計算機實驗室桌面虛擬化建設及應用

時間:2022-08-23 10:33:39

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計算機實驗室桌面虛擬化建設及應用

1目前實驗室存在的問題

傳統(tǒng)實驗室主要存在以下問題,實驗室內PC機數(shù)量多、型號不統(tǒng)一維護難度大。需要安裝的教學軟件也在不斷地增加,軟件安裝與運行環(huán)境要求不同。在日常維護管理工作過程中有許多的問題暴露出來,保護卡不能滿足當下的需要。1.1軟件部署。每一學期開設的專業(yè)更加細化,軟件都在不斷地增加,每個學期都要更具實驗室課程重新部署相關課程的軟件。軟件需要的配置環(huán)境不同,需要多種操作系統(tǒng),每個系統(tǒng)下發(fā)都需要大量時間。個別應用會發(fā)生軟件沖突問題,如果發(fā)生軟件沖突,保護卡防護模式很難快速恢復。有些時候需要在上課前快速安裝部署軟件,由于還原系統(tǒng)內部設計缺陷需要下發(fā)整個系統(tǒng)鏡像,短時間內無法快速完成??寺r間較長需要拿出一整塊的時間來維護系統(tǒng),工作時間都有課程的安排,很難找到一整塊時間進行教室電腦系統(tǒng)維護,只能利用中午休息或深夜進行維護,維護人員做的重復性工作較多。1.2硬件配置。實驗室規(guī)模在不斷地擴大,機器數(shù)量不斷的增多,分批次采購計算機品牌、型號不同,新舊各異,老機器硬件限制系統(tǒng)的升級,相同的軟件需要對不同型號、品牌計算機制作不同的樣板機。實驗室計算機使用時間長,頻率高,設備老化快,硬件設備故障頻發(fā)。計算機硬件損壞更新后,很多硬件不兼容保護卡?,F(xiàn)有的保護模式無法滿足復雜網(wǎng)絡情況,一般高效的實驗室的網(wǎng)絡都非常復雜,網(wǎng)絡帶寬從10M到1000M不等,并且由于每棟樓都是單獨的網(wǎng)段,所以多媒體教室都是跨網(wǎng)段結構,用保護卡根本無法跨網(wǎng)段傳輸。1.3安全性。實驗室使用人員多,計算機知識參差不齊在使用USB外設的過程中增加了中病毒的幾率,有時還會感染ARP和穿透型病毒,使得整個實驗室癱瘓。傳統(tǒng)的保護卡防護模式做不到全面的安全防護。

