云实训室应用方案.docx

1、云实训室应用方案一、 云实训室应用案一.1 案概述随着信息技术的飞速发展，教学的需求也越来越多元化，传统的教学式显然已经不能满足当前教学发展的要求，同时，教学过程中的一系列问题也重影响了教学质量和教学进度。从主管部门到深耕三尺讲台的老师都深刻的意识到，必须对教育进行信息化改造，才能持续满足不断变化的教学需求，其中，教育式的信息化改造又是最基础也最重要的一部分。而如利用先进的信息技术为教育创新营造有利的环境，是摆在教育工作者面前的一个崭新且富有挑战的课题。H3C基于最前沿的云计算技术，结合广大院校的实际困境，有针对性的设计出了新一代计算机教室建设案H3C云学堂。根据需要部署云主机资源池，启动虚拟

2、机并通过网络交付给云终端，学生便可体验生动的云学堂环境。云学堂将云计算技术和教育场景紧密结合，可以按照课程创建丰富多彩的教学模板，并提供功能全面的教学管理功能，体现“多、快、好、省”的核心价值，将教学带入云时代。一.1.1 产品背景近年来，云计算因其资源按需交付、数据可靠、安全合规、成本可控、高利用率、高可用、统一管理等特性，在各行各业被越来越广泛的使用。然而云计算在教育行业却鲜有落地，究其原因，主要在于部署困难、管理门槛高、用户体验较差以及初始投资较高。一.1.2 建设目标H3C对国上万所普教、职教、高教等各类院校开展了深入的实地调研，针对传统机房教学式中存在的问题，结合云计算的特性，推出了

3、云学堂解决案。本案的总体目标是使用最前沿的云计算技术打造云教学机房。通过在教室部署高性能云学堂主机和云学堂终端，用虚拟桌面替代传统PC，向学生交付上课需要的教学桌面，并通过云学堂管理平台对云主机进行管理，使用云学堂多媒体教学管理软件丰富的教学功能高效的完成教学，从而提供丰富的教学场景支持，提高教学质量和教学体验，降低运维难度，在达到信息化目标的同时，节能环保，打造绿色的云校园。具体建设容包括：在数据中心机房或教室部署云学堂主机，安装CAS虚拟化软件和云学堂管理端软件；在瘦终端或旧PC上安装云学堂学生端软件，将其改造成云终端；在教师机上安装云学堂教师端软件；一.1.3 设计思路H3C通过实地调研

4、，对各类院校的教学式和教学习惯作了深入的研究，并结合教学机房建设的新需求和教育局要求的师机、生机比例达标部署建议，总结出了最适合教学场景的云学堂解决案。案在兼顾教学的各类需求的同时，致力于改善课堂体验，提升教学质量，降低运维难度，降低TCO。部署云学堂后，用户可以根据各种需要灵活创建课程模板，并在极短的时间完成60个虚拟桌面的启动；使用多媒体教学管理组件丰富的教学功能，有效维护课堂纪律，提高教学质量。同时，用户可以不必在维护上耗费大量时间，软件维护工作量只有从前的十分之一；硬件更是可以做到零维护。一.2 用户需求分析一.2.1 核心需求教学机房的建设往往需要达成以下目标：保障教学连续性和数据安

5、全性：教学系统稳健性要得到进一步加强，在学生上机操作时对课件进行处理的时候，数据、系统的安全性会受到来个人自误操作及外部网络的各种威胁，为了防止人为或病毒的攻击，解决案需要提供一套安全保护措施，充分保证操作系统和数据应用系统的安全，同时要实现在多教室同时授课情况下，对数据和系统的安全性和可靠性的保障措施，灾难应对及恢复策略。减少对现有环境的修改：在建设新机房的同时尽可能减少对学校现有网络环境和电路作修改。最好可以沿用原有旧机房直接改造，或者在新建机房时不需要部署强电，直接从普通教室升级而来即可。保证教学应用系统及外围设备的兼容性：保证系统在3-5年时间兼容现有教学应用系统，并能够随时支持新的教

