教育院校公共机房虚拟桌面解决方案

 

一 教育院校机房管理需求
1  技术需求与挑战
随着IT技术的不断发展和广泛普及，我们的生活和IT技术的关系越来越密切，不掌握一定的IT技能，意味着将在未来的社会上失去竞争力。而今天几乎所有的教育院校都开设了相应的IT教育课程，保证培养出的学生能够满足未来社会需求，能够顺利进入社会工作。

当前院校主要开设的IT课程主要分为以下几类：

・   基础的各Windows系列操作系统使用

・   办公软件Microsoft Office的使用

・   专业图形图像软件例如Photoshop的使用

・   专业计算和分析软件例如Mat Lab等工具的使用

・   .Net，Java，J2EE开发

・   各种系统例如服务器操作系统和数据库的管理与使用

为了满足IT课程的培训要求，院校都投入了大量资金建立了公共机房，但是公共机房的管理、维护复杂；更新频率高，成本大都是摆在各院校面前的问题。

从管理角度来看，由于公共机房面向的学生多，科目多，学生流动性大，所以提出了很大的挑战：

・   能支持不同的平台，vsta，xp，linux，windows server

・   能够快速、灵活管理，例如第一节课使用vista，第二节课使用windows xp

・  每个学生拥有自己的环境，保存自己的数据

・  提高投资回报率，降低设备报废率

・  减少由于学生的随意性操作，带来的操作系统被病毒感染等问题，带来的额外管理开销

2  项目原则
从教育院校的角度出发，需要用有限的资金最大程度地解决面临的问题，不但要求技术要能满足实际业务需求，而且应当满足当前技术发展趋势，培养出能够满足实际工作要求、能够掌握国际先进技术的学生，所以项目需要遵从以下原则：

・  技术先进：使用当前国际最先进的技术，帮助学生能够适应未来的竞争

・  节能减排：减少功耗，减少碳排放，减少电子垃圾产生

・  低投资，高回报：在满足使用需求前提下，提高投资回报率，降低投资成本

・ 灵活实用：能够灵活、高效地管理配置，满足教室管理的各种实际应用需求

・ 可扩展：能够很好地支持未来教室的增加、系统升级，实现快速扩展

3  解决方案
实现公共机房的方案，一种解决方案就是使用传统纯PC的方案，这种方案使用比较广泛，容易掌握，支持平台广泛，但是面临一系列管理问题：

・ 传统公用机房，计算机损耗率大，一般2年更新一次，投资回报率低

・ 如果学生需要多个系统开发，则需要占多台物理硬件，利用效率更低

・ 公共系统，无法保证学生很好保留自己的系统配置，无法防止系统冲突

・ 管理困难，每个教室的硬件的系统更改至少需要一天的时间，无法满足快速灵活的教学安排

・ 学生随意安装软件，造成系统感染病毒，管理困难

而利用当前最新的技术桌面虚拟化技术，构建整个公共机房系统，将所有的桌面全部都放在后台服务器运行，用户通过前台PC或者瘦客户端通过网络访问这些虚拟的远程桌面，从而解决传统PC方案面临的上述问题，并且能够很好提高项目投资回报率，减少系统投资，减低碳排放与耗电，实现整个教学机房管理系统的现代化、科学化管理。而思杰（Citrix）作为桌面虚拟化的领导者，其产品XenDesktop可以帮助院校构建出全新的高效的公共机房系统。

二  方案架构
1  系统架构
本方案使用的思杰的桌面虚拟化产品XenDesktop构建院校公共机房的管理系统（以11个机房，14台物理服务器为例，现实具体负载需需根据实际情况分析），原理如下图所示：

 

XenDesktop可以将操作系统，应用和用户配置文件进行物理拆分，当学生登录的时候，可以将这三部分进行动态组合，组合出一个运行桌面，利用Citrix独有的高效的ICA协议将操作系统的桌面交付给前台的设备上，这种方式比较适合Office软件，专业数据分析软件等通用性软件的教学方式。

同时也可以根据特定需求（例如系统开发、测试，系统管理），也可以选择给每一个用户生成一个独立的桌面操作系统，将应用直接安装在桌面上，学生可以拥有对桌面更大的管理能力。

院校公共机房根据不同培训内容将两种使用方式结合起来使用。

系统逻辑架构图如下图所示：

 

系统拓扑图如下图所示：

拓扑图中使用NetApp作为存储，储存所有的虚拟机数据文件以及相关的元数据，使得XenServer 服务器虚拟化平台可以利用共享存储提供高可用性和动态迁移的功能。

XenServer平台：在多台服务器上安装服务器虚拟化产品XenServer，作为虚拟机的运行平台。根据角色，可以讲物理服务器分为2类：

・         第一类：运行域控制、数据库服务器，DNS，DHCP等基础架构服务器；同时运行XenDesktop的Desktop Delivery Controller和Provision  server，以及XenApp服务器。

