基于云桌面的实验室虚拟化管理与应用研究
发布时间：2021-06-05
摘要：在信息水平不断提高的背景下，高效管理越来越智慧化。实验室作为高校研究的重要设施，通过实时云桌面的实验室虚拟化管理可以有效提高实验室管理效率，为学生提供更人性化的服务，并提高教学效果。本文对基于云桌面的实验室虚拟化管理与应用进行研究，以促进高校智慧校园的建设与发展。
关键词：云桌面;虚拟化;实验室管理;应用研究
1实验室管理现状
高校计算机实验室主要负责负责计算机实践、认知实习、课程开发、考试等任务。根据需求不同实验室的软件不兼容，且多数由于计算机配置的限制无法更新计算机软件。例如，专业的大数据分析软件如spss、Python、matlab等需要更大的主机内存和更高CPU频率，对显卡的需求则较低;但数字媒体创新实验室需要安装Adobe图形、视频软件以及建模软件，如Cinema4D，Unity等，也需要更好的显卡以进行渲染等操作。因此，当前实验室管理主要存在如下缺点：(1)计算机蓝屏是实验室管理员面临的最常见问题，且由于需求较多以及设备不足，计算机的运行速度通常较低。(2)部署计算机等级考试环境，特别是当前构建1+X课程信息的镜像布局，以及IP段不同于传统教学，软件更新和操作系统更换非常费时。(3)网络通常对设备组件的各类型号要求一致性较高，如果在维护机房期间更换了不兼容的设备，会导致还原卡无法同传。此外如果硬盘与软件包不兼容也无法实现同传，并且会出现蓝屏问题。(4)由于系统参数的更改第三方教学管理软件将无法安装或破解。学生不能实时共享教师机屏幕，也无法实现镜像控制。
由于以上问题，实验室管理在操作和维护方面具有构建桌面云的要求：主要有以下需求：(1)机房部署必须高效。与传统的前端交换机、主机、显示器和云桌面相比，云桌面联机过程非常快，要部署系统只需要创建一个云桌面映像。当前技术可以支持Web界面的自定义，只需登录Web界面即可编辑和创建镜像，创建新的用户组和相关课程并进行分发。云终端分发使用小盒子，方便随身携带。以120点PC部署为例，拆卸和安装机器Ghost和教程软件需要2-4天，部署120点云桌面只需4-6个小时，从而大大减少了部署时间，运维效率大大提高。(2)配置考试环境，以克服长期以来容错能力差的问题。一般在考试前一周部署考试环境。同传方法需要时间长，容错能力低。在IDV架构模式下，WEB界面执行模板镜像并支持多达1000个终端镜像下发，大大提高了工作效率。(3)终端系统问题容易解决。提供集中的统一管理平台，可以在各种情况下以统一的方式管理桌面、终端和用户。同时可以根据不同场景的不同需求按需分配，并结合场景的特点可以RD解决终端系统问题。为了加快定位速度，选择非常服务器虚拟终端系统映像还原，只需要重新启动终端即可恢复正常使用。(4)平台本身具有极好的可扩展性，可以满足实验室未来的扩展需求。
2基于云桌面的实验室虚拟化管理设计方案和部署
为了实现智慧校园的长期目标，实验室教学使用新一代的信息技术，例如虚拟化和云计算为教师和学生创造更好的教学环境。基于云桌面的实验室虚拟化管理可以为学生提供统一，开放和共享的教学资源。
2.1云桌面的设计目标
本设计使用MicrosoftRDS虚拟桌面技术改善实验室管理，该设计基于800个用户总规模和500个并发用户设计。虚拟桌面资源配置：4G内存、2vCPU、50GB系统空间和10GB用户存储空间。随后的资源扩展将逐渐发生，采用相同的管理结构，最终满足5000人的需求。平台建设完成后，将对整个实验室终端进行统一管理。本地终端将仅用于连接，并且计算任务将移至云桌面。同时满足学校信息安全的需求，并提高学生的积极性。
2.2云桌面部署方案的体系结构
基于云桌面的实验室体系结构包括4个模块级别：网络访问层，应用程序交付层，虚拟化资源层和应用程序层。
(1)网络访问层：用户通过RDWeb访问层组件界面登录云桌面平台，并使用SSL加密传输与数据中心进行交互，包括云桌面分发、虚拟应用程序访问、个人数据和配置文件的存储等。同时，安全策略用于对用户权限进行分组，以确保具有不同权限的用户具有个性化的云桌面登录权限。