2DAWNSTOR虛擬化桌面應用

2.1DAWNSTOR虛擬桌面系統(tǒng)。DAWNSTOR快速預置基于Windows桌面,讓師生任何設備便捷的訪問所需要的內容。管理者可以在多用戶,用戶多需求的情況下集中管理,統(tǒng)一配置。及時推送不同環(huán)境的需求,為師生統(tǒng)一的軟件部署、版本升級、系統(tǒng)遠程、軟件調試、遠程診斷等服務。在原有設備建立一個高能、便捷的管理結構,整合先前分散化的計算機,集中管理和控制。2.2DAWNSTOR虛擬桌面系統(tǒng)的特點。1)更加集中管理由于教學方案的不同,所需要實驗軟件也不一樣,導致各個實驗軟件的運行環(huán)境不同實,維護管理人員需要每個機房安裝不同的系統(tǒng)環(huán)境和實驗軟件效率低、消耗大量人力,直接影響到教學秩序。DAWNSTOR系統(tǒng)實現(xiàn)了集中管理,單獨控制的功能,消除了分散式管理的弊端。在DAWNSTOR的服務器控制平臺上可以直觀地看到每個學生的使用狀態(tài),在使用中遇到問題可以從平臺上控制學生機器。可以把原來分散在各個機房的點有效的控制起來、集中式的管理。運維管理人員可以在DAWN⁃STOR平臺單點操控實驗室計算機的環(huán)境,新增機器直接下發(fā)環(huán)境即可。2)快速應用升級和更新補丁DAWNSTOR系統(tǒng)對于修補Windows系統(tǒng)漏洞,更新病毒庫是非常的便捷,維護人員在自己的電腦旁就可以完成,實驗室全部計算機下一次啟動生效,避免了感染病毒的風險,提高了計算機的安全性。應用升級只需要在實驗室任意地找一臺計算機安裝新的應用,應用升級完成后,服務器也更新結束,剩余的計算機正常開機就會看到新的應用。不需要像保護卡模式同步傳輸一個系統(tǒng)。3)無需同傳一般情況下DAWNSTOR不需要對計算機進行Windows系統(tǒng)維護,節(jié)約了Windows系統(tǒng)維護的時間和同傳的時間。DAWNSTOR系統(tǒng)只有給計算機部署操作系統(tǒng)時才會采用分組廣播的模式下發(fā)操作系統(tǒng),可以比保護卡模式節(jié)省60%時間。4)支持啟動多種系統(tǒng)DAWNSTOR系統(tǒng)擁有系統(tǒng)容器,可以在教學需要的某種系統(tǒng)地同時運行人員下發(fā)所需要的系統(tǒng)。學生開機后自動推送到學生面前。5)多樣化的用戶使用體驗可以為教師、學生、教學、考試在DAWNSTOR系統(tǒng)定制不同的桌面,通過簡單的設定,開機后學生和教師可以自己選擇所需要的桌面。如果在考試期間,可以屏蔽其他桌面單獨顯示考試系統(tǒng),將考試系統(tǒng)推送到計算機。6)遠程維護診斷學生如果遇到一般性的問題,DAWNSTOR系統(tǒng)平臺可以直接根據(jù)機器名遠程協(xié)助,不需要到計算機旁維護,提高了工作效率。7)備份在部署新軟件的時候,系統(tǒng)會有很多原因導致崩潰例如應用的兼容性、病毒,系統(tǒng)只要回選上一個的節(jié)點就可以正常使用。8)網(wǎng)絡安全性DAWNSTOR系統(tǒng)提供了啟動還原、不還原、N次啟動后還原,每次還原都會從服務器加載一個新的系統(tǒng)。降低了因外設存儲感染導致的計算機中毒。9)支持兩種啟動方式支持網(wǎng)絡啟動和本地啟動,網(wǎng)絡啟動在遇到網(wǎng)絡問題或者服務器問題的時候可以切換到本地啟動,實現(xiàn)熱切換。服務器會給計算機提前下發(fā)相同系統(tǒng)鏡像,可以在網(wǎng)絡不暢的時候調用本地鏡像,保證教學的穩(wěn)定進行。10)完善的管理輔助服務運行人員可以對軟件、網(wǎng)站、USB設備、光驅統(tǒng)一管理,在不需要的時候選禁用。DAWNSTOR系統(tǒng)還有遠程開關機、同步時間、屏蔽網(wǎng)絡等功能。11)環(huán)境適應性DAWNSTOR系統(tǒng)可以支持跨虛擬局域網(wǎng)的網(wǎng)絡環(huán)境,根據(jù)BOOT啟動技術直接跨虛擬局域網(wǎng)啟動。學校的采購批次不一樣,學校的計算機種類不同,傳統(tǒng)的管理模式無法實現(xiàn)集中化管理。應用DAWNSTOR系統(tǒng)的虛擬化技術,可以解開硬件的束縛,只需要對兩種硬件差異較大的計算機多做一個鏡像即可。DAWNSTOR系統(tǒng)不使用保護卡,所以不存在不兼容保護卡的問題。12)節(jié)省應用授權經(jīng)費應用的授權不被固定的計算機占有,DAWNSTOR系統(tǒng)可以通過虛擬化技術按需分配軟件License,提高了軟件的有效利用率,節(jié)省應用的總成本。

