桌面虛擬化技術(shù)在高校機(jī)房中的應(yīng)用研究

1、    桌面虛擬化技術(shù)在高校機(jī)房中的應(yīng)用研究    摘要：隨著高校信息化建設(shè)的不斷推進(jìn)，對(duì)計(jì)算機(jī)機(jī)房的要求越來(lái)越高，面對(duì)高校龐大的計(jì)算機(jī)數(shù)目，機(jī)房的管理存在著或多或少的問(wèn)題。本文從當(dāng)前高校機(jī)房的現(xiàn)狀開(kāi)始分析，提出機(jī)房管理存在的問(wèn)題和限制，在簡(jiǎn)要介紹當(dāng)前云計(jì)算的一些基本情況后，研究將桌面虛擬化技術(shù)與傳統(tǒng)的高校機(jī)房管理如何有效的結(jié)合起來(lái)。關(guān)鍵詞：云計(jì)算，高校機(jī)房，信息化基金項(xiàng)目：上海財(cái)經(jīng)大學(xué)浙江學(xué)院院級(jí)課題項(xiàng)目資助。一、傳統(tǒng)機(jī)房管理存在的問(wèn)題近幾年，高校的信息化建設(shè)逐步推進(jìn)，信息化水平不斷提高。作為體現(xiàn)信息化水平重要的參考依據(jù)，高校計(jì)算機(jī)機(jī)房的建設(shè)一直都是信

2、息化建設(shè)的重點(diǎn)。根據(jù)教育部的相關(guān)規(guī)定，高校應(yīng)當(dāng)按照在校學(xué)生比例配備一定數(shù)量的計(jì)算機(jī)，以滿(mǎn)足科研和教學(xué)的要求，高校機(jī)房承擔(dān)了所有與計(jì)算機(jī)學(xué)科相關(guān)的實(shí)踐、教學(xué)、考試等任務(wù)，一定程度上影響了學(xué)校教學(xué)的成果，隨著計(jì)算機(jī)機(jī)房的重要性不斷提高，在管理的過(guò)程中，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)機(jī)房存在以下問(wèn)題。1.硬件配置不一，軟件運(yùn)維工作量大隨著高校擴(kuò)招，人數(shù)不斷增多，近幾年的高校機(jī)房計(jì)算機(jī)保有量都在一萬(wàn)臺(tái)以上，這些計(jì)算機(jī)一般都是批量在不同的時(shí)間采購(gòu)，新舊設(shè)備年限跨度相對(duì)較大，一部分臺(tái)式機(jī)硬件配置較為落后，已經(jīng)逐漸滿(mǎn)足不了如今功能越來(lái)越強(qiáng)大的科研教學(xué)軟件配置要求，很多軟件不得不使用較低的版本以減少系統(tǒng)的資源占用。使用低版本軟

3、件意味著存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)，由于低版本的應(yīng)用程序往往功能不是很全面，也間接影響了高校的科研和教學(xué)水平。從經(jīng)濟(jì)層面的角度來(lái)看，一次性更換所有落后終端將會(huì)帶來(lái)一筆不小的經(jīng)濟(jì)開(kāi)支，也會(huì)帶來(lái)高強(qiáng)度的運(yùn)維壓力(如配置操作系統(tǒng)、安裝教學(xué)軟件等等)。2.軟件正版率問(wèn)題依舊存在隨著信息化建設(shè)的不斷推進(jìn)，越來(lái)越多的辦公軟件、科研軟件以及教學(xué)軟件引入高校機(jī)房，這些軟件對(duì)加強(qiáng)高校機(jī)房信息化建設(shè)、提升科研教學(xué)能力起了非常重要的作用，然而，由于經(jīng)費(fèi)等復(fù)雜現(xiàn)實(shí)原因，當(dāng)前國(guó)內(nèi)高校機(jī)房中使用的軟件或多或少的存在使用非正版軟件的現(xiàn)象，并且這些軟件大多價(jià)格不菲，在國(guó)家提倡軟件正版化的趨勢(shì)下，如何解決軟件正版率問(wèn)題，是高校機(jī)