(2)应用程序交付层：主要为用户提供云桌面和虚拟应用服务。应用程序交付层以云桌面和虚拟应用程序的形式向用户提供虚拟化资源，所有用户计算操作都在此级别上执行;同时负责将用户的个人数据和配置数据传递给虚拟化的资源层，并将执行结果传递给当前用户，不仅保证了用户数据的安全性，而且提高了数据中心的利用率。
(3)虚拟化资源层：虚拟化资源层使用服务器虚拟化，存储虚拟化，网络虚拟化和其他技术来统一提供各种云桌面应用程序所需的服务器、网络、存储和其他硬件资源。提供用于管理虚拟桌面、云应用程序、资源等的集成平台，此外，虚拟化层还提供了一些其他通用核心架构管理服务和整个架构所需的组件。
(4)应用程序层：该级别是现有学校管理和教学系统的支持平台。所有业务系统都可以在独立的虚拟化平台上运行，也可以移植为在这些业务系统上运行，改善云桌面虚拟化平台上的服务器利用率。
2.3部署云桌面
(1)硬件部署：整个平台使用2个H3CUIS工具箱，每个工具箱有16个H3CUIS服务器，共32个服务器。创建3个Hyper-V群集作为基础虚拟化支持平台，包括基础结构群集和2个虚拟桌面承载群集。
(2)网络部署：部署网络时，使用了三个网络分离的原理，即分离为管理网络、业务网络和存储网络。每个网络使用双上行链路，并连接到相应的交换机。每个服务器都有两个20GBE聚合虚拟端口，这些端口通过服务器背板交换机互连，外部通信通过交换机进行。因此，每个服务器的两个20GBE聚合端口被虚拟化为四个常规的10GB端口，并映射到服务器的操作系统。两个基础结构服务器网络的部署如下：每个服务器网络端口：4个万兆兆以太网端口，2个FC端口;管理网络：2个万兆以太网端口，迁移Hyper-V管理流量并执行计算机流量的实时虚拟化迁移;业务网络：2个万兆以太网端口，用于外部通信和服务供应的端口，以迁移基础架构虚拟机。存储网络：2个FC接口;加载RedMountainFC存储器以存储运行基础结构服务器所需的资源和存储空间。
(3)部署存储：FC-SAN存储包括RedMountainMS存储，总共448GB的双控制器高速缓存，16个960GSSD硬盘驱动器，64个6TBSAS机械驱动器，对基础结构、虚拟桌面、虚拟应用程序和数据提供存储服务。文件存储允许用户在云桌面模式下保存个性化配置和个人数据，分离配置文件、用户个人数据文件和操作系统磁盘。两个文件服务器虚拟机用于形成文件服务器群集，以向所有用户提供文件存储服务。配置文件和个人数据文件集中存储在文件服务器上，并且可以通过CIFS(通用Internet文件系统)网络共享进行访问。
(4)部署组件：包括两个部分：基本平台组件和虚拟桌面组件。基本平台组件主要包括Hyper-V服务器虚拟化;ActiveDirectoryMicrosoft的统一身份管理平台，用于集中式用户和计算机管理、统一身份验证等;DHCPServer动态IP地址分配协议，用于自动将IP地址分配给所有虚拟机。CAServer证书颁发机构，用于为整个云桌面平台颁发证书。文件服务器：用于存储用户个人文件，配置文件等。虚拟表面组件包括RD连接代理，用于部署，交付和管理虚拟桌面;RDWeb访问，用于允许用户登录到云桌面;RDVH虚拟化主机，用于托管所有虚拟桌面虚拟机;RD桌面网关，用于代理云桌面客户端和内部虚拟桌面之间的流量;RD桌面授权，用于为RDS虚拟桌面平台颁发许可证;RD桌面会话主机，用于提供共享的虚拟桌面。
(5)系统部署：基础架构操作系统和虚拟化主机服务器部署为WindowsSerVer2016Datacenter版本，云桌面操作系统部署为Windows7SP164位企业版。
3结束语
基于云桌面的实验室虚拟化管理与应用满足数字媒体专业各种课程系统的应用需求，并且用户管理可以响应不同实验环境中的变化。建立灵活有效的平台将大大有助于改革实验实践教学系统，为实验室管理员简化实验室的操作和维护，并有效地使用新旧硬件。同时，应通过各种专业的实验培训课程，不断教学与实际应用对虚拟云桌面技术完善实验教学与管理。——论文作者：王军，李军
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