基于KVM技术的桌面云计算模式在高校应用与研究

　　摘要：随着信息化技术的日益发展与普及，越来越多的高校更倾向于信息化教学。在这个过程中，实验室管理员发现实验室的日常管理并不是那么得心应手。本文基于高校计算机实验室管理出现的一系列问题进行分析与研究，解释如何应用基于KVM技术的云桌面技术解决机房管理难度大、任务重、效率低等问题。

　　关键词：云计算,虚拟化桌面,KVM技术

　　0引言

　　随着时代的不断发展，信息化技术的研究已成为一大趋势，计算机应用早已普及到学校教学中。但在目前教学中大多采用的是传统老旧的模式，传统模式会导致数据资料流通不畅，难以统一管理等诸多问题。例如：机房客户端多，维护困难。

　　我们在检查电脑系统是否有问题时需要逐台的去处理，有时部分电脑会出现我们无法处理的故障，而实验室管理人员恰巧又不在场，就无法及时处理计算机故障。当计算机的硬件不能满足软件的运转需求时，管理人员则需要更新系统或者更换硬件。教学系统管理困难，更新缓慢，数据分散性强，不易于管理。教师在通过计算机实验室进行教学时存在着各种各样的教学问题，例如组织效率差，资源利用率不高，教学环节中师生互动性差，难以有效管理和控制教学过程、评测学生学习效果等问题。

　　同时，对于实验室的业务部署也非常困难，仅仅是系统更新或应用软件的安装，都会常常花费管理人员数小时的工作时间，工作效率低、压力大。随着当今时代的不断发展，处理能力不断提高、性能不断强大、并且具有极高可用性的大型服务器为教学办公等不同场景的不同用户分配其合适的桌面已经不再是技术无法实现的难题。

　　过去用户对访问资源的操作比较繁琐并且具有一定的局限性，而虚拟桌面不仅可实现将这类操作进行简化，还可降低运维难度，同时做到了对数据的远程隔离，有效保护了数据安全。除此以外，云桌面可使用户端对数据处理的压力减轻，并同时提高利用效率。通过虚拟化我们可以在同一台计算机上同时启动多个操作系统，每个操作系统上可以有许多不同的应用，多个应用之间互不干扰，降低了工作学习的时间和成本。

　　1VDI平台的概念原理

　　VDI(VirtualDesktopInfrastructure)是一个可以在数据管理中心的服务器上处理桌面客户端工作的一种交付模型，并且能以一定的协议进行访问。虚拟化也就是指并不真实在用户的桌面客户端进行数据处理的这样一种技术。VDI云桌面技术依靠高精度的加密式算法，在云端为用户提供桌面服务。云桌面服务的管理者仅需要通过对数据中心端的服务器进行操作，即可按照所有用的不同要求分配其所需桌面。

　　然后通过相关协议将数据传送至用户端的设备，使用者可以在自己的终端设备上进行登录访问。用户方面不需要具有高性能的终端设备，因为大量繁杂的数据处理与存储都在虚拟化的设备上进行，用户的信息及所有存储数据都在云端进行保存，这样在一定程度上增强了虚拟化桌面的实用性。

　　2VDI平台的优势

　　传统的PC机往往存在硬件成本高、管理困难、安全性差以及无法动态调配硬件资源等问题，而VDI平台的云桌面技术则不同，相较于传统PC有以下几点优势：

　　(1)节约运行空间计算：运行通过客户端向虚拟化管理平台发送计算请求，之后上传到服务器，由计算服务器进行统一计算，再通过虚拟化管理平台返回客户端，免于在物理机上进行计算，提升运行效率，节约运行空间。

　　(2)资源的统一调配：管理用通过接入任何一台服务器对整个集群做管理，实现对所有虚拟机的统一管理和调配。

　　(3)提高客户端数据安全性：客户端将数据存放到存储服务器上，与操作系统相分离，保证了数据安全性，VDI管理控制台，保证客户端安全设备和补丁管理。

　　(4)个性化桌面定制：通过客户端向虚拟化管理平台发送请求，虚拟化管理平台根据需求进行资源调配响应相应物理机的需求。比如授课期间不同教师对桌面服务的需求是不同的，对处理器、内存要求高的则平台给其高配置桌面，如果只是满足连接到互联网等功能或能使用office办公软件，则平台分配较为低配置的桌面。这样大大降低了成本，充分合理的利用了一切资源。

　　3基于云计算模式的桌面VDI平台的架构部署

　　3.1VDI平台架构设计

　　为了处理教学上的各种复杂、繁琐的问题，并且能满足人们的各种需求，我们拆分了操作系统、用户配置文件和应用程序三项。VDI桌面虚拟化流程大致走向可以看成是用户使用终端连接虚拟桌面，进行登录，然后再通过用户认证后将请求转发到云端服务器。认证通过后，云端服务器根据用户的配置来部署相应的运行环境，完成部署后，客户端得到提示，连接应用传输后台，并且由客户端来控制相关应用程序，实现用户自由访问虚拟桌面的效果。

