VMware虚拟化技术在教学机房的应用

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摘 要 ：分析了高校教学机房软、硬件环境及存在的问题,提出基于VMware虚拟化技术的机房解决方案.通过采用View桌面虚拟化技术,构建虚拟化的服务器资源池,实现对客户端桌面的集中管理和灵活控制；通过ThinApp应用虚拟化技术对应用软件进行打包分发部署,实现了对应用软件的灵活动态地管理,提高了机房使用和管理效率.

关 键 词 ： VMware；桌面虚拟化；应用虚拟化；教学机房

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）30-6864-03

随着信息技术的发展,计算机在高校教学过程中得到普通应用.各个学校都购置了大量的计算机设备,建设计算机教学机房[1],主要用于学生的上机实验、实训、课程设计及虚拟仿真等实践性教学.由于教学应用软件数量及版本众多,不同软件运行环境存在差异,各类教学用软件随着课程的变化不打反复安装、更新和卸载,实验室工作人员的日常管理工作量剧增；客户端计算机安装的应用软件过多,导致计算机使用性能下降,计算机硬件设备更新加快.如何有效地满足各门课程的上机实践需求,减轻机房工作人员的工作强度,提高实验室综合利用率,成为学校机房管理人员共同面对的难题.

1.教学机房存在的问题分析

高校教学机房面向全体学生承担着计算机实践教学任务,在教学过程中,普遍存在下列问题：为了满足多个专业各门课程教学需求,计算机实验室需要安装多种系统软件：Windows XP、Vista、Windows 7或Linux等多种操作系统软件；Microsoft Office、Photoshop、AutoCAD、Visual Basic、Ja、SQL Server等不同用途和版本的应用软件.这些软件运行环境不同,配置存在差异；而在计算机硬件方面,由于计算机往往是不同时期购置,硬件型号多、性能参差不齐.

在机房管理方面,通常采用在计算机上安装硬盘还原卡的方式进行管理,机房管理人员根据教学计划在每学期开学初,通过在一台计算机上以多引导的方式安装多个操作系统及各门课程需要的应用软件作为模板机,通过克隆硬盘或网络同传的方式,实现对教学软件的分发部署.学生上机实验过程中,运行数据不进行保存,系统重新启动后自动还原到初始状态,这样教学软件不会被更改或删除破坏,确保机房的正常使用.

在机房的日常使用过程中,这种管理模式存在一些问题：在单台计算机上以多引导的方式安装多个操作系统[2],并安装不同版本的多个应用程序,容易导致系统配置冲突,出现兼容性问题；客户端计算机安装多种不同的应用软件,系统启动时间长,软件运行变慢,整体性能降低；硬盘还原方式导致操作系统、应用程序安全补丁和防杀毒软件病毒库无法及时更新,存在安全隐患；且在日常使用过程中,由于教学计划的变更,教学软件的临时安装,导致客户端计算机上软件安装部署效率很低,灵活性差；这些问题导致机房管理维护工作量大,计算机硬件更新周期快,机房设备综合利用效率低.

2.虚拟化技术概述

虚拟化是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行,虚拟化技术可以扩展硬件的容量,简化软件的配置过程[3].虚拟化的主要目的是通过对IT 基础设施进行简化,实现对简化后的资源进行集中管理,是一个优化软硬件资源的解决方案.

桌面虚拟化技术,维基百科上给出的定义是：“桌面虚拟化架构 （Virtual Desktop Infrastructure） 是一种基于服务器的计算模型,并且借用了传统的瘦客户端的模型,但是让管理员与用户能够同时获得两种方式的优点：将所有桌面虚拟机在数据中心进行托管并统一管理；同时用户能够获得完整PC的使用体验”[4].

应用程序虚拟化是将应用程序的应用界面与实际应用运行分离,通过在服务器上为用户开设独立的会话,占用独立的内存空间,应用程序的计算逻辑指令在这个会话空间中运行,应用程序的界面通过协议传送到用户终端,这样用户通过网络可以高效、安全地访问服务器上的各种应用软件,获得在本地运行应用一样的体验[5].

目前桌面虚拟化技术解决方案主要有EMC公司的 VMware View、Citrix的XenDsktop和微软的MED-V[6].VMware View是业界广泛使用的桌面虚拟化套件,它通过在服务器端构建虚拟化资源池,把桌面数据集中于服务器端,实现对客户端桌面的集中管理和控制.

