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摘要:本文根據(jù)虛擬化技術(shù),按照多媒體教室管理和授課教師的要求,構(gòu)建基于VMware的虛擬化技術(shù)多媒體教室管理的平臺(tái),重點(diǎn)探索服務(wù)器虛擬化、桌面虛擬化和網(wǎng)絡(luò)虛擬化。利用該虛擬平臺(tái),可以在服務(wù)器進(jìn)行多媒體課室的電腦維護(hù)工作,降低了管理成本,提高了工作效率。
關(guān)鍵詞:云計(jì)算;桌面虛擬化;多媒體教學(xué);VMwarevSpher
1引言
近年來(lái),數(shù)字化校園日趨完善,大多數(shù)校園網(wǎng)速達(dá)到百兆到桌面。這為教學(xué)搭建了強(qiáng)大的技術(shù)平臺(tái),提供了良好的教學(xué)環(huán)境。運(yùn)用多媒體設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)代化教學(xué)成為新型的教學(xué)模式。肇慶學(xué)院數(shù)字化校園建設(shè)現(xiàn)階段投入一千多萬(wàn)元,現(xiàn)在已經(jīng)基本完工,總體規(guī)劃分為三期,分別是:第一期,數(shù)字化校園初步形成;第二期,數(shù)字化校園基本完善;第三期,數(shù)字化校園達(dá)到國(guó)內(nèi)同類(lèi)院校先進(jìn)水平。在校園局域網(wǎng)外的教師,可以通過(guò)統(tǒng)一數(shù)字平臺(tái)或VPN登陸,共享校園網(wǎng)資源。肇慶學(xué)院多媒體教室的數(shù)量也從幾十間,發(fā)展到現(xiàn)在的200多間。由于管理人員不足,多媒體教室分散在6棟不同的教學(xué)樓,給管理帶來(lái)不少困難。IT構(gòu)架簡(jiǎn)化,帶來(lái)的好處是終端設(shè)備采購(gòu)成本降低。例如,一個(gè)瘦客戶(hù)端的采購(gòu)成本比PC價(jià)格便宜一半左右,瘦客戶(hù)端的報(bào)廢周期一般6-8年,比PC報(bào)廢周期長(zhǎng),大大延長(zhǎng)使用周期。只要外設(shè)可用,就可以轉(zhuǎn)化為普通的終端。因此,研究并設(shè)計(jì)一套基于VMwareView桌面虛擬化方案,解決多媒體教室客戶(hù)端是一個(gè)很好的辦法。學(xué)校格外重視信息化建設(shè)的資金投入,從電信公司已經(jīng)接入萬(wàn)兆帶寬光釬,服務(wù)器端采用千兆部暑,接入交換機(jī)上聯(lián)保證千兆帶寬,有線局域網(wǎng)內(nèi)百兆到桌面。建設(shè)項(xiàng)目得到實(shí)施。信息化建設(shè)總體構(gòu)架如圖1所示。
2云計(jì)算和虛擬技術(shù)
2.1云計(jì)算概念
通常用云來(lái)表示互聯(lián)網(wǎng),而云計(jì)算是基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算,使軟件和信息資源的共享按需分配給所需的計(jì)算機(jī)和其它設(shè)備。根據(jù)教育信息化發(fā)展趨勢(shì),對(duì)現(xiàn)有信息資源的優(yōu)化,建立云計(jì)算“資源池”。創(chuàng)建高效、安全的新一代數(shù)據(jù)中心架構(gòu),讓管理人員減輕運(yùn)維工作。按照云計(jì)算服務(wù)模式,可以分成三大類(lèi):基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層、平臺(tái)服務(wù)層和軟件應(yīng)用服務(wù)層。
2.2云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)
虛擬化技術(shù)是將計(jì)算機(jī)的各種實(shí)體資源,包括硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)等抽象轉(zhuǎn)換后一一隔離的技術(shù)。用戶(hù)可以更好、更方便地應(yīng)用這些資源,把軟件和硬件融合為一體。
2.3多媒體教室云桌面系統(tǒng)
云桌面系統(tǒng)是基于云計(jì)算的虛擬桌面,利用虛擬化技術(shù),將服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)等集群化,實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施、云桌面和應(yīng)用等資源共享,在數(shù)據(jù)中心對(duì)其進(jìn)行集中管理和部署[1]。計(jì)算機(jī)的桌面能存儲(chǔ)和運(yùn)行在云端,通過(guò)遠(yuǎn)程協(xié)議,用戶(hù)可以利用各種終端設(shè)備訪問(wèn)該桌面。
3基于VMware的虛擬技術(shù)
