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摘要：在信息水平不斷提高的背景下，高效管理越來越智慧化。實(shí)驗(yàn)室作為高校研究的重要設(shè)施，通過實(shí)時云桌面的實(shí)驗(yàn)室虛擬化管理可以有效提高實(shí)驗(yàn)室管理效率，為學(xué)生提供更人性化的服務(wù)，并提高教學(xué)效果。本文對基于云桌面的實(shí)驗(yàn)室虛擬化管理與應(yīng)用進(jìn)行研究，以促進(jìn)高校智慧校園的建設(shè)與發(fā)展。

關(guān)鍵詞：云桌面；虛擬化；實(shí)驗(yàn)室管理；應(yīng)用研究

1實(shí)驗(yàn)室管理現(xiàn)狀

高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室主要負(fù)責(zé)負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)實(shí)踐、認(rèn)知實(shí)習(xí)、課程開發(fā)、考試等任務(wù)。根據(jù)需求不同實(shí)驗(yàn)室的軟件不兼容，且多數(shù)由于計(jì)算機(jī)配置的限制無法更新計(jì)算機(jī)軟件。例如，專業(yè)的大數(shù)據(jù)分析軟件如spss、Python、matlab等需要更大的主機(jī)內(nèi)存和更高CPU頻率，對顯卡的需求則較低；但數(shù)字媒體創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室需要安裝Adobe圖形、視頻軟件以及建模軟件，如Cinema4D，Unity等，也需要更好的顯卡以進(jìn)行渲染等操作。因此，當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室管理主要存在如下缺點(diǎn)：（1）計(jì)算機(jī)藍(lán)屏是實(shí)驗(yàn)室管理員面臨的最常見問題，且由于需求較多以及設(shè)備不足，計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度通常較低。（2）部署計(jì)算機(jī)等級考試環(huán)境，特別是當(dāng)前構(gòu)建1+X課程信息的鏡像布局，以及IP段不同于傳統(tǒng)教學(xué)，軟件更新和操作系統(tǒng)更換非常費(fèi)時。（3）網(wǎng)絡(luò)通常對設(shè)備組件的各類型號要求一致性較高，如果在維護(hù)機(jī)房期間更換了不兼容的設(shè)備，會導(dǎo)致還原卡無法同傳。此外如果硬盤與軟件包不兼容也無法實(shí)現(xiàn)同傳，并且會出現(xiàn)藍(lán)屏問題。（4）由于系統(tǒng)參數(shù)的更改第三方教學(xué)管理軟件將無法安裝或破解。學(xué)生不能實(shí)時共享教師機(jī)屏幕，也無法實(shí)現(xiàn)鏡像控制。由于以上問題，實(shí)驗(yàn)室管理在操作和維護(hù)方面具有構(gòu)建桌面云的要求：主要有以下需求：（1）機(jī)房部署必須高效。與傳統(tǒng)的前端交換機(jī)、主機(jī)、顯示器和云桌面相比，云桌面聯(lián)機(jī)過程非常快，要部署系統(tǒng)只需要創(chuàng)建一個云桌面映像。當(dāng)前技術(shù)可以支持Web界面的自定義，只需登錄Web界面即可編輯和創(chuàng)建鏡像，創(chuàng)建新的用戶組和相關(guān)課程并進(jìn)行分發(fā)。云終端分發(fā)使用小盒子，方便隨身攜帶。以120點(diǎn)PC部署為例，拆卸和安裝機(jī)器Ghost和教程軟件需要2-4天，部署120點(diǎn)云桌面只需4-6個小時，從而大大減少了部署時間，運(yùn)維效率大大提高。（2）配置考試環(huán)境，以克服長期以來容錯能力差的問題。一般在考試前一周部署考試環(huán)境。同傳方法需要時間長，容錯能力低。在IDV架構(gòu)模式下，WEB界面執(zhí)行模板鏡像并支持多達(dá)1000個終端鏡像下發(fā)，大大提高了工作效率。（3）終端系統(tǒng)問題容易解決。提供集中的統(tǒng)一管理平臺，可以在各種情況下以統(tǒng)一的方式管理桌面、終端和用戶。同時可以根據(jù)不同場景的不同需求按需分配，并結(jié)合場景的特點(diǎn)可以RD解決終端系統(tǒng)問題。為了加快定位速度，選擇非常服務(wù)器虛擬終端系統(tǒng)映像還原，只需要重新啟動終端即可恢復(fù)正常使用。（4）平臺本身具有極好的可擴(kuò)展性，可以滿足實(shí)驗(yàn)室未來的擴(kuò)展需求。

