基于云计算基础架构的实训平台建设方案研究毕业论文.docx

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基于云计算基础架构的实训平台建设方案研究毕业论文

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第1章绪论

1.1引言

在进入21世纪后，计算机技术出现了突飞猛进的发展。

过去十年间，以效用为主旋律的IT技术推动服务计算模式从超级计算向分布计算再向云计算虚拟化方向发展。

传统的桌面系统已经无法适应技术发展的步伐，于是虚拟化技术应运而生。

虚拟化出现不仅仅是改变计算机的使用方法，而且它也将影响人们的日常生活。

当前虚拟化应用的种类不断增多，普及程度逐渐深入，使用者正向普通用户拓展。

虚拟桌面是典型的云计算应用，它能够在云中为用户提供远程的计算机桌面服务,服务提供者在数据中心服务器上运行用户所需的操作系统和应用软件，然后采用桌面显示协议将操作系统桌面视图以图像的方式传送到用户端设备上同时，服务器将对用户端的输入进行处理，并随时更新桌面视图的内容虚拟桌面的应用具有很多优势，例如它能够提供随时随地访问的能力支持多样化的接入设备选择降低软硬件的管理和维护成本强化用户的数据安全等，这使得虚拟桌面具有广阔的应用前景。

1.2桌面计算的挑战

1.2.1传统桌面的困境

一直以来，桌面计算普遍使用的是功能全面的“胖客户端”PC。

在许多情况下，此类PC提供了价格、性能与功能的最佳组合。

但是，在不少使用案例中，胖客户端PC并不是理想的解决方案。

其缺点包括：

（1）难以管理

面对广泛分布的PC硬件，用户日益要求能在任何地方访问其桌面环境，因此集中式PC管理极难实现。

此外，众所周知，由于PC硬件种类繁多，用户修改桌面环境的需求各有不同，因此PC桌面标准化也是一个难题。

（2）总体拥有成本高

PC硬件相对较低的成本优势，通常无法抵消PC管理和支持工作的高昂成本。

目前，PC管理工作包括部署软件、更新和修补程序等，由于这些工作需要对多种PC配置的部署进行测试和验证，因而会耗费大量的人力。

同时，由于标准化程度不高，支持人员经常需要亲临现场解决问题，这就进一步增加了支持成本。

（3）难以保护数据安全

确保PC上的数据能成功备份并能在PC出现故障或文件丢失时恢复，是一个巨大的挑战。

即使数据能成功备份，PC失窃的风险也威胁着重要数据的安全。

（4）资源为充分利用

PC的分布式特性使人们难以通过集中资源的方式提高利用率和降低成本。

结果，PC的利用率通常低于5%，远程办公室需要重复的桌面基础架构，移动工作人员可能需要使用复杂的远程桌面解决方案。

1.2.2传统架构的挑战

（1）客户端操作系统、应用客户端需要不断升级、不停打补丁

（2）网络病毒木马等安全问题泛滥

（3）客户端硬件每几年就需要更新换代，投入巨大

（4）即使部署了很多安全产品，数据仍然容易遭到泄露

（5）为确保安全不得不牺牲很多方便性，系统使用变得更加复杂

1.2.3企业IT建设维护面临的挑战

根据对企业办公环境的调研分析，企业的IT建设和维护面临着以下挑战需要解决：

（1）数据安全性有待提升。

办公人员的工作内容往往会涉及到公司机密信息，需要进行有效的数据安全性防护；但众多的终端PC却很容易导致出现移动磁盘拷贝、黑客盗取信息等数据泄密渠道，影响到公司机密数据的安全。

（2）桌面终端系统维护困难。

接入办公网络的终端数量众多，在当前大量使用PC的情况下，所有终端的操作系统、补丁升级、业务软件都需要在每台PC上分别实施，耗费巨大的人力物力，费时费力，效率低下。