・         第二类：运行XenDesktop生成的虚拟桌面系统，之上运行的桌面操作系统通过XenDesktop Agent将桌面交付给前台的瘦客户端上。

机房1-11都部署瘦客户端，培训学生可以通过这些设备进行桌面的访问，未来，访问可以进一步开放，让学生可以通过网络，利用任何设备远程访问这些桌面，而无须固定在机房使用这些桌面系统。

 

2  系统配置
・    服务器配置：刀片服务器共14台，用来构建XenDesktop的架构平台，上面安装了思杰（Citrix）服务器虚拟化产品XenServer，作为虚拟桌面系统的运行平台。服务器具体配置为：

        o   Intel Xeon 5520 四核心CPU――X 2 颗

        o   48G 内存

        o   148G硬盘两块，作RAID 1

        o   千兆网卡2块

・    NetApp 存储一台，共配置12块1T硬盘，最大容量一共12T，后期继续增加存储容量

・    终端配置：瘦客户端300台

三  项目收益
项目实施后，带来了诸多收益：

1.    减低投资成本，提高投资回报率：

       a.   采购成本：

              i.    采用传统PC，在公共机房条件下，一般2年需要更换，目前满足培训需求的PC在5000元人民币左右；

             ii.    采用虚拟桌面技术，终端采用低成本的瘦客户端，一般价格在2000元人民币左右，将后台服务器软硬件投入，平摊每个桌面采购成本为10000元。单瘦客户端的平均寿命为6-8年。单点投入成本如下图所示：

 

                     iii.   以6年为一周期计算，可则每个桌面成本比PC少5000元，300个客户端减少投入150万人民币。平均每年减少25万的投入。

 

        b.         运维成本

           i.         目前国内平均桌面-管理员比为90，即每个管理员能够正常维护90个桌面，则300个培训桌面需要4个管理员

           ii.         用虚拟桌面解决方案，1个管理员就可以管理整个教室管理系统的桌面

           iii.         人力成本以30000元/年计算，每年人力成本减少见下表：

                                         

 

 

	人员数量	人员工资/ 年	一年总开支
传统 PC	4	30000	120000
瘦客户机	1	30000	30000

 c         运行成本

	设备功耗	设备数	每日开机时	天数	总耗电量 （千瓦）	电费（元）
传统 PC	250W	300	10 小时	200	150000	15 万
瘦客户端	30W	300	10 小时	200	18000	1.8 万

 

d.         总体可见成本平均每年减少 47.2 万 元左右

 

2.    节能减排

   a.   目前中国火电每度电产生500克二氧化碳，则整个方案每年减少耗电量将减少66吨二氧化碳的排放。

   b.  以6年为周期，可减少两次电脑淘汰造成的电子垃圾，降低对环境的破坏。

   c.  耗电量的减少，也将减低热量的排放，减少空调的耗电以及带来的碳排放。

3.    更好地支持培训的业务要求，拓展未来的业务模式

    a.  与传统的PC使用体验一致，能够很好地支持培训、教学、实验、实训的需求。

    b.  由于不需要局限于特定的终端设备，实验与开发不再必须局限于培训教室进行，培训学生可以在教学之后的任何时间，任何时间，通过任何设备来访问属于自己的桌面，进行实验和开发，大大提高了培训的效果。学生也不再需要用U盘之类的设备将开发代码拷贝回去才能继续学习。

    c.  目前本系统主要用于在校学生培训，由于系统协议的高效性，使得未来通过网络进行远程培训成为可能，拓展了培训机构的业务模式。

4.    科学、高效的管理

    a.  支持快速的操作系统部署和交付：新学生入学，管理员可以通过简单配置，通过单一镜像，快速批量生成大量的虚拟桌面，交付给每个学生。

    b.  快速灵活的授课支持：由于采用后台运行虚拟机，与终端无关，学生可以第一节课访问XP系统，第二节课在同一设备上访问Vista系统，无需任何其他操作，避免了更换设备，或者重新安装系统等复杂、冗长的管理工作。

   c. 通过虚拟桌面，学生可以同时获得多个属于自己的桌面  系统，从而进行复杂的多系统开发测试；也避免了传统的应用的冲突，并且提高了系统安全性

   d.高效的系统与应用的安装与升级：管理员可以通过后台管理控制台对统一的镜像或者独立的操作系统进行软件的安装，快速地为某项课程教学做好准备，避免了传统复杂，琐碎的管理工作。

  e. 统一的后台管理：管理员可以统一地从后台对桌面进行策略的管理，包括是否允许数据拷贝等等。

5.    保证整个系统的安全性

  a. 统一的镜像管理防止由于学生的行为导致病毒对系统的感染，管理员只需要后台直接关机或者重启，就可以解决这类问题。

  b.   对于实际项目，管理员可以进行控制，防止学生将代码拷贝，导致泄密的行为。