6、学场景切换。要实现最高效的教学应用系统的集中管理、充分考虑合理的运维费用和较小的运维服务难度，最大限度地降低综合的维护成本。兼顾到不同时期的各项软件应用及硬件设备，利用较小的代价改造这些系统。兼顾到与已有的各种教学管理系统和身份认证系统的兼容性。兼顾不同终端设备，包括PC，云终端等。兼顾多种外接设备，如USB设备，并口设备，串口设备等。一.2.2 设计要求1）需求总结随着信息化校园的建设和云计算的升温，基于云计算的应用交付逐步成为教育行业发展的必然趋势。学校期望的，是可以在预算不变的前提下加快信息化建设步伐，现有教学系统和应用可以平稳过渡到桌面云上，教师和学生在教学上有更优的体验，而管理员也不

7、需要为系统的安全和数据保护而分心，能将更多的精力投入到业务创新中。2）设计原则根据上述的需求分析和部署环境的实际特点，使用H3C云学堂解决案整体规划与打造云机房，需要本着以下原则进行：统一规划、逐步建设实施原则机房在统一规划的前提下，根据学校的实际需求，进行逐步实施，充分考虑各种因素。集成性原则通过统一集成的规划，实现基于云桌面访问的系统接入规，从而逐步实现对全校教学系统用户接入的全面融合。安全性原则根据桌面访问的不同安全等级要求，和网络访问的安全规，制定系统的安全性规，完善信息安全策略和信息安全标准，满足数据安全和访问安全的要求，提供可靠的系统安全管理模式。可扩展性原则系统的设计要考虑到学校

8、未来发展的需要，架构应满足横向和纵向扩展的需求，在架构简明的基础上，降低各功能模块和组件的耦合度，并充分考虑到兼容性，实现快速高效的扩展案。适应性原则系统需充分考虑到已有的IT资源投入，适配网络、系统和应用架构，避免在构建过程中的大围系统改造，降低系统复杂度和建设成本。一.3 用户场景分析一.3.1 传统教学机房的困境通过对多所院校实际场景的调研，我们总结出一系列传统教学机房面临的问题。随着办学规模的不断扩大，学生数量持续增加，教学资源逐渐紧，因此各院校都在不断增加计算机的购置和教学机房的部署。目前很多教学工作都在机房进行，而教学机房也是学生课余时间上网查资料、完成作业的主要场所，所以机房的管

9、理和响应速度，将直接决定教学工作能否顺利开展。但教学机房的管理难度大、软硬件更新快、维护复杂、系统稳定性差，给教学机房的管理者带来了挑战。以某中学为例，该校在每间计算机教室中部署60台PC供学生进行上机操作，为防止学生操作导致的数据丢失和系统损坏，学校不得不在每台PC中安装还原卡，确保每次重启PC时，系统还原到初始状态。还原卡设置繁琐、故障率高、对硬件要求苛刻，为了不陷入PC越用越少的困境，初期还得多采购一批备件，导致初始成本升高。另外，还原卡还容易被学生破解，系统依旧经常损坏，管理员就必须重装系统解决。同时，因教学需要往往需要安装大量教学软件，系统兼容性差、过度臃肿，越来越卡顿，问题频现。这

10、些情况不仅会影响教学质量和教学效率，降低上课体验，也极大的增加了管理员的工作量。该校每年还会对外承接至少两次等级考试。每次考试之前，管理员都要为所有PC重装系统，准备考试需要的环境，考试结束后又要装一次系统，将PC恢复成教学需要的环境，工作量极大。尽管该校针对教学机房做了节能案，如按时断电、学生下课关机检查、教师巡检等。但机房电力消耗依旧是困扰学校的一大难题，其中，数量众多PC是机房的用电大户。一.3.2 机房类型分析各院校的教学机房建设时间、机房环境、维护条件和资金预算各不相同，前期需要根据实际环境，经过现场勘测、需求交流，打造符合教学要求、既节省成本又能解决问题的云教学机房。H3C拥有服务

11、器、存储、网络、虚拟化等全面的产品线，产品性能业界领先，稳定性久经考验，能根据用户实际需求，按需、弹性的交付最适合用户情况的云学堂案。一.3.3 云机房建设关键点根据学校实际情况决定实施案，旧机房改造可继续沿用已有PC，通过安装软件将其改造成云终端，充分利旧、节省成本。新建机房则推荐采用瘦客户机全面代替PC，成本可控、节能环保。一.4 总体架构云学堂解决案的核心构成是H3C云学堂管理端、教师端和学生端。管理员在管理端上针对不同课程制作课程模板。教师在教师端程序执行简单操作：选中所需课程，点击“上课”，即可在云主机中生成几十个虚拟桌面并推送到学生端；点击“下课”即可终止课程，删除所有虚拟机，回收