（3）业务连续性缺乏保障。

由于终端数量众多，安全保障任务艰巨。

而终端PC是最容易被病毒、木马攻击的对象，一旦某台PC被攻击就可能导致整个办公网络的业务系统崩溃。

（4）降低IT成本。

当前每位办公人员都需要配备一台PC，无论是前期的一次性采购成本，还是后期的扩容成本，都是一笔不小的开销；如何帮助企业降低成本，是IT运维中必须考虑的问题。

（5）节能减排，绿色IT。

终端设备每天都要长时间运转，甚至超过8小时以上，往往是企业中的用电大户；如何从终端设备入手，做到节能减排，绿色政务，也是IT运维中需要考虑的问题。

1.2.4新技术的要求

如何解决桌面困境？

同时以最低的成本提供最佳的方案？

人们对新技术提出了以下要求：

（1）IT的要求

Ø轻松的管理操作系统镜像和应用

Ø支持多种端点设备

Ø提供对桌面和应用程序的持续性安全访问

Ø以最低的成本提供最高水平的服务

Ø自动管理桌面和应用程序

（2）用户的要求

Ø个性化桌面

Ø从各种设备和位置灵活的访问

Ø操作系统和应用程序的支持

Ø灵活的安全访问

Ø移动位置和设备而不影响一直的用户体验

1.3技术的选择

为了解决上述问题，虚拟化技术应运而生，使用桌面虚拟化技术取代胖客户端PC，有效防止关键数据和信息泄密，大幅提升终端的IT运维效率，实现业务连续性保障和节能减排等目标。

具体而言，采用在服务器系统上承载桌面映像的方法，以集中资源并提高其桌面计算基础架构的可管理性。

用户在选择桌面虚拟化技术时，需要考虑的三主面的内容：

（1）虚拟化平台的稳定性、可用性和安全性

由于桌面集中存放在虚拟化服务器上，风险集中，因此，虚拟化服务器自身的稳定性将决定虚拟桌面项目的可行性。

（2）虚拟桌面管理系统的易用性、可管理性、安全性、可扩展性

（3）用户体验

Ø数据安全

Ø不改变用户的目前的使用习惯

Ø在广域网环境下可容忍的网络延迟

第2章云计算与虚拟化技术

2.1云计算简介

2.1.1云计算的概念

云计算是分布式处理、并行处理和网格计算的发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现。

它是一种新型计算模型，是一种新兴的共享基础架构的方法，它面对的是超大规模的分布式环境，核心是提供数据存储和网络服务。

它利用高速互联网的传输能力，将数据的处理过程从个人计算机或服务器移到互联网上的超级计算机集群中，这个计算机群是由成千上万台很普通的工业标准服务器组成，由大型的数据处理中心管理。

云计算是一个虚拟的计算资源池，它通过互联网提供给用户使用资源池内的计算资源。

完整的云计算是一个动态的计算体系，提供托管的应用程序环境，能够动态部署、动态分配计算资源，并实时监控资源的使用情况在云计算中，用户所处理的数据并不存储在本地，而是保存在互联网上的数据中心，用户所需的应用程序并不运行在用户的个人电脑手机等终端设备上。

而是运行在互联网上大规模的服务器集群中提供云计算服务的企业负责管理和维护这些数据中心的正常运作，为用户提供足够强大的存储空间和计算能力用户只需能够接入互联网，就可以通过电脑、手机等终端设备，在任何地点方便快捷地使用数据和服务，而不需关心存储或计算发生在哪朵云上可见，云计算将改变传统以个人计算机为基础的生产模式，web将成为交往聚合与设备聚合的中枢，最终改变人们获取信息分享内容和互相沟通的方式。

