多媒体教室管理中虚拟技术的应用

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摘要：本文根据虚拟化技术，按照多媒体教室管理和授课教师的要求，构建基于VMware的虚拟化技术多媒体教室管理的平台，重点探索服务器虚拟化、桌面虚拟化和网络虚拟化。利用该虚拟平台，可以在服务器进行多媒体课室的电脑维护工作，降低了管理成本，提高了工作效率。

关键词：云计算；桌面虚拟化；多媒体教学；VMwarevSpher

1引言

近年来，数字化校园日趋完善，大多数校园网速达到百兆到桌面。这为教学搭建了强大的技术平台，提供了良好的教学环境。运用多媒体设备进行现代化教学成为新型的教学模式。肇庆学院数字化校园建设现阶段投入一千多万元，现在已经基本完工，总体规划分为三期，分别是：第一期，数字化校园初步形成；第二期，数字化校园基本完善；第三期，数字化校园达到国内同类院校先进水平。在校园局域网外的教师，可以通过统一数字平台或VPN登陆，共享校园网资源。肇庆学院多媒体教室的数量也从几十间，发展到现在的200多间。由于管理人员不足，多媒体教室分散在6栋不同的教学楼，给管理带来不少困难。IT构架简化，带来的好处是终端设备采购成本降低。例如，一个瘦客户端的采购成本比PC价格便宜一半左右，瘦客户端的报废周期一般6-8年，比PC报废周期长，大大延长使用周期。只要外设可用，就可以转化为普通的终端。因此，研究并设计一套基于VMwareView桌面虚拟化方案，解决多媒体教室客户端是一个很好的办法。学校格外重视信息化建设的资金投入，从电信公司已经接入万兆带宽光钎，服务器端采用千兆部暑，接入交换机上联保证千兆带宽，有线局域网内百兆到桌面。建设项目得到实施。信息化建设总体构架如图1所示。

2云计算和虚拟技术

2.1云计算概念

通常用云来表示互联网，而云计算是基于互联网的计算，使软件和信息资源的共享按需分配给所需的计算机和其它设备。根据教育信息化发展趋势，对现有信息资源的优化，建立云计算“资源池”。创建高效、安全的新一代数据中心架构，让管理人员减轻运维工作。按照云计算服务模式，可以分成三大类：基础设施服务层、平台服务层和软件应用服务层。

2.2云计算的关键技术

虚拟化技术是将计算机的各种实体资源，包括硬件、软件、网络和存储等抽象转换后一一隔离的技术。用户可以更好、更方便地应用这些资源，把软件和硬件融合为一体。

2.3多媒体教室云桌面系统

云桌面系统是基于云计算的虚拟桌面，利用虚拟化技术，将服务器、网络和存储等集群化，实现基础设施、云桌面和应用等资源共享，在数据中心对其进行集中管理和部署[1]。计算机的桌面能存储和运行在云端，通过远程协议，用户可以利用各种终端设备访问该桌面。

3基于VMware的虚拟技术

3.1桌面虚拟化技术

桌面虚拟化是在物理服务器上安装虚拟主机系统，由虚拟主机系统模拟出操作系统运行所需要的硬件资源，如CPU、内存、网卡、存储等[2]。目前主要采用主流的VirtualDesktopInfrastructure(VDI)架构方式[3]。桌面虚拟化技术是在一个服务器上安装若干个独立的操作系统，根据专有的虚拟桌面协议分配给若干个终端用户。每个用户凭账号密码通过网络即可随时随地访问自己的桌面操作系统。如图2所示。

3.2VMwarevSphere与服务器虚拟化

VMwarevSphere是成熟领先的虚拟化平台之一，是当前主流虚拟化平台。VMware公司已经将大型机开发的虚拟化技术引入到X86架构的普通个人电脑领域，而且占有较大的市场份额。目前全球服务器虚拟化有超过65%采用的是该产品。VMware基础架构虚拟化套件VI(VMwareInfrastructure)，为服务器虚拟化和管理提供所需的软件，包括：Vmotion、VMwareDistributedResourceScheduler(DRS)和VMwareHighApplicability(HA)等。