3.VMware虚拟化技术架构

VMware View桌面虚拟化是建立在VMware vSphere的虚拟平台上.通过在VMware 虚拟化的服务器上创建多个虚拟机,构成虚拟桌面环境,用户可通过PC或瘦客户端（Thin Client）等终端设备,连接到vSphere平台上的虚拟化的用户桌面环境,管理员集中管理环境中的所有虚拟机.

VMware View虚拟化架构主要由下列组件构成：VMware vSphere（EXSi）,vCenter Server,View Connection Server,View Composer,VMware ThinApp和View Client.

vSphere由安装了ESXi系统的多台物理服务器组成,每台ESXi主机可以承载几十到几百台虚拟机,用于创建和运行虚拟机的虚拟化平台.

vCenter Server是虚拟机管理平台,负责对vSphere虚拟化架构的系统资源进行管理.

View Connection Server负责管理客户端与服务器端虚拟桌面之间的连接,把桌面虚拟化客户机的请求转发给桌面虚拟化服务器中相应的虚拟机上,授权用户访问特定的桌面和池,把通过VMware ThinApp打包的应用程序分配给特定桌面和池,管理本地和远程桌面会话.

View Composer是创建链接克隆虚拟桌面的组件,通过使用链接克隆技术,可以从主映像快速创建桌面映像,批量快速地部署虚拟机. VMware ThinApp通过把应用程序打包成单个可执行文件,让这些可执行文件在相互完全隔离的独立的空间运行,从而消除应用程序之间的冲突,简化应用程序迁移,并加快应用程序部署速度.

View Client是PC、笔记本电脑、上网本、瘦客户机或智能手机等设备.这些终端设备通过安装相应平台的客户端软件即可访问位于服务器上的虚拟桌面.

4.VMware虚拟化应用环境的构建

4.1 虚拟化服务器部署

首先在中心机房的物理服务器上安装ESXi系统,并进行配置,对服务器主机进行虚拟化,在服务器端构成桌面虚拟化的资源池.在一台服务器主机上创建的虚拟机数量取决于服务器性能而定,一般情况下每台双路四核或双路六核服务器平均能够承载30至50个用户左右.

4.2 View桌面虚拟化系统软件安装和配置

在服务器端安装配置VMware view相关管理组件,构成桌面虚拟化运行环境,具体过程如下：（1）在一台客户端计算机上安装vClient软件,并通过此客户端连接到安装了ESXi的vSphere服务器,在服务器上创建3个Windows Server 2008的虚拟机；（2）在第一台虚拟机上安装AD（Active Directory）,并配置DNS服务器,在AD上创建View用户和组,AD域控制器负责整个虚拟化桌面系统的用户身份验证和资源的访问控制；（3）在创建的第二台虚拟机上安装安装vCenter Server,实现对虚拟化池的各个服务器主机上的虚拟机进行统一配置和管理,在vCenter Server实例的虚拟机上安装SQL Server数据库,配置ODBC,然后安装配置View Composer组件；（4）在第三台虚拟机上安装Connection Server,并加入到AD域中；（5）安装一台Windows XP虚拟机作为客户端模板机,安装好操作系统及常用应用软件并更新最新补丁,然后安装VMtools 和View Agent,并配置PCoIP 协议,通过View Composer,对制作好的客户机使用的模板虚拟机进行配置,使用View Composer 生成虚拟桌面,把XP模板计算机上创建快照命名为“View_Winxp”；（6）对View Connection Server进行配置,把vCenter Server添加到View Administrator,在服务器上使用View Administrator创建虚拟桌面池,把模板虚拟机通过克隆的方式分配到虚拟桌面池,这样就完成了桌面虚拟化服务器端的配置；（7）在客户端计算机上安装View Client软件,输入账号和就可以连接并访问位于服务器端的虚拟桌面.

4.3 VMware ThinApp 应用虚拟化部署

选用一台安装了桌面操作系统的主机安装VMware ThinApp 软件,对应用程序捕获并打包为 Microsoft Installation （MSI）文件,然后把MSI包存储到Windows网络共享位置并设置相应的文件权限和共享权限.View Administrator把托管MSI包的Windows网络共享位置注册为应用程序存储库,在View Administrator中创建一个模板以指定一组ThinApp应用程序.可以把ThinApp模板分配到多个桌面或池,或把为一个桌面或池分配多个模板,这样可以实现应用软件灵活地分配,动态地管理.当把ThinApp模板分配到桌面或池时,View Administrator首次访问时就会安装模板中当前所包含的ThinApp应用程序.这样客户端就可以使用位于服务器端的虚拟应用程序.