2.1.2云计算的优势

（1）资源灵活

以并行计算为核心，按需调度计算任务分配和计算资源，并提供从数据导入整合处理、计算模型设定到计算结果输出、多形式展现、应用API等完整的数据处理服务。

可为科学研究、公共事业、政府等提供可靠灵活的平台。

（2）安全可控

按组隔离访问，自定义防火墙策略，天然防ARP欺骗，具有防DDOS攻击能力。

（3）数据可靠

采用分布式存储系统，数据互备，快速备份和恢复。

支持各种数据处理、计算模型，满足不同领域、不同特点的计算需求。

多副本容错，数据安全无忧,海量存储，空间无限。

（4）节约成本

简单的配置，完整的平台，即取即用，无需花费大量的时间搭建、维护计算环境，以服务的方式使用计算及存储资源，按需取用，按需付费，再需要购买大量设备。

（5）提高现有计算力的使用率

通过虚拟化技术，即使在不添加新的计算能力的前提下，通常也能有效地提高物理硬件利用率。

这是因为企业内部的计算力分布通常都不均衡，不同应用在不同时段对计算力的需求也会经常波动。

通过虚拟化的整合，有效的提高了现有IT基础设施的利用率，从而降低了对物理主机数量的需求，进而降低了对机房容量和电力制冷的需求。

（6）统一的管理

通过云计算的统一整合，转变了原来IT管理一对多的手工管理模式，实现了把物理资源池化的机制，通过云平台的统一引擎调度，从而实现了统一的管理入口。

实现简单统一的管理模式。

2.2虚拟化技术

2.2.1虚拟化技术简介

虚拟化（Virtualization）技术是云计算系统的核心组成部分之一，是将各种计算及存储资源充分整合和高效利用的关键技术。

虚拟化的定义：

虚拟化是为某些对象创造的虚拟（相对于真实）版本，比如操作系统、计算机系统、存储设备和网络资源等。

允许通过一种通用的方式来查看和维护资源。

虚拟化技术主要分为：

服务器虚拟化，存储虚拟化，应用虚拟化，平台虚拟化以及本次设计所研究的桌面虚拟化。

2.2.2桌面虚拟化技术

桌面虚拟化是众多虚拟化技术中的一个分支。

虚拟化桌面（Desktopvirtualization）是一种基于服务器的计算模型，让管路员与用户能够同时获得两种方式的优点：

将所有桌面虚拟机在数据中心进行托管病统一管理；同时用户能够获得完整的PC使用体验。

虚拟化桌面支持企业级实现桌面系统的远程动态访问与数据中心统一托管的技术。

今天我们可以通过任何设备、在任何地点，任何时间访问在网络上的我们的桌面系统或者网盘。

2.2.3虚拟桌面的价值

（1）更灵活的访问和使用

桌面虚拟化技术实质上是将用户使用与系统管理进行了有效的分离。

用户对桌面的访问就不需要被限制在具体设备、具体地点和具体时间了。

我们可以通过任何一种满足接入要求的设备，就可以访问我们的桌面。

（2）更广泛与简化的终端设备支持　　

作为云计算的一种方式，由于所有的计算都放在服务器上，终端设备的要求将大大降低，不需要传统的台式机，笔记本。

由于计算全发生在计算中心，所以客户端的压力大大降低，更简化的客户端可以得到广泛使用，终端设备的可选择性更广泛，可以满足不同的应用需求。

（3）终端设备采购、维护成本大大降低

这种IT架构的简化，带来的直接好处就是终端设备的采购成本降低。

瘦客户机可以比PC节省2000做左右的成本，并且瘦客户机报废周期比PC长一倍左右。

另外，现有的PC系统也可以大大延长使用周期，只要外设可用，就可以转化为普通终端。

间接降低了电子垃圾的产生数量。

（4）集中管理、统一配置，使用安全

由于计算发生在数据中心，所有桌面的管理和配置都在数据中心进行，管理员可以在数据中心进行对所有桌面和应用进行统一配置和管理。

由于传递的只是最终运行图像，所有的数据和计算都发生在数据中心，则机密数据和信息不需要通过网络传递，增加了安全性，另外这些数据也可以通过配置不允许下载到客户端，保证用户不会带走、传播机密信息。

（5）降低耗电、节能减排　　

传统PC一般在200W以上，而瘦客户端在25w左右，耗电量接近十分之一，而服务器的计算压力会带来一定程度的耗电量的上升，但是与客户端的大数量相比，可以忽略。

所以一年的电费也会降低90%左右。

而耗电的减少，也意味着碳排放的减少，适应了低碳时代的要求。

需要强调的是，桌面虚拟化的优势，是典型具有规模效应的，终端数量越多，上述的收益和优势越突出。

2.2.4虚拟桌面技术架构

（1）VDI虚拟桌面基础架构　

虚拟桌面基础架构（VirtualDesktopInfrastructure，简称VDI）是许多机构目前正在评估的全新模式，它是基于早期的RDP协议和瘦客户机逐步演变而来的，也是目前国外VMware等国外虚拟化厂家长期鼓吹的模式。

VDI旨在为智能分布式计算带来出色的响应能力和定制化的用户体验，并通过基于服务器的模式提供管理和安全优势。

它能够为整个桌面映像提供集中化的管理,但这一模式目前也存在着其固有的问题。

主要表现为：

因其利用硬件仿真及瘦协议，使得视频、AdobeFlash、IP语音（VoIP）以及其它计算或图形密集型应用不适用于该模式，而且VDI需要持久的网络连接，因此不适于要求离线移动性的场合。

