基于OpenStack的校园云桌面设计与实现

引 言

目前，我国许多高校面临着各院系计算机设备资源分配不均匀、计算机设备闲置、早期采购的设备未使用就面临淘汰等资源浪费问题。为了更好地满足教学与科研的实际需求， 高校可使用云计算技术来减少升级硬件、软件的成本，达到统一调配资源、充分利用资源的效果。自云计算技术诞生以来， 尚未制定出一个具有针对性与合理性的方案用来实现高校教学与科研实验的校园云桌面。本文设计与构建了基于 OpenStack 的校园云桌面平台，该平台有利于对高校软硬件资源和教学科研资源进行整合，为教学与科研提供便捷的桌面与存储服务。

1 OpenStack及云桌面简介

OpenStack 是由Rackspace 与 NASA 共同研发与投入使用的一种云计算平台，提供与 Amazon EC2 及S3 类似的云基础架构服务，采用 SOA 架构及模块化设计，主要包含 Nova， Neutron，Ceph，Glance，Keystone 及消息中间件等模块，用来向架构的上层提供计算、网络、存储、镜像、认证等服务。由于各大高校实际教学与科研等工作情况各不相同，因此，本文采用源代码安装方式在CentOS 7.2上构建 OpenStack。

云桌面也称为桌面云，通过桌面虚拟化来提供计算机桌面服务[1]。终端上的客户端与云系统进行交互来为用户提供桌面服务。桌面虚拟化的协议主要包括 ICA，RDP，PCoIP 和SPICE 协议，具体实施时一般采用SPICE 协议，并结合业务实际需求对该协议进行优化，必要时需在客户端添加硬件， 避免在使用某些图形渲染软件时使桌面性能受到影响。

2 基于 OpenStack的云桌面平台设计与部署

2.1 总体设计与开发

云桌面平台总体设计与开发的工作包括网络拓扑设计与实施、软件架构设计与开发（云桌面客户端模块设计与资源管理系统的桌面模块设计）、虚拟机的 HA 设计与部署及存储设计与部署等。

拓扑设计与实施。校园云桌面系统物理结构如图 1 所示。数据中心部署有OpenStack资源管理系统，且部署有主干网，其内部的HA架构可保证云计算平台服务有足够高的可用性。各教室部署有云桌面终端，教室、宿舍所在的楼部署万兆交换机便于连到数据中心。数据中心包括存储、计算、网络、各自组网等。

云桌面客户端模块设计。该模块主要包括桌面服务、云桌面升级、账户信息、校园服务等子模块。具体模块设计如图 2所示。

资源管理系统的桌面模块设计。该模块包括云认证、计算、存储、网络、云桌面帐号管理、云桌面、计费、管理员等子组件。云桌面帐号管理、云桌面服务端、计费、管理员非原生组件需要额外进行开发。校园云桌面平台设计如图3所示。

高可用虚拟机模块设计。调用该模块将会产生 冗余的虚拟机，该模块实现 基于 Spice 协议，Pacemaker， HAproxy，Glance，NFS 结构（集中式存储），固态（系统盘） 或机械结构（数据盘）等技术。

高可用存储设计。该模块采用封装 Ceph 模块实现。

2.2 部署

2.2.1 部署基础组件

OpenStack 的基础组件包括数据库与消息队列，整个系 统最经常访问这两个组件。其中，数据库用于 OpenStack 运 行的关键信息与状态存取，数据库部署采用 MySQL 数据库， 参照方案 Mariadb Galera Cluster 执行部署操作。消息队列用 于 OpenStack 服务中各模块之间的消息传输，消息队列部署 采用 Rabbitmq HA方案，且单独部署该集群 [2]。

2.2.2 部署资源管理系统的 HA 组件及OpenStack 各组件

根据业务需要，HA 的组件有控制节点、存储、虚拟机及 仪表盘（Dashboard）等。各计算节点配置部署 DVR 来提升云 桌面访问速度。采用 Pacemaker+HAproxy 控制节点、仪表盘 的高可用；采用 Ceph 实现存储的高可用；采用 NFS 作为云桌 面的硬盘后端，将系统盘部署在固态硬盘上实现虚拟机的高 可用及高性能 [3]。

安 装 包 括 Keystone，Glance，Nova，Neutron，Ceph， Dashboard，Ceilometer 组件。同时，安装 Cobbler 服务组件， 使用 Cobbler 自动化安装服务器，修改配置文件。

2.2.3 部署校园云桌面等相关组件

数据中心安装的额外开发的组件包括认证、云桌面帐号 管理、云桌面、高可用云桌面、计费、管理员等子组件 [4]。

3 云桌面在教学与科研中的应用及性能测试

3.1 基于 OpenStack 的云桌面在校园教学与科研中的应用

（1）云储存。利用云存储不仅可以随时随地登录云中获 取桌面数据，还可为师生提供云盘服务。

（2）桌面云。开展教学活动时，教师可利用镜像制作教 学环境模版，学生连接教室使用已安装好的环境。教室具有 保存快照功能，亦可 24 小时开机，学生可在任意时刻返回以 往教学课堂环境，方便接入学习。同时，云桌面实现了可在一 间实体教室进行多门课程教授的效果。开展科研活动时，可 方便接入环境，进行在线协作。云桌面为师生营造了便利的教 学与科研活动空间。

3.2 平台性能测试

将 A 校原有系统与基于 OpenStack 的校园云桌面平台进 行对比。性能测试结果见表 1 所列。

测试结果表明，云桌面平台提供的桌面可以较好地满足 教学科研人员桌面与存储需求，且具有相对低廉的成本优势， 有利于提升高校在教学科研上的自动化、网络化以及数字化 水平。

4 结 语

本文基于 OpenStack 设计与构建了校园云桌面平台，通 过各组件与相关模块的部署，实现了高校软硬件资源和教学 科研资源的整合。通过性能测试，验证了此系统的高可用性， 可为教学与科研提供便捷的桌面与存储服务，应用前景广阔。