4.4 VMware虚拟化技术在教学机房的应用

采用VMware View桌面虚拟化和ThinApp应用程序虚拟化技术对机房教学软件进行管理,具体过程如下：（1）制作课程桌面映像.首先根据教学计划对各门课程所需的软件进行整理分类,确定实验教学所需的操作系统和应用软件,制作不同课程的桌面映像,例如：计算机文化基础课程桌面映像、Visual Basic程序设计课程桌面映像和SQL Server数据库课程桌面映像等,每个课程桌面映像包含操作系统和课程所需要的应用软件,例如：计算机文化基础课程映像包括Windows XP、office 2003和浏览器等基本应用软件.有些课程需要用到多种操作系统和各种不同版本的应用软件,可以根据不同的操作系统环境和应用软件版本的组合,制作多个桌面映像,例如：计算机文化基础课程映像可以制作基于XP、Vista或Windows 7等系统软件和office 2003、2007或2012不同版本的应用软件的多个映像.（2）制作应用软件虚拟包.把各门课程教学所需要的应用软件进行归类,对不同用途和版本的应用程序用ThinApp分别进行打包处理,生成单独的MSI安装文件包；并上传到服务器应用程序存储库的共享目录中.（3）把课程桌面映像和应用软件虚拟包分配给用户.管理员根据课程教学要求通过管理器把课程桌面映像和应用程序分配到相应的用户或组,这样,用户登录该计算机,就可以使用虚拟桌面和应用程序.通过基础映像和各种用途应用程序虚拟包的组合应用,可以快速、灵活地部署应用程序桌面,满足各门课程的教学需求,提高实践教学效果.

在客户端计算机上运行应用程序虚拟化的软件时,由于每个虚拟应用程序都在其相互隔离的独立的虚拟环境中运行,不对底层操作系统配置进行修改,消除了操作系统与应用程序之间以及应用程序之间的冲突,解决在同一台计算机上安装两个不兼容应用程序时可能出现的问题,提高了软件运行的稳定性；同时由于应用软件只是在系统运行时加载,在不运行软件时不消耗计算机的系统资源,这样当虚拟化应用程序被关闭时释放所占用的系统资源,提高了软件的运行速度.

应用虚拟化技术实现了机房应用程序的集中管理,提高了软件部署效率；当应用程序版本升级或更新服务包、安全补丁时,仅需在服务器端进行；当需要卸载或删除应用程序时,只需要在管理控制台上停用或移除整个应用程序即可.由于应用程序管理和配置位于服务器端,机房管理人员只要在服务器端进行管理,就会在所有的客户端桌面生效,实现了应用程序的快速部署及灵活管理.

在客户端方面,由于操作系统和应用程序都采用了虚拟化技术,客户端通过平台软件或用浏览器登陆到服务器上的虚拟桌面,访问桌面的应用,由于运算处理等任务都在服务器上完成,客户端只负责提供服务器信息的显示和键盘鼠标的输入操作,机房原有的早期购置的低配置的PC可以继续使用,延长了计算机硬件设备的使用年限,这样新建机房可以选用价格低廉的瘦客户机,降低了机房建设成本.

虚拟化技术对用户操作系统和应用程序进行了分离,管理员可以让用户在客户端上选择性运行多种操作系统,并且能够通过网络在任何位置,用各种终端设备访问托管的虚拟桌面应用.这样教学机房作为学校校园网的一部分,通过校园网连接因特网,教师和学生可以在任何地方通过网络访问自己的桌面资源.

5.结束语

VMware view桌面虚拟化和VMware ThinApp 应用程序虚拟化技术在教学机房的应用,改变了机房传统的管理模式,实现了教学软件的集中管理和灵活控制,解决了多版本操作系统共存问题,不同版本应用软件之间的兼容性问题,减轻了机房管理人员的维护工作量,提高了工作效率,同时,延长了计算机硬件设备的使用年限,降低了教学机房建设、维护和管理成本,提高了教学机房的综合利用率.

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[3] 雷万云,云计算、平台及应用案例[M].北京：清华大学出版社,2011（5）：127-131.

[4] 雷葆华,饶少阳,张洁,王峰.云计算解码[M].2版.北京：电子工业出版社,2012（6）220-224.

[5] 应用程序虚拟化[EB/2012].http：//.vmware.//products/desktop_virtualization/thinapp/features..

[6] 包敬海,周小珠,樊东红.基于VMware构建虚拟网络实验室的研究[J].计算机技术与发展,2010,（6）：242-244.