12、资源。云主机的操作记录，运行状态等，可通过Web图形化管理界面查看，一目了然。学生的云终端开机后自动和云主机连接，获取虚拟桌面，操作式与传统PC完全相同。针对不同的使用场景，需要注意以下几点：以教室为单位按课程制作镜像顺序：按课表中的课程分别创建虚拟机按课程要求在虚拟机中安装标准化操作系统安装课程需要的教学应用和多媒体教学管理组件将虚拟机转换成模板并按课程命名。如果不同的课程使用相同或类似的教学应用，可以考虑将应用合并在同一个课程模板中，对模板名称加以注释即可，这样可以减少存储空间占用，减少资源浪费。应用的兼容性。为避免课程应用出现兼容性问题，在虚拟机中安装应用时要注意环境变量调优和参数配置，

13、保证所有应用使用正常。外设的兼容性。考虑到不同课程可能会对外设有详细要求，需要打开云主机中外设重定向功能，将外设连接至云终端，在虚拟机中验证设备可正常识别并安装好设备驱动，测试基本功能没问题，再将虚拟机制作成课程模板。因为安装不同应用的虚拟机对云主机系统资源占用量不同，所以在满足用户需求的前提下，建议按照最大资源占用量制作案，并选择云学堂主机类型。下文中将分析目前的重要使用场景，并提出推荐和备选的解决案。一.4.1 教室部署教室部署就是在每个教学机房独立部署一台云主机，其特点是：带宽充足，显示效果最佳，不占用校园网络带宽问题不出教室，定位容易，影响较小管理按实际教室划分，一目了然不必改造现有网

14、络架构一.4.2 数据中心部署在数据中心或设备机房中集中部署，通过校园网交付远程桌面，最突出的特点是：云主机不用放在教室，节省空间，避免噪音，减轻空调压力数据中心整体环境更好，服务器老化慢，故障率相对较低数据中心相对封闭，财产安全，避免被破坏单点维护，管理员在数据中心就可以完成所有运维工作网络需要相应的作规划对于该场景，由于所有终端使用校园网连接至数据中心，对核心交换机有一定的要求。需要为云学堂环境单独配置局域网环境，并配置专用交换机，连接数据中心的云主机和教学机房中的云终端。虽然数据中心部署看上去略复杂一些，但是综合其他因素考虑，如果学校条件允，还是建议部署在数据中心，便于管理维护，服务器性

15、能也更容易发挥极致。一.5 案详述以新建1个64终端的教学机房、云主机在数据中心部署为例。一.5.1 云主机设计云主机采用H3C自主研发的高性能服务器，配备了性能卓越的处理器、高速固态存储、高速存，搭载业界领先的CAS虚拟化平台和云学堂软件，软硬件全融合，一体化交付。虚拟桌面操作系统采用32位Windows7操作系统，每桌面配置2G存，可以满足日常教学需求。采用克隆技术批量生成虚拟机，生成的差分数据存储在高速固态硬盘中，以此解决IO瓶颈导致的启动风暴问题。每次上课均生成新的虚拟机，保证系统的安全性和稳定性，每次下课时所有虚拟机均会自动删除，学生所做的任修改都会被丢弃，需要保存的个人数据或作业可

16、以提交到作业空间。作业空间其实就是虚拟桌面自动挂载的共享磁盘，划分成教师空间和学生空间。教师空间对教师和所有学生可见，学生空间仅对学生本人和教师可见。教师可以上传课件和作业到教师空间供学生下载。学生可以将完成的作业提交到作业空间，供教师提取。在课程模板上安装上课所需的教学应用，将制作完成的课程模板存储在云主机的大容量SATA硬盘中，容量可根据用户实际需求配置。1）CAS虚拟化平台设计案2）资源池分类设计服务器是云计算平台的核心，其承担着云计算平台的“计算”功能。对于云计算平台上的服务器，通常都是将相同或者相似类型的服务器组合在一起，作为资源分配的母体，即所谓的服务器资源池。在这个服务器资源池上