此外，其基于服务器的模式对服务器的配置有极高的要求，这些问题的存在不能不让众多的用户重新考虑部署VDI的实际意义及成本。

　从实际应用方面来分析，VDI模式还存在诸多需要解决的问题，而与之相关的虚拟化桌面，如远程托管桌面、远程虚拟应用程序、远程托管专用虚拟桌面、本地虚拟应用程序及本地虚拟操作系统等虚拟化桌面也都存在着各种问题；另外还有对终端硬件的支持问题、对网络及服务器硬件过度依赖的问题、以及数据安全性问题等。

（2）VOI虚拟操作系统基础架构　

虚拟操作系统基础架构（VirtualOSInfrastructure，简称VOI）成为一个新的桌面虚拟化发展方向。

而在国内，和信最早推出了基于VOI桌面虚拟化架构的虚拟终端管理系统。

VOI桌面虚拟化技术不仅可实现基于服务端的远程虚拟OS、APPS、UserProfiles的按需交付，也可实现基于客户端的本地缓存OS、APP及UserProfiles，这样不仅仅可利用终端本地资源处理计算及图形密集型应用，比如：

如音视频、大型设计及工业软件等，也可支持各种计算机外设以适应复杂的应用环境及未来的应用扩展。

同时，对网络和服务器的依赖性将大大降低，即使网络中断或服务器宕机终端也可继续使用，数据可实现云端集中存储，也可实现终端本地加密存储，且终端应用数据不会因网络或服务端故障而丢失。

2.2.5实现目标

（1）数据和信息安全：

通过桌面虚拟化方案，公司所有人员使用的桌面系统及业务系统都集中在数据中心运行，所有业务工作实际保存、运行在数据中心的服务器，用户只能远程看到运行程序的图像，大大保证数据的安全；另外，管理员通过应用内置的安全策略，可以让用户无法将文件和信息保存在本地设备或移动磁盘上，防止机密数据随便被拷贝造成的泄露，从而有效实现数据安全和信息安全。

（2）终端管理维护方便：

通过桌面虚拟化方案，公司可以通过虚拟桌面池、虚拟桌面模板克隆等技术实现快速桌面部署，所有的终端设备使用的操作系统全部来自一个由管理员定制的标准化操作系统，该镜像中已安装了业务所需要的应用程序及应用客户端软件，对于前端的大量客户端的桌面与应用维护工作量，就缩小到只需对一个镜像进行维护。

另外，桌面和应用的安装和升级等全部在集中数据中心进行，IT管理员无需接触最终用户的客户端，就可以完成应用的配置和维护工作，避免每台PC机装机，以及故障时重装等，大大减少维护工作量，提升效率；而终端由PC替换为云终端后，其本身不用安装应用软件，可以做到在运行期间终端免维护，降低终端维护成本。

（3）业务连续性保障：

桌面虚拟化方案可以在服务器端对业务系统和所有终端进行快照、备份等技术部署，从而将意外故障停机时间和恢复时间降到最低；此外，解决方案采用本地无操作系统和应用软件的云终端，极大的降低了由于病毒入侵或是办公人员对操作系统的非法操作引起的办公网络崩溃或是系统宕机的风险，提高了办公和业务系统的高可用性及高可靠性。

（4）防止数据丢失与损坏：

所有业务数据文件都统一保存在数据中心，由IT人员统一进行管理、定期备份与恢复，从而避免终端用户个人保管不当造成的数据损坏和丢失。

（5）节省办公空间：

通过桌面虚拟化方案，可以用云终端来替代传统PC；而云终端体积小，可以通过螺钉直接固定在显示器后面，节省办公空间，相同办公区域内可以容纳更多的客服人员。

（6）降低终端持续更新费用：

PC机平均更换周期为3~5年，而云终端如无人为损坏，工作时间平均为10年左右；服务器的使用寿命也远高于PC机；虚拟化软件License可以永久使用；后续如果需要提升桌面的处理能力，只需要给服务器增加CPU和内存配置即可，众多的终端无需更换。

第3章方案论证

3.1桌面虚拟化方案选型的关键

选择桌面虚拟还方案的考虑是否具备可靠性、稳定性、可扩展性、安全的后台的支持，是否可以简化桌面端的管理，降低运营成本，要充分满足用户的体验与物理机一致甚至更好，比较各虚拟化产品在技术和安全方面的成就、部署的复杂程度和系统资源的消耗、部署同样桌面所需要的成本等等。