4、房建設(shè)的一大難題。二、云計(jì)算關(guān)鍵問(wèn)題和解決方案研究云計(jì)算是當(dāng)前計(jì)算機(jī)界炙手可熱的新興技術(shù)，近幾年更是霸占主流搜索引擎中的熱門(mén)詞匯，它所帶來(lái)的虛擬化技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的it基礎(chǔ)架構(gòu)帶來(lái)巨大的變革，更多的公司企業(yè)愿意引入虛擬化技術(shù)推動(dòng)信息化建設(shè)，桌面虛擬化則是其中最具商用價(jià)值的典型代表。圖1 虛擬桌面桌面虛擬化即虛擬桌面，又叫桌面云(見(jiàn)圖1)，它和傳統(tǒng)桌面的區(qū)別是，虛擬云技術(shù)將信息數(shù)據(jù)的處理、運(yùn)行、存儲(chǔ)都放在云端，用戶(hù)看到的是云端的桌面視圖，通過(guò)桌面交付協(xié)議在用戶(hù)的個(gè)人終端上顯示，云端接收到用戶(hù)鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等動(dòng)作，及時(shí)處理并通過(guò)桌面視圖反饋回用戶(hù)。虛擬桌面不會(huì)影響用戶(hù)體驗(yàn)，在用戶(hù)看來(lái)，這一切都是透明的，仿佛

5、是在自己的個(gè)人電腦上操作一樣。1.桌面云技術(shù)關(guān)鍵問(wèn)題要在高校機(jī)房中應(yīng)用桌面虛擬化技術(shù)，關(guān)鍵是如何運(yùn)維管理虛擬桌面平臺(tái)，讓員工獲得和本地計(jì)算機(jī)桌面一樣的用戶(hù)體驗(yàn)，重點(diǎn)是以下幾個(gè)問(wèn)題：桌面云架構(gòu)的選擇；虛擬桌面管理與分配策略；用戶(hù)虛擬桌面性能監(jiān)控；用戶(hù)虛擬桌面性能分析與優(yōu)化。2.桌面云架構(gòu)的選擇部署桌面云系統(tǒng)，首先涉及到桌面云架構(gòu)的選擇，當(dāng)前比較成熟的兩個(gè)桌面虛擬化的公司分別是vmware和citrix。citrix公司是業(yè)內(nèi)最早研發(fā)虛擬桌面的企業(yè)之一，它提供的產(chǎn)品xendesktop是一款成熟的桌面云解決方案，其主要優(yōu)勢(shì)是使用自己開(kāi)發(fā)的ica協(xié)議，采用citrix hdx為使用者提供流暢的用戶(hù)體

6、驗(yàn)。vmware公司在國(guó)內(nèi)早已是耳熟能詳?shù)膶?zhuān)注于虛擬化的一家科技公司，其帶來(lái)的虛擬化桌面解決方案vmware view架構(gòu)如圖2所示。vmware view是一個(gè)企業(yè)級(jí)的桌面虛擬化解決方案，它與自己的vmware vsphere 4協(xié)同工作，給用戶(hù)提供的是一個(gè)完整的端到端的解決方案。圖2 vmware view架構(gòu)vmware view相比xendesktop具有部署簡(jiǎn)潔、安裝快速、管理復(fù)雜度低的特點(diǎn)，比較適合在高校機(jī)房中計(jì)劃和部署。3.虛擬桌面管理與分配策略虛擬桌面管理策略：指定云端的服務(wù)器的詳細(xì)參數(shù)和權(quán)限；桌面資源池中需要始終保持一定數(shù)量的桌面為啟動(dòng)狀態(tài)，以便在用戶(hù)請(qǐng)求連接時(shí)保證桌面云的快