17、，再通过安装虚拟化软件，使得其计算资源能以一种虚拟服务器的式被不同的应用使用。这里所提到的虚拟服务器，是一种逻辑概念。对不同处理器架构的服务器以及不同的虚拟化平台软件，其实现的具体式不同。在x86系列的芯片上，其主要是以常规意义上的VMware虚拟机或者H3Cloud虚拟机的形式存在。在搭建服务器资源池之前，首先应该确定资源池的数量和种类，并对服务器进行归类。归类的标准通常是根据服务器的CPU类型、型号、配置、物理位置来决定。对云计算平台而言，属于同一个资源池的服务器，通常就会将其视为一组可互相替代的资源。所以，一般都是将相同处理器、相近型号系列并且配置与物理位置接近的服务器比如相近型号、物理

18、距离不远的机架式服务器或者刀片服务器。在做资源池规划的时候，也需要考虑其规模和功用。如果单个资源池的规模越大，可以给云计算平台提供更大的灵活性和容错性：更多的应用可以部署在上面，并且单个物理服务器的宕机对整个资源池的影响会更小些。但是同时，太大的规模也会给出口网络吞吐带来更大的压力，各个不同应用之间的干扰也会更大。如果有条件的话，通常推荐先审视一下北京航空航天大学自身的业务应用。可以考虑将应用分级，将某些级别高的应用尽可能地放在某些独立而规模较小的资源池，辅以较高级别的存储设备，并配备高级别的运维值守。而那些级别比较低的应用，则可以被放在那些规模较大的公用资源池（群）中。初期的资源池规划应该涵

19、盖所有可能被纳管到云计算平台的所有服务器资源，包括那些为搭建云计算平台新购置的服务器、北京航空航天大学部那些目前闲置着的服务器以及那些现有的并正在运行着业务应用的服务器。在云计算平台搭建的初期，那些目前正在为业务系统服务的服务器并不会直接被纳入云计算平台的管辖。但是随着云计算平台的上线和业务系统的逐渐迁移，这些服务器也将逐渐地被并入云计算平台的资源池中。对于x86系列的服务器，除了用于生产系统的资源池以外，还需要专门搭建一个测试用资源池，以便云计算平台项目实施过程以及平台上线以后运维过程中使用。在云计算平台搭建完毕以后，北京航空航天大学的服务器资源池可以如下图所示：在云计算平台上线以后，原有非

20、云计算平台上的应用会逐步向云计算平台迁移，空出的服务器资源池也会逐渐并入云计算平台的资源池中。其状态可以用下图所示：H3Cloud CVM虚拟化管理平台体系将IT数据中心的物理服务器资源以树形结构进行组织管理，统一称之为云资源。云资源是H3Cloud云计算软件分层管理模型的核心节点之一，用来统一管理数据中心所有的、复杂的硬件基础设施，不仅包括基本的IT基础设施（如硬件服务器系统），还包括其它与之配套的设备（如网络和存储系统）。默认情况下，H3Cloud云计算管理平台出厂配置中已经添加了一个名为“云资源”的根节点，准备使用H3Cloud云计算软件进行管理的所有物理资源都需要手工逐一添加到该节点下

21、进行统一的管理。云资源中的被管理对象之间的关系可以用下图描述：3）主机池设计在H3Cloud云计算软件体系架构中，主机池是一系列主机和集群的集合体，主机有可能已加入到集群中，也可能没有。没有加入集群的主机全部在主机池中进行管理。在H3Cloud云计算管理平台主界面导航菜单窗口中点击“云资源”，在快捷工具栏中选择按钮。或者右键单击“云资源”，在弹出的上下文菜单中选择子菜单。在弹出的增加主机池对话框中，输入主机池名称后，单击按钮完成主机池的添加。4）HA集群设计传统数据中心的服务器高可靠性保障通常会选择依赖于集群技术的部署。而云计算平台将计算资源虚拟化以后，可以利用虚拟服务器自身虚拟化的特点实现传