3.1桌面虛擬化技術(shù)
桌面虛擬化是在物理服務(wù)器上安裝虛擬主機(jī)系統(tǒng),由虛擬主機(jī)系統(tǒng)模擬出操作系統(tǒng)運(yùn)行所需要的硬件資源,如CPU、內(nèi)存、網(wǎng)卡、存儲(chǔ)等[2]。目前主要采用主流的VirtualDesktopInfrastructure(VDI)架構(gòu)方式[3]。桌面虛擬化技術(shù)是在一個(gè)服務(wù)器上安裝若干個(gè)獨(dú)立的操作系統(tǒng),根據(jù)專(zhuān)有的虛擬桌面協(xié)議分配給若干個(gè)終端用戶(hù)。每個(gè)用戶(hù)憑賬號(hào)密碼通過(guò)網(wǎng)絡(luò)即可隨時(shí)隨地訪問(wèn)自己的桌面操作系統(tǒng)。如圖2所示。
3.2VMwarevSphere與服務(wù)器虛擬化
VMwarevSphere是成熟領(lǐng)先的虛擬化平臺(tái)之一,是當(dāng)前主流虛擬化平臺(tái)。VMware公司已經(jīng)將大型機(jī)開(kāi)發(fā)的虛擬化技術(shù)引入到X86架構(gòu)的普通個(gè)人電腦領(lǐng)域,而且占有較大的市場(chǎng)份額。目前全球服務(wù)器虛擬化有超過(guò)65%采用的是該產(chǎn)品。VMware基礎(chǔ)架構(gòu)虛擬化套件VI(VMwareInfrastructure),為服務(wù)器虛擬化和管理提供所需的軟件,包括:Vmotion、VMwareDistributedResourceScheduler(DRS)和VMwareHighApplicability(HA)等。
3.3VMwarevSphere工作原理
運(yùn)行在物理機(jī)的硬件和操作系統(tǒng)之間插入一層軟件,該層軟件通常叫做虛擬機(jī)監(jiān)視器(VirtualMachineMonitor,VMM)。它把存儲(chǔ)器、內(nèi)存、CPU和網(wǎng)絡(luò)等服務(wù)器物理硬件隔離開(kāi)來(lái),抽象成邏輯資源,這樣就能打破硬件實(shí)體結(jié)構(gòu)間的不可切割的障礙,變成可以動(dòng)態(tài)管理的“資源池”[4]??梢栽谝慌_(tái)物理服務(wù)器上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng),讓一臺(tái)服務(wù)器變成幾臺(tái)甚至幾十臺(tái)相互隔離的虛擬服務(wù)器,簡(jiǎn)化系統(tǒng)管理,提高資源的利用率。如圖3所示。
4虛擬化方案設(shè)計(jì)與實(shí)施
4.1總體部署框架
按照多媒體教室使用年限和設(shè)備周期壽命特點(diǎn),工程分批完成,本期項(xiàng)目第一批改建的是第一教學(xué)樓的85間多媒體教室?;赩MwareView構(gòu)建虛擬桌面方案,多個(gè)用戶(hù)桌面以虛擬機(jī)的形式獨(dú)立運(yùn)行,彼此隔離,同時(shí)共享CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)器等底層物理硬件資源。每個(gè)用戶(hù)都擁有自己的操作系統(tǒng)。可以采用鏈接克隆技術(shù)來(lái)快速配備所需的虛擬桌面[5],減少設(shè)備應(yīng)用的維護(hù)和管理工作。按照虛擬化的理論,總體部署分為三部分:服務(wù)器虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化和存儲(chǔ)虛擬化[6]。
4.2使用環(huán)境分析
本期項(xiàng)目中,85間多媒體教室終端節(jié)點(diǎn)的桌面客戶(hù)端,計(jì)算資源需求分析如表1所示。 實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí),需要對(duì)用戶(hù)的實(shí)際使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)研,匹配每桌面需要的資源情況。
4.3服務(wù)器虛擬化規(guī)劃方案
根據(jù)改裝85間多媒體的實(shí)際情況,數(shù)據(jù)中心服務(wù)器虛擬化的規(guī)劃主要是適當(dāng)增設(shè)新的設(shè)備,利用VMwarevSphere對(duì)物理資源作統(tǒng)籌布設(shè)。首先需要對(duì)即將布設(shè)虛擬化的服務(wù)器硬件資源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和評(píng)估,包括CPU、內(nèi)存和磁盤(pán)容量等。在計(jì)算資源設(shè)計(jì)時(shí),每路物理CPU有多核,每核可以配置成8個(gè)vCPU。由于規(guī)劃每個(gè)虛擬桌面要配置2個(gè)vCPU,因此,每核可支撐4個(gè)虛擬桌面。如按照2路6核CPU的服務(wù)器容量,每臺(tái)服務(wù)器可支撐48個(gè)桌面。