7、速響應(yīng)速度，其他未使用的桌面則設(shè)置為關(guān)閉狀態(tài)(維護(hù)模式例外)。使用者關(guān)閉注銷(xiāo)虛擬桌面后，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同類(lèi)型的虛擬桌面(共享還是專(zhuān)用)，來(lái)決定如何操作(重啟、掛起還是關(guān)閉)。虛擬桌面分配策略：接收到創(chuàng)建虛擬桌面的請(qǐng)求，請(qǐng)求中包括名稱(chēng)、類(lèi)型、描述、數(shù)量、id號(hào)等參數(shù)。根據(jù)該請(qǐng)求的各項(xiàng)參數(shù)，在桌面云數(shù)據(jù)庫(kù)中自動(dòng)生成一項(xiàng)虛擬桌面記錄并將初始狀態(tài)設(shè)置為關(guān)閉狀態(tài)。根據(jù)用戶(hù)的請(qǐng)求，將桌面池中符合條件的虛擬桌面分配給用戶(hù)，并將該虛擬桌面設(shè)置為啟動(dòng)。4.用戶(hù)虛擬桌面性能監(jiān)控在高校機(jī)房中，我們對(duì)用戶(hù)虛擬桌面進(jìn)行監(jiān)控，主要是為了以下三個(gè)目的：當(dāng)虛擬桌面出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，以便管理員可以快速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題原因，及時(shí)處理；為將來(lái)針對(duì)桌

8、面云系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘提供樣本數(shù)據(jù)；減少管理人員的運(yùn)維工作量，提高虛擬桌面使用者的用戶(hù)體驗(yàn)。用戶(hù)虛擬桌面性能監(jiān)控，我們重點(diǎn)監(jiān)控四個(gè)指標(biāo)：cpu：監(jiān)控cpu利用率等cpu占用情況；內(nèi)存：監(jiān)控內(nèi)存利用率等內(nèi)存使用情況；磁盤(pán)：監(jiān)控磁盤(pán)讀寫(xiě)時(shí)間、讀寫(xiě)速率等磁盤(pán)使用情況；網(wǎng)絡(luò)：監(jiān)控整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率、丟包率、利用率等使用情況。5.用戶(hù)虛擬桌面性能分析與優(yōu)化(1)建模用戶(hù)的性能數(shù)據(jù)對(duì)監(jiān)控獲得的性能數(shù)據(jù)，我們要對(duì)其數(shù)學(xué)量化和建模，性能數(shù)據(jù)可以表示為三元組t，u，s，其中u表示用戶(hù)，t表示時(shí)間，s表示性能(cpu、內(nèi)存、磁盤(pán)、網(wǎng)絡(luò))。隨機(jī)抽取t個(gè)時(shí)間段，針對(duì)每個(gè)時(shí)間段內(nèi)的每位用戶(hù)提取n條記錄作為一個(gè)樣

9、本，記為xti=rn×1，t=1，2t，然后針對(duì)這些樣本進(jìn)行分析。(2)根據(jù)聚類(lèi)算法將性能數(shù)據(jù)劃分為三類(lèi)得到樣本數(shù)據(jù)后，我們采用經(jīng)典聚類(lèi)算法k-means將這些樣本數(shù)據(jù)聚成三類(lèi)，分別為資源分配過(guò)量、資源分配不足和資源分配適當(dāng)。首先，從這些樣本中，隨機(jī)選取xi，xj，xk作為初始聚類(lèi)中心u1，u2，u3。對(duì)每一個(gè)樣本xi，都計(jì)算其到每一類(lèi)中心的距離，公式為：d1(xi)=|xi-u1|2 (l=1,2,3)根據(jù)d1(xi)，判斷樣本xi的屬類(lèi)，公式為：重新計(jì)算每類(lèi)的中心，公式為：其中：用函數(shù)來(lái)判斷樣本是否已經(jīng)收斂，若收斂，結(jié)束算法，否則，跳轉(zhuǎn)到第步繼續(xù)進(jìn)行操作。(3)判斷用戶(hù)使用虛擬資