22、统物理服务器上无法实现的高可靠性。为了提升云业务系统的可靠性，在云计算平台的计算资源池建设时，可以将多个物理主机合并为一个具有共享资源池的集群。CVM HA功能会监控该集群下所有的主机和物理主机运行的虚拟主机。当物理主机发生故障，出现宕机时，HA功能组件会立即响应并在集群另一台主机上重启该物理主机运行的虚拟机。当某一虚拟服务器发生故障时，HA功能也会自动的将该虚拟机重新启动来恢复中断的业务。具体操作如下图所示：除了对集群中的物理服务器节点进行持续检测之外，H3C CAS HA软件模块还对运行于物理服务器节点之上的虚拟机进行持续检测。在每台服务器节点上都运行了一个LRMd（Local Resou

23、rce Manager daemon，本地资源管理器守护进程），它是HA软件模块中直接操作所管理的各种资源的一个子模块，负责对本地的虚拟化资源进行状态检测，并通过shell脚本调用式实现对资源的各种操作。当LRMd守护进程检测到本机的某台虚拟机出现通信故障时，首先将事件通知给DC，由DC统一将该虚拟机状态告知集群所有的物理服务器节点，并按照一定的策略算法，为该故障的虚拟机选择一个空闲的服务器节点，在该节点上重启该虚拟机。使用H3C CAS云计算软件HA特性进行虚拟机故障切换H3C CAS HA技术有效的解决了目前其它高可用性解决案面临的问题：当物理服务器发生硬件故障时，所有运行于该服务器的虚拟

24、机可以自动切换到其它的可用服务器上，相对传统的双机容错案，H3C CAS HA可以最大程度减少因硬件故障造成的服务器故障和服务中断时间。不同于其它HA的双机热备式，所有参与HA的物理服务器都在运行生产系统，充分利用现有硬件资源。同时，对众多的操作系统和应用程序，H3C CAS提供统一的HA解决案，避免了针对不同操作系统或者应用，采用不同的HA案带来的额外开销和复杂性。通过H3C CAS HA，IT部门可以：为没有容错功能的应用提供冗余保护传统意义上HA实现很复杂并且价格昂贵，多用于关键性的服务或应用，而H3C CAS HA为所有的应用程序提供了高性价比的HA解决案。为整个IT环境提供“第一条安

25、全防线”不同于其它基于操作系统和应用的HA实现式，H3C CAS HA为IT系统提供了更统一、更易于管理的高可用性解决案。H3C CAS用最少的成本和最简单的管理式为所用的应用提供了最基本的冗余保护功能。综上所述，H3C CAS HA解决案的技术特点总结如下：1.自动侦测物理服务器和虚拟机失效H3C CAS会自动的监测物理服务器和虚拟机的运行状态，如果发现服务器或虚拟机出现故障，会在其它的服务器上重新启动故障机上所有虚拟机，这个过程无需任人为干预。2.资源预留H3C CAS永远会保证资源池里有足够的资源提供给虚拟机，当物理服务器宕机后，这部分资源可以保证虚拟机能够顺利的重新启动。3.虚拟机自动

26、重新启动通过在其它的物理服务器上重新启动虚拟机， HA可以保护任应用程序不会因为硬件失效而中断服务。4.智能选择物理服务器当与H3C CAS动态负载均衡功能共同使用时，H3C CAS HA可以根据资源的使用情况，为失效物理服务器上的虚拟机选择能获得最佳运行效果的物理服务器。 HA功能给北京航空航天大学云计算平台带来的价值如下：简便的设置和启动：使用“新建集群”向导来进行初始设置，使用H3C CVM虚拟化管理平台添加主机和新的虚拟机。降低硬件成本和设置：在传统集群解决案中，必须有重复的软硬件，而且各个组件必须正确连接和配置。使用CVM集群时，只要保证有足够的资源容纳要确保其故障切换的主机的数量，

27、就可以便捷自动地完成主机故障切换。无论硬件和操作系统平台如，CVM HA都通过为应用程序提供可用的、经济的高可靠性，而使其更“大众化”。5）主机设计集群创建成功之后，没有任主机或虚拟机包含于其中，为了基于将主机和虚拟机基于集群进行管理，首先需要将主机添加到集群。在H3Cloud云计算管理平台主界面导航菜单窗口中点击需要增加主机的集群，在快捷工具栏中选择按钮。或者右键单击需要增加主机的集群，在弹出的上下文菜单中选择子菜单。在弹出的增加主机对话框中，输入需要被添加到集群的主机的IP地址、通过SSH协议访问主机的用户帐号及密码后，单击按钮完成主机池的添加。6）虚拟机生命期管理传统的虚拟机生命期是指虚

