1校园计算机终端管理系统的技术选择
虚拟磁盘技术是采用虚拟磁盘实现将磁盘集中到服务器，适用于局域网环境终端及应用类型种类不是太多的终端类型，可以根据需要选择不同的系统和应用模板工作快速实现不同类型的教学应用切换。关电源后所有针对系统的改变丢失，主要只需维护模板，平时几乎没有软件的维护工作量，设备硬件故障也仅仅需要替换硬件并加入系统即可。虚拟磁盘技术经过十来年的发展已经非常成熟。由于以前硬盘成本较高，本地终端往往不安装硬盘和操作系统，俗称无盘工作站。这种方式非常适合大面积部署教学桌面。由于虚拟化的优势已经被业内广泛地认同以及服务器虚拟化厂商对虚拟化的大规模宣传，今年来一些采用虚拟磁盘技术的桌面管理软件厂商也将此称为虚拟桌面，只是与VDI不同的是称呼上千奇百怪。这种技术的优点在于：（1）管理工作量低，管理员只需在服务器端构建终端系统与应用软件的镜像，无需分别为每台终端安装相应软件；（2）故障修复快，当终端使用中出现软件故障时只需重启就可以获得一个全新的操作环境，目前的技术已经可以使其恢复到重启前的工作状态而不丢失中间数据；（3）可以完成实时计算量较大的工作及有一定个性化的工作需求，例如高清视频播放，3D设计等。但这种技术也存在以下的问题需要在部署时加以考虑：（4）系统镜像与硬件的关联度高。由于终端是通过网络启动的，服务器端的终端系统镜像包含了终端硬件的驱动，当终端硬件类型较多时，会使得镜像的数量较大且复杂，管理工作量增大；（5）系统运行的可靠性与单机部署存在较大差异。单机工作时如果出现宕机的故障其影响面只是单台机器，但如果是无盘工作站系统的服务器端出现宕机，其关联的终端都将无法工作，影响面要大得多；（6）终端跨网段连接服务器的问题。当局域网划分多个VLAN时，校园内无盘终端很可能分布在多个VLAN中，服务器也可能与终端不在同一网段，这时候就需要终端连接与服务器之间不受同网段访问的限制。（7）工作负荷主要集中在开机时刻，易形成开机风暴，开机后服务器负荷急剧下降，其次是工作是众多客户端的数据回写。
2方案设计与测试
当学校为学员宿舍、教室、公共实验室以及图书馆阅览室等地配置计算机时，配置方案面临的问题是：如何使这些地方的公用计算机稳定地工作而管理员能够最高效地处理和解决这些计算机出现的故障以及使用中的问题？虚拟磁盘技术广泛地应用在这些场合，而云计算技术在合理配置服务器资源以及应用配置的灵活性方面是具有极大优势的，因此这两种技术的结合可以使系统运行更加高效。即，采用：“服务器虚拟化+远程桌面+虚拟磁盘”的方式部署大面积桌面管理环境。根据我校的情况，绝大部分终端适宜采用“服务器虚拟化+虚拟磁盘”作为主要的工作方式，在产品选型和硬件配置上的设计和测试时予以重点考虑。云计算技术应用可以使服务器的配置更加高效。学员宿舍、教室以及图书馆阅览室等地配置计算机的应用环境与计算机实验室的应用环境有所不同：1、这些场合在线的计算机数量往往是不确定的，例如宿舍配置1000台电脑，而同一时间在线的计算机数量有时可能只有100－500台；2、计算机实验室服务器的访问量常常是风暴式的，例如所有计算机同一时间启动，而且往往在同一时间运行同一应用任务，而宿舍等场所就大不相同，不会在同一时间开机，运行的任务也相对比较个性化。实验室为了保证课程进行，通常按极限状态设计系统的配置，如果这样的设计用在宿舍等环境，服务器资源的利用率会比较低。在云平台上，可以在服务器资源池中根据需要配置多台服务器的群集，在群集中用负载均衡的方式可以做到非常高效而且根据不同时段的应用变化灵活地调整资源配置。我校共有五栋学员宿舍楼，为每间宿舍配备一台电脑，数量约为700台，每栋楼划分一个独立VLAN，另外还有图书馆电子阅览室以及教室电脑约100台。我们首先在宿舍区进行了无盘电脑系统部署并进行了测试。系统构建方案如下：方案中配置了3台物理服务器和一台存储服务器，每台服务器配置2个6核的双线程CPU、32G内存，虚拟服务器采用2虚拟核心（未超配时相当于1个物理核）。采用了蔚云云计算平台搭建了一个私有云。蔚云云计算平台与比较流行的Vmware相比，除了可以实现硬件虚拟化外还可实现容器虚拟化，虚拟化的效率很高；蔚云云计算平台也不象Vmware那样需要一个中心控制机来管理整个云平台，所有管理配置同时写入到所有群集节点，它可以在任何一台机器上进行管理，这样可以有效防止管理节点的单点故障；由于蔚云云计算平台上具有磁盘缓存加速，可以避免大量终端开机时对磁盘的重复读取，而VMWARE上不能进行配置；蔚云云计算平台是以计算（虚拟化）、存储（网络存储和分布式存储）、网络（虚拟交换机）管理为基础上进行扩展的桌面管理，不像VMWARE那样，购买的是桌面许可，平台不能用于服务器虚拟化用途，可以有效保护硬件投资和统一调度硬件资源，即依然保留了云平台的完整功能的使用；提供灾备功能，无需第三方软件而且使用更方便，可保障关键业务故障时快速恢复；具有更好的开放性，如VDI桌面可以根据性价比和实际应用需求在RDP/SPICE/ICA等多种桌面协议进行选择等。为了保证服务器安全和便于配置，将所有虚拟服务器配置在同一VLAN，配置了一个单一桌面管理服务器集群，进行终端负载均衡。由于各终端是分布在不同VLAN的，所以无盘系统必须支持跨路由的终端连接。在系统部署时选择了两个无盘系统分别部署在不同的虚拟服务器上并分别连接两部分终端进行对比测试，两个系统测试结果表明都可以达到应用需求，其中一个系统是在Linux平台开发的，在部署的稳定性、灵活性和工作效率方面更加优越；而另一个系统的系统是在Windows平台开发的，因此操作界面更加友好。
