慮。云計算技術(shù)應(yīng)用可以使服務(wù)器的配置更加高效。學(xué)員宿舍、教室以及圖書館閱覽室等地配置計算機(jī)的應(yīng)用環(huán)境與計算機(jī)實驗室的應(yīng)用環(huán)境有所不同：1、這些場合在線的計算機(jī)數(shù)量往往是不確定的，例如宿舍配置1000臺電腦，而同一時間在線的計算機(jī)數(shù)量有時可能只有100－500臺；2、計算機(jī)實驗室服務(wù)器的訪問量常常是風(fēng)暴式的，例如所有計算機(jī)同一時間啟動，而且往往在同一時間運(yùn)行同一應(yīng)用任務(wù)，而宿舍等場所就大不相同，不會在同一時間開機(jī)，運(yùn)行的任務(wù)也相對比較個性化。實驗室為了保證課程進(jìn)行，通常按極限狀態(tài)設(shè)計系統(tǒng)的配置，如果這樣的設(shè)計用在宿舍等環(huán)境，服務(wù)器資源的利用率會比較低。在云平臺上，可以在服務(wù)器資源池中根據(jù)需要配置多臺服務(wù)器的群集，在群集中用負(fù)載均衡的方式可以做到非常高效而且根據(jù)不同時段的應(yīng)用變化靈活地調(diào)整資源配置。我校共有五棟學(xué)員宿舍樓，為每間宿舍配備一臺電腦，數(shù)量約為700臺，每棟樓劃分一個獨立VLAN，另外還有圖書館電子閱覽室以及教室電腦約100臺。我們首先在宿舍區(qū)進(jìn)行了無盤電腦系統(tǒng)部署并進(jìn)行了測試。系統(tǒng)構(gòu)建方案如下：方案中配置了3臺物理服務(wù)器和一臺存儲服務(wù)器，每臺服務(wù)器配置2個6核的雙線程CPU、32G內(nèi)存，虛擬服務(wù)器采用2虛擬核心（未超配時相當(dāng)于1個物理核）。采用了蔚云云計算平臺搭建了一個私有云。蔚云云計算平臺與比較流行的Vmware相比，除了可以實現(xiàn)硬件虛擬化外還可實現(xiàn)容器虛擬化，虛擬化的效率很高；蔚云云計算平臺也不象Vmware那樣需要一個中心控制機(jī)來管理整個云平臺，所有管理配置同時寫入到所有群集節(jié)點，它可以在任何一臺機(jī)器上進(jìn)行管理，這樣可以有效防止管理節(jié)點的單點故障；由于蔚云云計算平臺上具有磁盤緩存加速，可以避免大量終端開機(jī)時對磁盤的重復(fù)讀取，而VMWARE上不能進(jìn)行配置；蔚云云計算平臺是以計算（虛擬化）、存儲（網(wǎng)絡(luò)存儲和分布式存儲）、網(wǎng)絡(luò)（虛擬交換機(jī)）管理為基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展的桌面管理，不像VMWARE那樣，購買的是桌面許可，平臺不能用于服務(wù)器虛擬化用途，可以有效保護(hù)硬件投資和統(tǒng)一調(diào)度硬件資源，即依然保留了云平臺的完整功能的使用；提供災(zāi)備功能，無需第三方軟件而且使用更方便，可保障關(guān)鍵業(yè)務(wù)故障時快速恢復(fù)；具有更好的開放性，如VDI桌面可以根據(jù)性價比和實際應(yīng)用需求在RDP/SPICE/ICA等多種桌面協(xié)議進(jìn)行選擇等。為了保證服務(wù)器安全和便于配置，將所有虛擬服務(wù)器配置在同一VLAN，配置了一個單一桌面管理服務(wù)器集群，進(jìn)行終端負(fù)載均衡。由于各終端是分布在不同VLAN的，所以無盤系統(tǒng)必須支持跨路由的終端連接。在系統(tǒng)部署時選擇了兩個無盤系統(tǒng)分別部署在不同的虛擬服務(wù)器上并分別連接兩部分終端進(jìn)行對比測試，兩個系統(tǒng)測試結(jié)果表明都可以達(dá)到應(yīng)用需求，其中一個系統(tǒng)是在Linux平臺開發(fā)的，在部署的穩(wěn)定性、靈活性和工作效率方面更加優(yōu)越；而另一個系統(tǒng)的系統(tǒng)是在Windows平臺開發(fā)的，因此操作界面更加友好。