28、拟机从创建到删除所经历的各个阶段，最常见的划分为“创建、运行、终结”三个阶段。在IaaS架构中，虚拟机作为最为重要的IT基础设施，它的生命期供贯穿于整个云业务服务的流程之中，并直接关系着云计算平台的资源利用状况。因此，为了更好的将虚拟机的生命期管理和云业务及资源平台管理结合在一起，在H3Cloud 云计算解决案中，将虚拟机的生命期外延为“规划、创建、运行、调整、终结”五个阶段。在云解决案中，虚拟机生命期的管理除了关注虚拟机正常的生命阶段以外，还需要关注虚拟机两个外延属性业务和资源。规划虚拟机的规划是IT架构的关键设计畴。在这个阶段需要将业务需求转化为IT需求，并落实到业务和资源两个面的规划设计

29、中来。着重考虑两个面的容：业务梳理和评估通过对业务的梳理，评估数据中心平台各业务部门对虚拟机类型和规模的需求定义各部门组织以及给组织划分其所属的虚拟资源，包括计算资源，网络资源，存储资源以及虚拟机模板等。实际操作流程如下图所示：创建虚拟机的创建是虚拟机实体诞生并提供给用户业务的开始。H3Cloud 云案提供了多种式来创建虚拟机：从模板生成，自定义参数，克隆等。虚拟机创建时需要考虑硬件资源（CPU数量（核数）&CPU调度优先级 ，IO资源：存储资源&IO优先级 。存大小 ，网络资源 等）和系统和应用（ 操作系统等）两面的容。 这些因素在H3C 云管理平台中虚拟机创建流程中都会有涉及，具体操作界面

30、如下图所示：运行虚拟机的运行可以实现完整的传统物理机运行状态。而且依托虚拟化技术实现更加灵活的虚拟机使用模式：启动、休眠、关闭、暂停、恢复、重启。用户可以依托H3C云管理平台简单的实现上述虚拟机的状态的切换，具体如下图所示：调整虚拟机的调整是云业务管理员根据虚拟机所承载的业务的变化需求对现有虚拟机所占资源的主动行为。这种调整可以是由于业务扩展带来的虚拟机硬件资源扩，也可能是业务收缩后对多余资源的释放。虚拟机的调整是云计算业务资源弹性最直观的体现，也是云计算技术给业务开展带来敏捷性的根本所在。H3C云计算平台可以在线的调整虚拟机所占用的系统资源，实际操作如下图所示：终结如下图所示，虚拟机在云计算

31、管理平台上被删除，即意味着虚拟机生命期的终结。在虚拟机生命期终结时要关注虚拟机所占用系统资源的回收。H3C云管理平台在虚拟删除后，会自动回收CPU和存等资源，为了保证虚拟机数据安全其所占用的存储资源不会自动回收。6）DRS动态资源调度CVM提供的动态资源调整功能可以持续不断地监控计算资源池的各物理主机的利用率，并能够根据用户业务的实际需要，智能地在计算资源池各物理主机间给虚拟机分配所需的计算资源。通过自动的动态分配和平衡计算资源，动态资源调整特性能够：整合服务器，降低IT成本，增强灵活性；减少停机时间，保持业务的持续性和稳定性；减少需要运行服务器的数量，提高能源的利用率。随着业务量的增长，虚拟机对计算资源需求会相应的迅速增加。此时其所在物理主机的可用资源可能就不能再满足其上承载的虚拟机的计算需要。CVM动态资源调整功能组件可以自动并持续地平衡计算资源池中的容量，可以动态的将虚拟机迁移到有更多可用计算资源的主机上，以满足虚拟机对计算资源的需求。即便大量运行SQL Server的虚拟机，只要开启了动态资源调整功能，就不必再对CPU和存的瓶颈进行一一监测。全自动化的资源分配和负载平衡功能，也可以显著地提升数据中心计算资源的利用效率，降低数据中心的成本与运营费用。如上图所示，动态资源调整功能通过心跳机制，定时监测集群主机的CPU利用率，并根据用户自定义的规