2基于云桌面的實(shí)驗(yàn)室虛擬化管理設(shè)計(jì)方案和部署

為了實(shí)現(xiàn)智慧校園的長期目標(biāo)，實(shí)驗(yàn)室教學(xué)使用新一代的信息技術(shù)，例如虛擬化和云計(jì)算為教師和學(xué)生創(chuàng)造更好的教學(xué)環(huán)境。基于云桌面的實(shí)驗(yàn)室虛擬化管理可以為學(xué)生提供統(tǒng)一，開放和共享的教學(xué)資源。

2.1云桌面的設(shè)計(jì)目標(biāo)。本設(shè)計(jì)使用MicrosoftRDS虛擬桌面技術(shù)改善實(shí)驗(yàn)室管理，該設(shè)計(jì)基于800個用戶總規(guī)模和500個并發(fā)用戶設(shè)計(jì)。虛擬桌面資源配置：4G內(nèi)存、2vCPU、50GB系統(tǒng)空間和10GB用戶存儲空間。隨后的資源擴(kuò)展將逐漸發(fā)生，采用相同的管理結(jié)構(gòu)，最終滿足5000人的需求。平臺建設(shè)完成后，將對整個實(shí)驗(yàn)室終端進(jìn)行統(tǒng)一管理。本地終端將僅用于連接，并且計(jì)算任務(wù)將移至云桌面。同時滿足學(xué)校信息安全的需求，并提高學(xué)生的積極性。

2.2云桌面部署方案的體系結(jié)構(gòu)。基于云桌面的實(shí)驗(yàn)室體系結(jié)構(gòu)包括4個模塊級別：網(wǎng)絡(luò)訪問層，應(yīng)用程序交付層，虛擬化資源層和應(yīng)用程序?qū)印＃?）網(wǎng)絡(luò)訪問層：用戶通過RDWeb訪問層組件界面登錄云桌面平臺，并使用SSL加密傳輸與數(shù)據(jù)中心進(jìn)行交互，包括云桌面分發(fā)、虛擬應(yīng)用程序訪問、個人數(shù)據(jù)和配置文件的存儲等。同時，安全策略用于對用戶權(quán)限進(jìn)行分組，以確保具有不同權(quán)限的用戶具有個性化的云桌面登錄權(quán)限。（2）應(yīng)用程序交付層：主要為用戶提供云桌面和虛擬應(yīng)用服務(wù)。應(yīng)用程序交付層以云桌面和虛擬應(yīng)用程序的形式向用戶提供虛擬化資源，所有用戶計(jì)算操作都在此級別上執(zhí)行；同時負(fù)責(zé)將用戶的個人數(shù)據(jù)和配置數(shù)據(jù)傳遞給虛擬化的資源層，并將執(zhí)行結(jié)果傳遞給當(dāng)前用戶，不僅保證了用戶數(shù)據(jù)的安全性，而且提高了數(shù)據(jù)中心的利用率。（3）虛擬化資源層：虛擬化資源層使用服務(wù)器虛擬化，存儲虛擬化，網(wǎng)絡(luò)虛擬化和其他技術(shù)來統(tǒng)一提供各種云桌面應(yīng)用程序所需的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲和其他硬件資源。提供用于管理虛擬桌面、云應(yīng)用程序、資源等的集成平臺，此外，虛擬化層還提供了一些其他通用核心架構(gòu)管理服務(wù)和整個架構(gòu)所需的組件。（4）應(yīng)用程序?qū)樱涸摷墑e是現(xiàn)有學(xué)校管理和教學(xué)系統(tǒng)的支持平臺。所有業(yè)務(wù)系統(tǒng)都可以在獨(dú)立的虛擬化平臺上運(yùn)行，也可以移植為在這些業(yè)務(wù)系統(tǒng)上運(yùn)行，改善云桌面虛擬化平臺上的服務(wù)器利用率。