（1）終端有緩存與無緩存啟動時網(wǎng)絡(luò)流量

其中第一個圈內(nèi)所示為無緩存終端啟動時網(wǎng)絡(luò)流量；第二個圈內(nèi)是有緩存終端在第一次啟動時（終端緩存數(shù)據(jù)尚未建立）的流量，與無緩存終端相仿；右邊兩個圈內(nèi)所示是終端緩存數(shù)據(jù)建立后再啟動時的網(wǎng)絡(luò)流量，相比無緩存啟動的流量大為減少。

（2）測試終端運(yùn)行時回寫數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)流量

無盤終端運(yùn)行時有大量臨時數(shù)據(jù)需要回寫到服務(wù)器，下圖所示為用某無盤系統(tǒng)，單臺服務(wù)器在線終端數(shù)52臺，終端無緩存時的情況。可以看到服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)端口和硬盤都有一定回寫數(shù)據(jù)量但不會產(chǎn)生很大壓力，當(dāng)檢測有緩存硬盤或4G內(nèi)存緩存的終端時發(fā)現(xiàn)回寫數(shù)據(jù)幾乎沒有，只有當(dāng)終端運(yùn)行大文件下載等應(yīng)用時才有回寫。觀察可以看到回寫數(shù)據(jù)量與終端運(yùn)行的應(yīng)用類型、終端配置以及緩存策略設(shè)置都有關(guān)系。

（3）測試服務(wù)器負(fù)載均衡與熱備工作模式下系統(tǒng)容錯情況

在多服務(wù)器群集中分別配置為熱備模式和負(fù)載均衡模式，終端在線情況下將其中一臺服務(wù)器強(qiáng)行關(guān)機(jī)以模擬服務(wù)器意外宕機(jī)的情況。觀察原先連接在宕機(jī)服務(wù)器上的終端，熱備模式下這些終端在5秒內(nèi)自動切到正常運(yùn)行的服務(wù)器上，任務(wù)沒有中斷，用戶端的感覺只是短暫停頓而已。而負(fù)載均衡模式下則任務(wù)中止，重新開機(jī)后此終端自動連接到正常服務(wù)器。從容錯效果來看熱備模式無疑憂于負(fù)載均衡模式，但熱備模式下需要不斷同步群集中各服務(wù)器的工作環(huán)境，需要耗費服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)資源，測試中發(fā)現(xiàn)同步時甚至?xí)斐山K端工作短時間停頓。

（4）測試不同終端硬件配置下系統(tǒng)啟動鏡像的兼容性

由于不同終端硬件配置需要不同的驅(qū)動軟件，因此無盤啟動鏡像包與硬件是相關(guān)聯(lián)的。參加測試的“和信”與“網(wǎng)眾”兩個軟件所制作的鏡像采用通用網(wǎng)卡驅(qū)動包（集合了各種網(wǎng)卡驅(qū)動）、操作系統(tǒng)與硬件驅(qū)動分離等制作系統(tǒng)啟動鏡像。選擇了不同年份采購的不同品牌終端三種終端對應(yīng)同一啟動鏡像，三種終端均可以完成啟動。雖然還不能確定可完全做到啟動鏡像與終端硬件無關(guān)，但這種關(guān)聯(lián)度已大為降低。

