引 言

目前，我國許多高校面臨著各院系計算機設備資源分配不均勻、計算機設備閑置、早期采購的設備未使用就面臨淘汰等資源浪費問題。為了更好地滿足教學與科研的實際需求， 高?？墒褂?a href="/tags/云計算" target="_blank">云計算技術來減少升級硬件、軟件的成本，達到統(tǒng)一調配資源、充分利用資源的效果。自云計算技術誕生以來， 尚未制定出一個具有針對性與合理性的方案用來實現(xiàn)高校教學與科研實驗的校園云桌面。本文設計與構建了基于 OpenStack 的校園云桌面平臺，該平臺有利于對高校軟硬件資源和教學科研資源進行整合，為教學與科研提供便捷的桌面與存儲服務。

1 OpenStack及云桌面簡介

OpenStack 是由Rackspace 與 NASA 共同研發(fā)與投入使用的一種云計算平臺，提供與 Amazon EC2 及S3 類似的云基礎架構服務，采用 SOA 架構及模塊化設計，主要包含 Nova， Neutron，Ceph，Glance，Keystone 及消息中間件等模塊，用來向架構的上層提供計算、網(wǎng)絡、存儲、鏡像、認證等服務。由于各大高校實際教學與科研等工作情況各不相同，因此，本文采用源代碼安裝方式在CentOS 7.2上構建 OpenStack。

云桌面也稱為桌面云，通過桌面虛擬化來提供計算機桌面服務[1]。終端上的客戶端與云系統(tǒng)進行交互來為用戶提供桌面服務。桌面虛擬化的協(xié)議主要包括 ICA，RDP，PCoIP 和SPICE 協(xié)議，具體實施時一般采用SPICE 協(xié)議，并結合業(yè)務實際需求對該協(xié)議進行優(yōu)化，必要時需在客戶端添加硬件， 避免在使用某些圖形渲染軟件時使桌面性能受到影響。

2 基于 OpenStack的云桌面平臺設計與部署

2.1 總體設計與開發(fā)

云桌面平臺總體設計與開發(fā)的工作包括網(wǎng)絡拓撲設計與實施、軟件架構設計與開發(fā)（云桌面客戶端模塊設計與資源管理系統(tǒng)的桌面模塊設計）、虛擬機的 HA 設計與部署及存儲設計與部署等。

拓撲設計與實施。校園云桌面系統(tǒng)物理結構如圖 1 所示。數(shù)據(jù)中心部署有OpenStack資源管理系統(tǒng)，且部署有主干網(wǎng)，其內部的HA架構可保證云計算平臺服務有足夠高的可用性。各教室部署有云桌面終端，教室、宿舍所在的樓部署萬兆交換機便于連到數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心包括存儲、計算、網(wǎng)絡、各自組網(wǎng)等。

云桌面客戶端模塊設計。該模塊主要包括桌面服務、云桌面升級、賬戶信息、校園服務等子模塊。具體模塊設計如圖 2所示。

資源管理系統(tǒng)的桌面模塊設計。該模塊包括云認證、計算、存儲、網(wǎng)絡、云桌面帳號管理、云桌面、計費、管理員等子組件。云桌面帳號管理、云桌面服務端、計費、管理員非原生組件需要額外進行開發(fā)。校園云桌面平臺設計如圖3所示。

高可用虛擬機模塊設計。調用該模塊將會產(chǎn)生 冗余的虛擬機，該模塊實現(xiàn) 基于 Spice 協(xié)議，Pacemaker， HAproxy，Glance，NFS 結構（集中式存儲），固態(tài)（系統(tǒng)盤） 或機械結構（數(shù)據(jù)盤）等技術。

高可用存儲設計。該模塊采用封裝 Ceph 模塊實現(xiàn)。

2.2 部署

2.2.1 部署基礎組件

OpenStack 的基礎組件包括數(shù)據(jù)庫與消息隊列，整個系 統(tǒng)最經(jīng)常訪問這兩個組件。其中，數(shù)據(jù)庫用于 OpenStack 運 行的關鍵信息與狀態(tài)存取，數(shù)據(jù)庫部署采用 MySQL 數(shù)據(jù)庫， 參照方案 Mariadb Galera Cluster 執(zhí)行部署操作。消息隊列用 于 OpenStack 服務中各模塊之間的消息傳輸，消息隊列部署 采用 Rabbitmq HA方案，且單獨部署該集群 [2]。

2.2.2 部署資源管理系統(tǒng)的 HA 組件及OpenStack 各組件

根據(jù)業(yè)務需要，HA 的組件有控制節(jié)點、存儲、虛擬機及 儀表盤（Dashboard）等。各計算節(jié)點配置部署 DVR 來提升云 桌面訪問速度。采用 Pacemaker+HAproxy 控制節(jié)點、儀表盤 的高可用；采用 Ceph 實現(xiàn)存儲的高可用；采用 NFS 作為云桌 面的硬盤后端，將系統(tǒng)盤部署在固態(tài)硬盤上實現(xiàn)虛擬機的高 可用及高性能 [3]。

安 裝 包 括 Keystone，Glance，Nova，Neutron，Ceph， Dashboard，Ceilometer 組件。同時，安裝 Cobbler 服務組件， 使用 Cobbler 自動化安裝服務器，修改配置文件。

2.2.3 部署校園云桌面等相關組件

數(shù)據(jù)中心安裝的額外開發(fā)的組件包括認證、云桌面帳號 管理、云桌面、高可用云桌面、計費、管理員等子組件 [4]。

3 云桌面在教學與科研中的應用及性能測試

3.1 基于 OpenStack 的云桌面在校園教學與科研中的應用

（1）云儲存。利用云存儲不僅可以隨時隨地登錄云中獲 取桌面數(shù)據(jù)，還可為師生提供云盤服務。

（2）桌面云。開展教學活動時，教師可利用鏡像制作教 學環(huán)境模版，學生連接教室使用已安裝好的環(huán)境。教室具有 保存快照功能，亦可 24 小時開機，學生可在任意時刻返回以 往教學課堂環(huán)境，方便接入學習。同時，云桌面實現(xiàn)了可在一 間實體教室進行多門課程教授的效果。開展科研活動時，可 方便接入環(huán)境，進行在線協(xié)作。云桌面為師生營造了便利的教 學與科研活動空間。

3.2 平臺性能測試

將 A 校原有系統(tǒng)與基于 OpenStack 的校園云桌面平臺進 行對比。性能測試結果見表 1 所列。

測試結果表明，云桌面平臺提供的桌面可以較好地滿足 教學科研人員桌面與存儲需求，且具有相對低廉的成本優(yōu)勢， 有利于提升高校在教學科研上的自動化、網(wǎng)絡化以及數(shù)字化 水平。

4 結 語

本文基于 OpenStack 設計與構建了校園云桌面平臺，通 過各組件與相關模塊的部署，實現(xiàn)了高校軟硬件資源和教學 科研資源的整合。通過性能測試，驗證了此系統(tǒng)的高可用性， 可為教學與科研提供便捷的桌面與存儲服務，應用前景廣闊。