若考慮85個(gè)虛擬桌面的并發(fā)使用率為80%,需要配置的服務(wù)器數(shù)量為:服務(wù)器數(shù)量=85×80%÷48=1.4,共需要配置2臺(tái)服務(wù)器。建議每臺(tái)服務(wù)器內(nèi)存的利用率為90%,因此每臺(tái)服務(wù)器實(shí)際需要配置的內(nèi)存大小為:4GB×64÷90%=284GB。考慮到高負(fù)載時(shí)的遷移和高可靠性的需求,建議增加1臺(tái)服務(wù)器。服務(wù)器多余的CPU容量可用于后續(xù)的擴(kuò)容,以及高負(fù)載時(shí)的遷移,實(shí)現(xiàn)高可靠性。如表2所示。安裝VMwarevCenterClient用于訪問(wèn)服務(wù)器的微機(jī)只需普通計(jì)算機(jī)即可。在本項(xiàng)目中采用的是戴爾OptiPlex390臺(tái)式電腦,配置為:Intel奔騰雙核G630,標(biāo)配4GBDDR3內(nèi)存,500GB7200轉(zhuǎn)SATA3硬盤(pán),DVD刻錄機(jī)。
4.4存儲(chǔ)虛擬化規(guī)劃方案
(1)云桌面存儲(chǔ)需求存儲(chǔ)資源的需求分析主要來(lái)自于兩方面:IOPS需求和存儲(chǔ)容量需求。在進(jìn)行正常讀寫(xiě)時(shí),Win8桌面環(huán)境每桌面的IOPS一般為10-20,在啟動(dòng)的高峰期,可按照30計(jì)算。85個(gè)桌面、80%并發(fā)需求的IOPS如下:IOPS=85×80%×30=2040。存儲(chǔ)基于使用上的差異,結(jié)合桌面的技術(shù)特點(diǎn),可采取SSD存儲(chǔ)和通用磁盤(pán)存儲(chǔ)結(jié)合的方式來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。存儲(chǔ)85個(gè)桌面,按10個(gè)桌面模板(每模板20GB空間)規(guī)劃SSD存儲(chǔ)容量,所需的存儲(chǔ)容量如下:SSD存儲(chǔ)空間=20GB×10=200GB。用戶(hù)數(shù)據(jù)按10GB計(jì)算存儲(chǔ)空間,通用磁盤(pán)存儲(chǔ)空間計(jì)算如下:用戶(hù)數(shù)據(jù):20GB*85=1700GB。桌面Logs:100MB*85=8.5GB。臨時(shí)空間:4GB*85=340GB(vswap,考慮到如果虛擬機(jī)沒(méi)有關(guān)閉)。用戶(hù)系統(tǒng)及應(yīng)用程序:20GB*50%*85=850GB(克隆鏈接,LinkClone技術(shù)至少可節(jié)約50%磁盤(pán)空間)。桌面基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)器:150GB。以上共需存儲(chǔ)空間約為3248GB;按30%增加計(jì)算總共空間為4223GB。(2)門(mén)禁系統(tǒng)存儲(chǔ)需求門(mén)禁系統(tǒng)管理服務(wù)器采用虛擬機(jī),Windows操作系統(tǒng)和SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù),總共需要40GB磁盤(pán)空間即可。(3)視頻監(jiān)控存儲(chǔ)需求視頻監(jiān)控存儲(chǔ)采用集中存儲(chǔ)備份的方式。視頻監(jiān)控中心采集前端攝像所有的圖像網(wǎng)絡(luò)信號(hào),要求7×24小時(shí),30天以?xún)?nèi)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。在H.264壓縮方式下,960P格式(1280*960)1路視頻大約需要碼流為4Mbps??偪刂浦行陌凑?5路視頻24小時(shí)不間斷錄像,存儲(chǔ)30天960P(1280*960)需要配置硬盤(pán)容量為:4Mbps÷8bit×3600s×24h÷1024×30天×85路≈72TB。按照每塊硬盤(pán)3TB計(jì)算,共需要配置24塊硬盤(pán)才能滿(mǎn)足系統(tǒng)存儲(chǔ)30天的需要。需要4臺(tái)16路和1臺(tái)24路高清存儲(chǔ)主機(jī)才能滿(mǎn)足系統(tǒng)的錄像要求(每臺(tái)接入16路/24路高清視頻信號(hào))。具體如表3所示。
4.5網(wǎng)絡(luò)虛擬化規(guī)劃方案