3.3VMwarevSphere工作原理

运行在物理机的硬件和操作系统之间插入一层软件，该层软件通常叫做虚拟机监视器(VirtualMachineMonitor,VMM)。它把存储器、内存、CPU和网络等服务器物理硬件隔离开来，抽象成逻辑资源，这样就能打破硬件实体结构间的不可切割的障碍，变成可以动态管理的“资源池”[4]。可以在一台物理服务器上同时运行多个操作系统，让一台服务器变成几台甚至几十台相互隔离的虚拟服务器，简化系统管理，提高资源的利用率。如图3所示。

4虚拟化方案设计与实施

4.1总体部署框架

按照多媒体教室使用年限和设备周期寿命特点，工程分批完成，本期项目第一批改建的是第一教学楼的85间多媒体教室。基于VMwareView构建虚拟桌面方案，多个用户桌面以虚拟机的形式独立运行，彼此隔离，同时共享CPU、内存、网络和存储器等底层物理硬件资源。每个用户都拥有自己的操作系统。可以采用链接克隆技术来快速配备所需的虚拟桌面[5]，减少设备应用的维护和管理工作。按照虚拟化的理论,总体部署分为三部分：服务器虚拟化、网络虚拟化和存储虚拟化[6]。

4.2使用环境分析

本期项目中，85间多媒体教室终端节点的桌面客户端，计算资源需求分析如表1所示。 实际设计时，需要对用户的实际使用环境进行调研，匹配每桌面需要的资源情况。

4.3服务器虚拟化规划方案

根据改装85间多媒体的实际情况，数据中心服务器虚拟化的规划主要是适当增设新的设备，利用VMwarevSphere对物理资源作统筹布设。首先需要对即将布设虚拟化的服务器硬件资源进行统计和评估，包括CPU、内存和磁盘容量等。在计算资源设计时，每路物理CPU有多核，每核可以配置成8个vCPU。由于规划每个虚拟桌面要配置2个vCPU，因此，每核可支撑4个虚拟桌面。如按照2路6核CPU的服务器容量，每台服务器可支撑48个桌面。若考虑85个虚拟桌面的并发使用率为80%，需要配置的服务器数量为：服务器数量=85×80%÷48=1.4，共需要配置2台服务器。建议每台服务器内存的利用率为90%，因此每台服务器实际需要配置的内存大小为：4GB×64÷90%=284GB。考虑到高负载时的迁移和高可靠性的需求，建议增加1台服务器。服务器多余的CPU容量可用于后续的扩容，以及高负载时的迁移，实现高可靠性。如表2所示。安装VMwarevCenterClient用于访问服务器的微机只需普通计算机即可。在本项目中采用的是戴尔OptiPlex390台式电脑，配置为：Intel奔腾双核G630，标配4GBDDR3内存，500GB7200转SATA3硬盘，DVD刻录机。

4.4存储虚拟化规划方案

（1）云桌面存储需求存储资源的需求分析主要来自于两方面：IOPS需求和存储容量需求。在进行正常读写时，Win8桌面环境每桌面的IOPS一般为10-20，在启动的高峰期，可按照30计算。85个桌面、80%并发需求的IOPS如下：IOPS=85×80%×30=2040。存储基于使用上的差异，结合桌面的技术特点，可采取SSD存储和通用磁盘存储结合的方式来进行设计。存储85个桌面，按10个桌面模板（每模板20GB空间）规划SSD存储容量，所需的存储容量如下：SSD存储空间=20GB×10=200GB。用户数据按10GB计算存储空间，通用磁盘存储空间计算如下：用户数据：20GB*85＝1700GB。桌面Logs：100MB*85＝8.5GB。临时空间：4GB*85＝340GB（vswap，考虑到如果虚拟机没有关闭）。用户系统及应用程序：20GB*50%*85＝850GB（克隆链接，LinkClone技术至少可节约50%磁盘空间）。桌面基础架构服务器：150GB。以上共需存储空间约为3248GB；按30%增加计算总共空间为4223GB。（2）门禁系统存储需求门禁系统管理服务器采用虚拟机，Windows操作系统和SQLServer数据库，总共需要40GB磁盘空间即可。（3）视频监控存储需求视频监控存储采用集中存储备份的方式。视频监控中心采集前端摄像所有的图像网络信号，要求7×24小时，30天以内实时存储数据。在H.264压缩方式下，960P格式（1280*960）1路视频大约需要码流为4Mbps。总控制中心按照85路视频24小时不间断录像，存储30天960P（1280*960）需要配置硬盘容量为：4Mbps÷8bit×3600s×24h÷1024×30天×85路≈72TB。按照每块硬盘3TB计算，共需要配置24块硬盘才能满足系统存储30天的需要。需要4台16路和1台24路高清存储主机才能满足系统的录像要求（每台接入16路/24路高清视频信号）。具体如表3所示。