3桌面虛擬化的結構

3.1桌面虛擬化。虛擬桌面應用主要包含三個關鍵技術,虛擬化技術、用戶個性化配置、桌面顯示協(xié)議。虛擬桌面是把所有的虛擬機運算集中在服務端進行,運用桌面顯示協(xié)議將桌面直接顯示到用戶面前,客戶端負者把輸入的數(shù)據(jù)傳送到服務器,顯示服務器傳輸來的輸出,客戶機本身不參與任何應用的計算,用戶體驗和本地PC機一樣。目前虛擬桌面技術架構常見的VOI和VDI。VDI(virtualdesktopinfrastructure)虛擬桌面基礎架構,是通過數(shù)據(jù)中心服務器的虛擬化,數(shù)據(jù)中心服務器批量創(chuàng)建虛擬機,虛擬機內部署需要的系統(tǒng)環(huán)境及其相關軟件,通過桌面顯示協(xié)議給使用者的瘦終端。但是VDI存在一定的局限性,對網(wǎng)絡的依賴性太大、對存儲性能要求高、不適用于對顯卡要求高的軟件。同時在大規(guī)模啟動的客戶機時,會出現(xiàn)“登錄風暴”。VOI(virtualOSinfrastructure)虛擬操作系統(tǒng)架構,將操作系統(tǒng)(OS)、應用軟件(APPS)、用戶資料(UserProfiles)分散的資源集中在平臺服務器統(tǒng)一管理、按需交付、安全存儲。將服務器虛擬化建造一個系統(tǒng)容器,容器內部署多個操作系統(tǒng),系統(tǒng)內安裝應用軟件。將操作系統(tǒng)看作應用,形成整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流下客戶端,儲存在客戶機的本地硬盤。實現(xiàn)了應用軟件交付提高到系統(tǒng)的標準化分發(fā)。將客戶機虛擬化,之前的操作系統(tǒng)被虛擬層替代,系統(tǒng)運行在客戶機的虛擬層之上,系統(tǒng)相當于之前的應用軟件。通過IVDP技術將系統(tǒng)和客戶機硬件固定關系中分離出來,實現(xiàn)系統(tǒng)的跨平臺交付??蛻魴C硬件和操作系統(tǒng)被管理平臺統(tǒng)一調配。系統(tǒng)計算運行在客戶機上,解決了VDI的顯卡要求高的軟件不能使用的問題和高度依賴網(wǎng)絡的問題。國內外供應商提供了多種解決方案,例如Citrix、VM⁃ware、OS-Easy、XenDesktop、華三、和信、DAWNSTOR。3.2系統(tǒng)鏡像。原理虛擬容器是VOI的底層基礎,將客戶端徹底虛擬化,建立一個虛擬容器池,虛擬容器池上安裝各種教學所需要的操作系統(tǒng)。客戶端采用網(wǎng)絡啟動,使用者開機選擇需要的系統(tǒng),客戶端由虛擬容器發(fā)送到推送器,推送器到使用者面前。3.3虛擬系統(tǒng)緩存機制??蛻舳伺c服務器交互系統(tǒng)映射,統(tǒng)計映射數(shù)據(jù)是否重復訪問,如果重復訪問會將該片數(shù)據(jù)段轉儲到客戶端的硬盤,虛擬磁盤再次向服務器請求系統(tǒng)映射時,會先比對本地硬盤數(shù)據(jù)是否相同,如果數(shù)據(jù)相同直接調用,不再對服務器發(fā)出申請。在與服務器斷開時,將調用本地緩存,可以實現(xiàn)離線工作模式。3.4鏡像原理。圖3第一次安裝系統(tǒng)時,需要找一臺客戶端安裝一個純凈的操作系統(tǒng),完成后把操作系統(tǒng)到服務器上,生成基本鏡像。在基本鏡像的節(jié)點上在部署常用的教學軟件形成快照增量,快照增量和基本鏡像結合生成邏輯鏡像,其他客戶端選擇邏輯鏡像啟動,軟件自動到客戶端。這個邏輯鏡像在下一次安裝其他軟件時就是新的基礎鏡像。如果在軟件使用過程中出現(xiàn)問題可以切換到上一個基礎鏡像,保持客戶端的穩(wěn)定運行。3.5虛擬化項目實施所需網(wǎng)絡架構。桌面虛擬化需基于網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)的傳輸,安全、穩(wěn)定、快速的網(wǎng)絡是多媒體教室內客戶端進行數(shù)據(jù)交互的保證。在實施桌面虛擬化項目之前,應充分考慮網(wǎng)絡架構、樓宇鏈路、接入層的交換與傳輸能力。為了保證良好的用戶體驗,根據(jù)目前主流的桌面虛擬化對網(wǎng)絡的基本要求,數(shù)據(jù)中心服務器端之間采用雙鏈路冗余光纖交換機,以防服務器與存儲間因通信線路出故障而導致所有應用宕機。各個樓宇間要有一個千兆以上的上聯(lián),接入交換機的端口為全千兆。我校核心區(qū)域已部署2太銳捷RG-S8606核心交換機;在匯聚層部署有增強型SFP接口千兆交換機(銳捷RG-S5750)。銳捷RG-S5750通過光纖鏈路核心交換機,端口可進行萬兆上行,接入層交換機為全千兆銳捷RG-S2952G,交換機實現(xiàn)大容量業(yè)務數(shù)據(jù)的傳輸。核心匯聚層交換設備和各教學樓交換設備的數(shù)據(jù)交換能力分別達到了萬兆和千兆,完全可以滿足本次云桌面的部署。

4結束語

隨著高校的實驗教學更加被重視,計算機應用也更加的廣泛,為了給教學提供更優(yōu)質的體驗,就要不斷提升實驗教學的管理水平。網(wǎng)絡不在束縛著技術的腳步,虛擬桌面技術的出現(xiàn)徹底解決了這一矛盾。過去師生使用和管理綁定在機房內,隨著機房、計算機不斷地增加,管理工作體現(xiàn)出了分散化、復雜化。今天在虛擬桌面技術的幫助下師生們可以在任何連通校園網(wǎng)絡的任何設備的情況下都可以獲得PC一樣的體驗,管理也只需要維護服務即可。并且虛擬桌面技術能夠更好地保證數(shù)據(jù)安全,降低設備采購的成本。信息化建設的不斷加快,使得虛擬桌面技術迅速的發(fā)展。

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作者:李剛 單位:內蒙古財經(jīng)大學經(jīng)濟管理實驗實訓中心