桌面虛擬化需求桌面虛擬化方案中,客戶(hù)端與托管的虛擬桌面間采用PC-over-IP協(xié)議連接。為了達(dá)到較流暢的體驗(yàn)效果,每個(gè)客戶(hù)端平均需要帶寬如下:PCoIP:50-200kbps。A桌面設(shè)備接入(1)部門(mén)級(jí)交換機(jī)與匯聚交換機(jī)之間采用100M網(wǎng)絡(luò)連接。(2)客戶(hù)端與交換機(jī)之間采用100M網(wǎng)絡(luò)連接。B虛擬化基礎(chǔ)服務(wù)器和匯聚交換機(jī)間網(wǎng)絡(luò)連接。虛擬化基礎(chǔ)服務(wù)器和匯聚交換機(jī)間的網(wǎng)絡(luò)帶寬需求為所有客戶(hù)端需求的總和。以每個(gè)用戶(hù)播放視頻時(shí)2Mbps計(jì)算,85個(gè)用戶(hù)(學(xué)校全部教室和機(jī)房同時(shí)使用計(jì)算)需要170Mbps以上的同時(shí)并發(fā)帶寬。考慮到將來(lái)要擴(kuò)容和大文件拷貝速度需求,方案使用1000Mbps主干,100M到桌面方案,可以滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)需求。桌面云通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)用戶(hù)通過(guò)終端對(duì)桌面環(huán)境的訪問(wèn),網(wǎng)絡(luò)承載用來(lái)傳輸桌面環(huán)境的協(xié)議為RDP和PcoIP。兩者的適用范圍如下:(1)RDP應(yīng)足以滿(mǎn)足LAN用戶(hù)的需求。(2)PCoIP更適用于高延遲網(wǎng)絡(luò),還可以改善LAN用戶(hù)的視頻和多媒體使用體驗(yàn)??紤]到本期項(xiàng)目教室監(jiān)控有視頻和多媒體的使用,因此統(tǒng)一選擇使用PCoIP協(xié)議。在網(wǎng)絡(luò)中部署QoS時(shí)也更容易制定策略。
5虛擬化成果
針對(duì)教學(xué)對(duì)象個(gè)性化的特殊要求的場(chǎng)景特點(diǎn),桌面虛擬化的應(yīng)用帶來(lái)更可靠的管理和更低的總體成本。利用一些專(zhuān)業(yè)的軟件工具輔助,對(duì)虛擬化后的系統(tǒng)的性能做量化評(píng)估,檢視系統(tǒng)的CPU、內(nèi)存、磁盤(pán)和網(wǎng)絡(luò)等各項(xiàng)性能指標(biāo),并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí)可查看這些設(shè)備的利用率。(1)業(yè)務(wù)的快速遷移。500G的業(yè)務(wù)從某一服務(wù)器遷移到另一固定服務(wù)器,只需2--3分鐘的時(shí)間。(2)所有的云資源情況一清二楚。云資源如圖3所示。(3)教師用戶(hù)資源申請(qǐng),簡(jiǎn)便快捷。用戶(hù)資源申請(qǐng)如圖4所示。(4)可以實(shí)現(xiàn)所有的云資源的故障告警。(5)離線桌面。離線桌面是VMwareView中的一項(xiàng)正式支持功能。把虛擬桌面簽出到本地端點(diǎn)并加密,如果網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi),還可以訪問(wèn)桌面、應(yīng)用程序和數(shù)據(jù);如果網(wǎng)絡(luò)接通將更改簽入到數(shù)據(jù)中心進(jìn)行重新同步。將IT安全擴(kuò)展到本地桌面。保證教師課堂教學(xué)不因斷網(wǎng)而受影響。多媒體課室虛擬化管理,使服務(wù)器CPU平均利用率可以提升至70%以上。由于操作系統(tǒng)與服務(wù)器硬件是相隔離的,這使應(yīng)用程序兼容性問(wèn)題得到解決。通過(guò)模塊軟件可以進(jìn)行各項(xiàng)應(yīng)用的快速部署。通過(guò)遠(yuǎn)程控制可以不必到課室進(jìn)行管理和維護(hù)。通過(guò)實(shí)時(shí)遷移功能可以把有故障的虛擬機(jī)遷移到其它物理機(jī)上。網(wǎng)絡(luò)虛擬化使得虛擬網(wǎng)絡(luò)與其他的虛擬網(wǎng)絡(luò)從底層物理網(wǎng)絡(luò)隔離,網(wǎng)絡(luò)安全得到進(jìn)一步的提高。
6結(jié)束語(yǔ)
將個(gè)人計(jì)算機(jī)的桌面操作系統(tǒng)進(jìn)行虛擬化,與計(jì)算機(jī)運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行分離,用戶(hù)可以實(shí)現(xiàn)桌面系統(tǒng)遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)訪問(wèn),以及由數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一托管。對(duì)于多媒體教學(xué)設(shè)備管理的改進(jìn)和教師課堂教學(xué)手段的提高都取得了滿(mǎn)意的效果。
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作者:梁志榮 單位:肇慶學(xué)院教務(wù)處
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