（1）终端有缓存与无缓存启动时网络流量
其中第一个圈内所示为无缓存终端启动时网络流量；第二个圈内是有缓存终端在第一次启动时（终端缓存数据尚未建立）的流量，与无缓存终端相仿；右边两个圈内所示是终端缓存数据建立后再启动时的网络流量，相比无缓存启动的流量大为减少。
（2）测试终端运行时回写数据的网络流量
无盘终端运行时有大量临时数据需要回写到服务器，下图所示为用某无盘系统，单台服务器在线终端数52台，终端无缓存时的情况。可以看到服务器网络端口和硬盘都有一定回写数据量但不会产生很大压力，当检测有缓存硬盘或4G内存缓存的终端时发现回写数据几乎没有，只有当终端运行大文件下载等应用时才有回写。观察可以看到回写数据量与终端运行的应用类型、终端配置以及缓存策略设置都有关系。
（3）测试服务器负载均衡与热备工作模式下系统容错情况
在多服务器群集中分别配置为热备模式和负载均衡模式，终端在线情况下将其中一台服务器强行关机以模拟服务器意外宕机的情况。观察原先连接在宕机服务器上的终端，热备模式下这些终端在5秒内自动切到正常运行的服务器上，任务没有中断，用户端的感觉只是短暂停顿而已。而负载均衡模式下则任务中止，重新开机后此终端自动连接到正常服务器。从容错效果来看热备模式无疑忧于负载均衡模式，但热备模式下需要不断同步群集中各服务器的工作环境，需要耗费服务器及网络资源，测试中发现同步时甚至会造成终端工作短时间停顿。
（4）测试不同终端硬件配置下系统启动镜像的兼容性
由于不同终端硬件配置需要不同的驱动软件，因此无盘启动镜像包与硬件是相关联的。参加测试的“和信”与“网众”两个软件所制作的镜像采用通用网卡驱动包（集合了各种网卡驱动）、操作系统与硬件驱动分离等制作系统启动镜像。选择了不同年份采购的不同品牌终端三种终端对应同一启动镜像，三种终端均可以完成启动。虽然还不能确定可完全做到启动镜像与终端硬件无关，但这种关联度已大为降低。
3云平台上构建无盘终端系统的分析
在云平台上构建校园无盘终端计算机系统对提高服务器资源利用率、提高系统可靠性、提高构建过程及维护的便利性都具有很大优越性。通过服务器资源调度提高利用率。监测终端实际运行中对服务器与网络资源的需求，在云资源池中随时调整虚拟服务器配置，可以大大提高运行效率。多个服务器建立群集，采用负载均衡或热备的模式以提高系统的可靠性是十分有效的。在测试中热备模式所表现的资源占用对系统的运行产生了一定影响，因此如果采用热备模式则群集的规模应加以控制，每两台部署在不同物理服务器上的虚拟服务器的为一组热备群集较为合适。除非要求服务器故障时业务不可中断，否则用负载均衡模式是比较合适的。在云平台上用多台虚拟服务器构建群集十分有效，尤其是为不同的无盘系统构建不同群集时，并不需要为每个系统分别配置物理服务器，使得这样的配置方法由云计算技术轻易得到实现。在云平台上构建无盘系统，构建和测试过程中可以比较随意地配置服务器。在维护的过程中也带来极大便利：当对一台服务器进行维护时，可以在云平台虚拟一台服务器并将需维护机器的应用迁移过去，就可以在用户服务不中断的情况下进行正常维护。在构建无盘系统所关心的另一重要问题是启动与回写数据对服务器与网络的压力，因为这关系到服务器的带载能力从而影响到系统设计。测试的情况可以表明终端本地的缓存能力起着很大作用，但其中一个很有趣的现象值得关注：在终端不配本地缓存硬盘的情况下，在不同的无盘系统软件下测试其回写数据量是有较大差别的，这就表明各无盘系统的缓存策略是存在差异的。从观察可以看出：由于云平台配置了比较好的数据缓冲技术，进一步降低了物理磁盘的读写流量。这使得服务器的负载能力大大加强，测试中增加一台物理服务器资源可轻松增加200台终端负载，并且计算性能和网络IO性能大部分尚处于空闲状态，可以用于其他服务器虚拟化/VDI等应用。云/客户机架构被认为是近来IT技术的一个发展趋势⑷，在不同的应用环境中采用不同的技术构架是需要认真对待的，根据实际应用需求进行选择。云计算平台上构建无盘终端的方案，对于满足应用任务相对多样化且需要大并发视频应用和大并发高密度计算的学校环境是比较合理的选择，它所带来的高可用性也优于普通的无盘终端系统。与VDI比较，则服务器端计算能力需求只有1/5甚至1/10以下，而终端体验则比VDI大幅度提高。
作者：赵滨娜 单位：厦门市行政学院