10、源情況通過(guò)聚類(lèi)算法收斂，得到樣本的聚類(lèi)結(jié)果之后，需要判斷各類(lèi)的具體類(lèi)型，我們引入函數(shù)p(1)：其判斷方法如下：其中i=1，2，3，si表示當(dāng)前分配給第i個(gè)用戶(hù)的資源數(shù)目，irn×1的全1向量，為閾值，可以根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料和各高校機(jī)房實(shí)際使用情況進(jìn)行確定和調(diào)整。判別結(jié)果分類(lèi)如表1所示。表1 判別結(jié)果分類(lèi)類(lèi)別結(jié)果第一類(lèi)資源分配過(guò)量第二類(lèi)資源分配適當(dāng)?shù)谌?lèi)資源分配不足(4)優(yōu)化用戶(hù)虛擬桌面性能根據(jù)判別結(jié)果優(yōu)化用戶(hù)虛擬桌面資源分配，再對(duì)調(diào)整后的用戶(hù)虛擬桌面進(jìn)行性能分析，確定是否達(dá)到資源分配適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)，整個(gè)性能分析流程見(jiàn)圖3。圖3 性能分析流程三、桌面虛擬化對(duì)高校機(jī)房的應(yīng)用價(jià)值1.解決電腦硬件

11、配置問(wèn)題，提高運(yùn)維效率部署了桌面云技術(shù)后，使用虛擬應(yīng)用桌面取代傳統(tǒng)電腦，由于辦公應(yīng)用的運(yùn)行、使用，數(shù)據(jù)的計(jì)算都在云端完成，對(duì)桌面終端的硬件要求大大降低，教職工和學(xué)生可以流暢使用某些配置要求高的軟件應(yīng)用，不受本地桌面終端配置的影響。由于桌面云采用的是虛擬化技術(shù)，操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和硬件都被虛擬為資源池，所有的資源都是從“云”中按需索取的，因此在虛擬桌面中不存在兼容性問(wèn)題，原本在windows xp中不能運(yùn)行的軟件，在虛擬桌面中一樣可以正常使用，為教學(xué)和科研辦公提供了極大便利。在桌面云環(huán)境下，虛擬桌面的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序是由管理者統(tǒng)一在后臺(tái)的服務(wù)器進(jìn)行安裝管理的，用戶(hù)可以自主選擇需要的軟件，這讓虛

12、擬桌面系統(tǒng)更好的滿(mǎn)足了不同教學(xué)科研需求，同時(shí)，接入虛擬桌面系統(tǒng)的終端設(shè)備結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，故障率相對(duì)比較低，基本上就不需要日常的維護(hù)，極大的減少了硬件維護(hù)的工作量。使用桌面云后，信息運(yùn)維人員可以同時(shí)管理運(yùn)維所有桌面終端，對(duì)于一款辦公軟件，只需要在“云端”安裝，用戶(hù)即可在自己的桌面終端上使用運(yùn)行，不再需要運(yùn)維人員去每臺(tái)電腦上重復(fù)安裝，極大提升了運(yùn)維效率。2.提高軟件正版率，確保軟件使用無(wú)盜版絕大多數(shù)正版軟件，都有安裝次數(shù)限制，在當(dāng)前運(yùn)維模式下，要想提高軟件正版率，必須在機(jī)房所有電腦上安裝，因此，同一套軟件必須重復(fù)購(gòu)買(mǎi)很多套，對(duì)于高校機(jī)房動(dòng)輒上萬(wàn)的電腦數(shù)量，并且所需辦公軟件、科研軟件、教學(xué)軟件數(shù)目

13、龐大，這無(wú)疑是一筆不小的成本支出。桌面云技術(shù)可以在保證軟件正版率的同時(shí)節(jié)省經(jīng)費(fèi)開(kāi)支，對(duì)于一款辦公軟件，只需要購(gòu)買(mǎi)一套部署在“云端”即可全部使用，避免了不必要的重復(fù)購(gòu)買(mǎi)，提高了經(jīng)濟(jì)效益。參考文獻(xiàn)：1金潔.虛擬桌面管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析d.南京：南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2013.2miller k, peqah m. virtualization: virtual at the desk-topc. proceedings of the 35th annual acm siguccs fall conference. acm, 2007: 255-260.3zaid haiman, emilio fuente