　　3.2KVM的实现机制

　　由于考虑到实现虚拟化技术的难易程度及其稳定性，因此决定选用KVM技术(Keyboard,Video,Mouse)构建虚拟化平台。因为KVM系统是免费的、开源的，它能解决Linux核心的虚拟化问题，如今也在迅速发展成为桌面VDI平台的虚拟化研究基础。KVM也是采用建立虚拟化模型这样一种机制，利用基于Linux内核的监视器，让KVM能通过使用Linux内部的数据存储和进程管理这一方式提高传统终端的性能。

　　首先我们通过对目前的业务进行评估，确保实现将业务从物理服务器迁移到虚拟机中实现性能方面的无缝对接，通过对Windows系统进行性能采集，使用gnuplot和PALTool分别对采集到的性能数据进行直观的展示。配置宿主机，并进行一定的性能测试方法确保宿主机能负荷终端的任务。

　　之后通过Linux模板镜像进行制作通过设置镜像大小、设置分区大小、系统升级、删除旧内核、安装基础组件和开发组件，进行yum配置、配置NTP，然后关闭SELinux、Linux虚拟机IP地址自动配置，对虚拟机进行镜像测试。在多媒体教室中我们更加倾向于使用集群虚拟化，集群虚拟化实施流程前段就散节点方案及设备选型、后端存储方案及设备选型、设备及清单整理、设备拜访及网络拓扑图绘制、部署搭建及测试和日常运维。

　　通过之前的准备之后业务迁移到虚拟化环境流程。性能评估与测试环境测试，上线前的检查工作，小规模部署及到逐步转化为虚拟化环境。由于宿主机的不断增加，对于宿主机的管理尽量做到自动化，主要是通过Puppet任务框架，来使运维工作变得更加简单高效。由于将业务虚拟化后，一台宿主机故障影响的是好几项业务，所以应该完善虚拟化相关的监控、报警、应急响应方案，并能定期进行演习，应急响应方案应做到逻辑清晰。

　　3.3桌面虚拟化设计

　　桌面虚拟化的实质，是将用户的桌面系统与其所使用的终端计算机设备进行解耦合的操作，使二者相互独立的同时兼具紧密关联的功能。用户的桌面数据统一存放在数据中心并进行托管，桌面虚拟化采用基于中心服务器的运作模式，它建立在中心服务器虚拟化的基础之上。在此同时，用户客户机同样能够得到完整的计算机操作体验，并且根据自己的需要使用虚拟桌面。桌面显示协议是连接虚拟桌面服务器端和虚拟桌面用户端的重要中间组件之一。

　　我们在选择桌面显示协议时必须考虑传输带宽要求，图像展示体验，视频播放支持，传输安全性，厂商支持等一系列条件。基于上述桌面协议选取的要求分析，我们决定选择SPICE协议，SPICE客户端的软件可以通过SPICE协议与服务器端进行相关数据的传输。主要优势有下面几个方面：(1)支持高清视频，视频质量高;(2)支持Windows、Linux等多种客户端，满足用户的跨平台需求;(3)与虚拟机结合较好;(4)支持虚拟机类型广泛。

　　4应用成效

　　我们通过对使用VDI的机房进行调查，研究，发现使用VDI的机房普遍较原来的机房，系统更加稳定，更加可靠，其效用主要体现在以下几点：(1)实现了资源的统一调配。通过对多媒体终端的统一管理，云端服务器通过光纤来连接各个多媒体教室终端服务器，可以通过云端服务器统一将数据发送到各个终端。(2)提高了客户端数据安全性。为各个多媒体教室的终端配备了脱机运行模式，保证了在网络出现故障时可以运行基本的应用。(3)节约了运行空间。数据在云端实现集中储存，数据通过在云端的计算后，进行发送，节省了运行空间。(4)完成了数据安全保护工作。终端的数据，通过协议存储入云端服务器，负责数据存储的服务器，通过加入高级别的防火墙进行维护。保证终端对存储数据的使用在一个可控范围内。

　　5结束语

　　在云计算模式的基础上，研究分析了虚拟化技术和KVM的实现机制。在此基础上构建VDI桌面平台，解决了在高校教学中存在的机房管理困难、公共资源浪费等问题。通过此平台我们的校园网络能够更便捷的被管理和维护，教学环境得以优化。在实现教育方面桌面云设计以后，我们希望以更加完善的技术，将把基于KVM技术的云计算模式扩展到其他行业上。

　　参考文献：

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　　[6]宋海光,卢畅.虚拟云终端在机房建设中的可行性研究[J].电脑知识与技术,2013.

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