2.3部署云桌面。（1）硬件部署：整個平臺使用2個H3CUIS工具箱，每個工具箱有16個H3CUIS服務(wù)器，共32個服務(wù)器。創(chuàng)建3個Hyper-V群集作為基礎(chǔ)虛擬化支持平臺，包括基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)群集和2個虛擬桌面承載群集。（2）網(wǎng)絡(luò)部署：部署網(wǎng)絡(luò)時，使用了三個網(wǎng)絡(luò)分離的原理，即分離為管理網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)和存儲網(wǎng)絡(luò)。每個網(wǎng)絡(luò)使用雙上行鏈路，并連接到相應(yīng)的交換機(jī)。每個服務(wù)器都有兩個20GBE聚合虛擬端口，這些端口通過服務(wù)器背板交換機(jī)互連，外部通信通過交換機(jī)進(jìn)行。因此，每個服務(wù)器的兩個20GBE聚合端口被虛擬化為四個常規(guī)的10GB端口，并映射到服務(wù)器的操作系統(tǒng)。兩個基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)的部署如下：每個服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)端口：4個萬兆兆以太網(wǎng)端口，2個FC端口；管理網(wǎng)絡(luò)：2個萬兆以太網(wǎng)端口，遷移Hyper-V管理流量并執(zhí)行計(jì)算機(jī)流量的實(shí)時虛擬化遷移；業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)：2個萬兆以太網(wǎng)端口，用于外部通信和服務(wù)供應(yīng)的端口，以遷移基礎(chǔ)架構(gòu)虛擬機(jī)。存儲網(wǎng)絡(luò)：2個FC接口；加載RedMountainFC存儲器以存儲運(yùn)行基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)服務(wù)器所需的資源和存儲空間。（3）部署存儲：FC-SAN存儲包括RedMountainMS存儲，總共448GB的雙控制器高速緩存，16個960GSSD硬盤驅(qū)動器，64個6TBSAS機(jī)械驅(qū)動器，對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、虛擬桌面、虛擬應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)提供存儲服務(wù)。文件存儲允許用戶在云桌面模式下保存?zhèn)€性化配置和個人數(shù)據(jù)，分離配置文件、用戶個人數(shù)據(jù)文件和操作系統(tǒng)磁盤。兩個文件服務(wù)器虛擬機(jī)用于形成文件服務(wù)器群集，以向所有用戶提供文件存儲服務(wù)。配置文件和個人數(shù)據(jù)文件集中存儲在文件服務(wù)器上，并且可以通過CIFS(通用Internet文件系統(tǒng))網(wǎng)絡(luò)共享進(jìn)行訪問。（4）部署組件：包括兩個部分：基本平臺組件和虛擬桌面組件。基本平臺組件主要包括Hyper-V服務(wù)器虛擬化；ActiveDirectoryMicrosoft的統(tǒng)一身份管理平臺，用于集中式用戶和計(jì)算機(jī)管理、統(tǒng)一身份驗(yàn)證等；DHCPServer動態(tài)IP地址分配協(xié)議，用于自動將IP地址分配給所有虛擬機(jī)。CAServer證書頒發(fā)機(jī)構(gòu)，用于為整個云桌面平臺頒發(fā)證書。文件服務(wù)器：用于存儲用戶個人文件，配置文件等。虛擬表面組件包括RD連接，用于部署，交付和管理虛擬桌面；RDWeb訪問，用于允許用戶登錄到云桌面；RDVH虛擬化主機(jī)，用于托管所有虛擬桌面虛擬機(jī)；RD桌面網(wǎng)關(guān)，用于云桌面客戶端和內(nèi)部虛擬桌面之間的流量；RD桌面授權(quán)，用于為RDS虛擬桌面平臺頒發(fā)許可證；RD桌面會話主機(jī)，用于提供共享的虛擬桌面。（5）系統(tǒng)部署：基礎(chǔ)架構(gòu)操作系統(tǒng)和虛擬化主機(jī)服務(wù)器部署為WindowsSerVer2016Datacenter版本，云桌面操作系統(tǒng)部署為Windows7SP164位企業(yè)版。

3結(jié)束語

基于云桌面的實(shí)驗(yàn)室虛擬化管理與應(yīng)用滿足數(shù)字媒體專業(yè)各種課程系統(tǒng)的應(yīng)用需求，并且用戶管理可以響應(yīng)不同實(shí)驗(yàn)環(huán)境中的變化。建立靈活有效的平臺將大大有助于改革實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)，為實(shí)驗(yàn)室管理員簡化實(shí)驗(yàn)室的操作和維護(hù)，并有效地使用新舊硬件。同時，應(yīng)通過各種專業(yè)的實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)課程，不斷教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用對虛擬云桌面技術(shù)完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理。

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作者:王軍 李軍 單位:西安翻譯學(xué)院