3云平臺上構(gòu)建無盤終端系統(tǒng)的分析

在云平臺上構(gòu)建校園無盤終端計算機(jī)系統(tǒng)對提高服務(wù)器資源利用率、提高系統(tǒng)可靠性、提高構(gòu)建過程及維護(hù)的便利性都具有很大優(yōu)越性。通過服務(wù)器資源調(diào)度提高利用率。監(jiān)測終端實際運(yùn)行中對服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)資源的需求，在云資源池中隨時調(diào)整虛擬服務(wù)器配置，可以大大提高運(yùn)行效率。多個服務(wù)器建立群集，采用負(fù)載均衡或熱備的模式以提高系統(tǒng)的可靠性是十分有效的。在測試中熱備模式所表現(xiàn)的資源占用對系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生了一定影響，因此如果采用熱備模式則群集的規(guī)模應(yīng)加以控制，每兩臺部署在不同物理服務(wù)器上的虛擬服務(wù)器的為一組熱備群集較為合適。除非要求服務(wù)器故障時業(yè)務(wù)不可中斷，否則用負(fù)載均衡模式是比較合適的。在云平臺上用多臺虛擬服務(wù)器構(gòu)建群集十分有效，尤其是為不同的無盤系統(tǒng)構(gòu)建不同群集時，并不需要為每個系統(tǒng)分別配置物理服務(wù)器，使得這樣的配置方法由云計算技術(shù)輕易得到實現(xiàn)。在云平臺上構(gòu)建無盤系統(tǒng)，構(gòu)建和測試過程中可以比較隨意地配置服務(wù)器。在維護(hù)的過程中也帶來極大便利：當(dāng)對一臺服務(wù)器進(jìn)行維護(hù)時，可以在云平臺虛擬一臺服務(wù)器并將需維護(hù)機(jī)器的應(yīng)用遷移過去，就可以在用戶服務(wù)不中斷的情況下進(jìn)行正常維護(hù)。在構(gòu)建無盤系統(tǒng)所關(guān)心的另一重要問題是啟動與回寫數(shù)據(jù)對服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)的壓力，因為這關(guān)系到服務(wù)器的帶載能力從而影響到系統(tǒng)設(shè)計。測試的情況可以表明終端本地的緩存能力起著很大作用，但其中一個很有趣的現(xiàn)象值得關(guān)注：在終端不配本地緩存硬盤的情況下，在不同的無盤系統(tǒng)軟件下測試其回寫數(shù)據(jù)量是有較大差別的，這就表明各無盤系統(tǒng)的緩存策略是存在差異的。從觀察可以看出：由于云平臺配置了比較好的數(shù)據(jù)緩沖技術(shù)，進(jìn)一步降低了物理磁盤的讀寫流量。這使得服務(wù)器的負(fù)載能力大大加強(qiáng)，測試中增加一臺物理服務(wù)器資源可輕松增加200臺終端負(fù)載，并且計算性能和網(wǎng)絡(luò)IO性能大部分尚處于空閑狀態(tài)，可以用于其他服務(wù)器虛擬化/VDI等應(yīng)用。云/客戶機(jī)架構(gòu)被認(rèn)為是近來IT技術(shù)的一個發(fā)展趨勢⑷，在不同的應(yīng)用環(huán)境中采用不同的技術(shù)構(gòu)架是需要認(rèn)真對待的，根據(jù)實際應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。云計算平臺上構(gòu)建無盤終端的方案，對于滿足應(yīng)用任務(wù)相對多樣化且需要大并發(fā)視頻應(yīng)用和大并發(fā)高密度計算的學(xué)校環(huán)境是比較合理的選擇，它所帶來的高可用性也優(yōu)于普通的無盤終端系統(tǒng)。與VDI比較，則服務(wù)器端計算能力需求只有1/5甚至1/10以下，而終端體驗則比VDI大幅度提高。

作者：趙濱娜 單位：廈門市行政學(xué)院