4.5网络虚拟化规划方案

桌面虚拟化需求桌面虚拟化方案中，客户端与托管的虚拟桌面间采用PC-over-IP协议连接。为了达到较流畅的体验效果，每个客户端平均需要带宽如下：PCoIP：50-200kbps。A桌面设备接入（1）部门级交换机与汇聚交换机之间采用100M网络连接。（2）客户端与交换机之间采用100M网络连接。B虚拟化基础服务器和汇聚交换机间网络连接。虚拟化基础服务器和汇聚交换机间的网络带宽需求为所有客户端需求的总和。以每个用户播放视频时2Mbps计算，85个用户（学校全部教室和机房同时使用计算）需要170Mbps以上的同时并发带宽。考虑到将来要扩容和大文件拷贝速度需求，方案使用1000Mbps主干，100M到桌面方案，可以满足网络需求。桌面云通过网络实现用户通过终端对桌面环境的访问，网络承载用来传输桌面环境的协议为RDP和PcoIP。两者的适用范围如下：（1）RDP应足以满足LAN用户的需求。（2）PCoIP更适用于高延迟网络，还可以改善LAN用户的视频和多媒体使用体验。考虑到本期项目教室监控有视频和多媒体的使用，因此统一选择使用PCoIP协议。在网络中部署QoS时也更容易制定策略。

5虚拟化成果

针对教学对象个性化的特殊要求的场景特点，桌面虚拟化的应用带来更可靠的管理和更低的总体成本。利用一些专业的软件工具辅助，对虚拟化后的系统的性能做量化评估，检视系统的CPU、内存、磁盘和网络等各项性能指标，并进行实时监控。同时可查看这些设备的利用率。（1）业务的快速迁移。500G的业务从某一服务器迁移到另一固定服务器，只需2--3分钟的时间。（2）所有的云资源情况一清二楚。云资源如图3所示。（3）教师用户资源申请，简便快捷。用户资源申请如图4所示。（4）可以实现所有的云资源的故障告警。（5）离线桌面。离线桌面是VMwareView中的一项正式支持功能。把虚拟桌面签出到本地端点并加密，如果网络断开，还可以访问桌面、应用程序和数据；如果网络接通将更改签入到数据中心进行重新同步。将IT安全扩展到本地桌面。保证教师课堂教学不因断网而受影响。多媒体课室虚拟化管理，使服务器CPU平均利用率可以提升至70%以上。由于操作系统与服务器硬件是相隔离的，这使应用程序兼容性问题得到解决。通过模块软件可以进行各项应用的快速部署。通过远程控制可以不必到课室进行管理和维护。通过实时迁移功能可以把有故障的虚拟机迁移到其它物理机上。网络虚拟化使得虚拟网络与其他的虚拟网络从底层物理网络隔离，网络安全得到进一步的提高。

6结束语

将个人计算机的桌面操作系统进行虚拟化，与计算机运行环境进行分离，用户可以实现桌面系统远程动态访问，以及由数据中心统一托管。对于多媒体教学设备管理的改进和教师课堂教学手段的提高都取得了满意的效果。

参考文献

[1]盛雯雯,李家峰.基于桌面虚拟化的多媒体机房设计：桌面虚拟化引导机房建设革命.硅谷,2011(18):48

[2]阮建华.桌面虚拟技术在高校实验机房中的应用.福建商业高等专科学校学报,2012(04):101-105

[3]黄金敢.高校教学环境中桌面云架构研究与实现.计算机技术与发展,2013(12):222-225

[4]王永起,祝文婧,李强.基于虚拟化技术的移动办公平台.中国信息化,2017(06):78-80

[5]张凯,杨再明,宋慧宁.桌面虚拟化在多媒体教室管理中的应用.实验技术与管理,2017(06):132-134

[6]赵晴,秦长征.运用云桌面技术提高网络维护能力的方案探讨.网规网优,2017(01):83-87

作者：梁志荣 单位：肇庆学院教务处