3.2虚拟化软件比较

目前在虚拟化领域中处于领先地位的厂商主要有VMware，Citrix和Microsoft。

三大厂商相关的虚拟化产品进的总体情况：

（1）首先我们VMware耳顺能详的。

VMware主攻虚拟化领域已有十多年，没人怀疑VMware提供可靠的虚拟机管理程序和可扩展的管理工具这种能力。

不可能一夜之间开发出一款性能、可靠性、扩展性和可管理性均很出众的虚拟机管理程序。

（2）微软的Hyper-V相对来说是个新来者；从SharePoint取得的成功来看，我认为微软搭配其服务器软件免费赠送的任何产品得到用户部署的可能性很大。

与微软的大多数产品一样，Hyper-V并不是最佳的，恐怕永远不会是最佳的，但它是捆绑起来、预先安装的。

（3）Citrix的Xen对已部署Linux服务器的关注预算的公司来说是个很好选择。

成本与功能/效用之间总是存在取舍。

在当前经济困难时期，许多公司比过去更愿意为了降低成本而牺牲功能/效用。

3.2.1软件市场占有率

VMware作为老牌虚拟化厂商其在产品策略、商业模式、技术和功能创新以及销售执行等方面在市场占用率方面具有巨大的领先优势。

具体来说，VMware有影响深远的虚拟化战略：

支持云计算、新应用程序体系结构和更广泛的管理。

在技术方面保持领先却从不怠慢不断的创新。

VMware拥有庞大的客户群，而大多数客户对VMware的评价很不错。

微软起步较晚，虽然技术不如VM和Citrix，但也相当不错。

其低价策略迅速的吸引了不少中小企业。

3.2.2虚拟桌面管理平台

（1）虚拟桌面管理平台部署过程评估，如下图所示。

图3-1虚拟桌面管理平台部署过程评估

从上图我们可以看出在管理控制台、工具、向导、组件、步骤的数量上，VMware的产品具有明显的优势，而在同样的用户数量下微软的产品所需的应用服务器数量占优势，而物理服务器三大产品相当。

在后端的支撑平台上，Citrix的用户中有90%的用户选用的VMware的vSphere做后台，从侧面表明了vSphere的稳定及部署的简单方便。

（2）虚拟桌面管理平台功能比较，如下图所示

图3-2虚拟桌面管理平台功能比较

3.2.3虚拟桌面安全管理

（1）Citrix和Microsoft虚拟安全管理方法

Citrix和Microsoft采用保护主机的安全模式

缺点：

虚拟机被攻破后可访问整个安全区域，安全性只是局限于边界

图3-3Citrix和Microsoft虚拟安全管理方法

（2）VMware虚拟安全管理方法

VMware采用创建自适应安全区域，其优势在于立即隔离受影响的虚拟机来保护其他应用不受影响。

VMwareViewPCoIP加密的协议流量可以为终端用户提供对公司网络内部或外部的虚拟桌面的安全访问。

不vShieldEndpoint的集成支持免加载的集中式防病毒和防恶意软件（AV）解决方案。

此集成有劣于消除代理剧增和AV风暴问题，同时最大限度地降低恶意软件感染的风险，并简化AV管理。

VMwareView还支持不双因素身份验证结合，满足桌面用户安全登录要求。

图3-4VMware虚拟安全管理方法

3.2.4虚拟化成本分析

由于VMware曾经一度霸占虚拟化市场领导地位，所以VMware虚拟化的成本比较高，而微软属于刚刚“出道”，技术虽没有VMware成熟，但微软明智的选择了低价策略，所以很快的抢占了部分中小企业的市场。

Citrix成本则大致处于两者之间。

我们来看详细的分析。

（1）微软虚拟化方案的成本

如果是要以1台实体服务器虚拟出4台虚拟服务器，以微软的方案来看，首先你必须买有含Hyper-V的WindowsServer2008，接着还要买能够管理这4台虚拟服务器的Hyper-VManager，提供基本的管理功能。

当虚拟服务器数量越来越多时，就需要一套管理机制去管理，微软提出的管理工具是ServerManagementSuiteEnterprise（SMSE），这套管理工具包含SystemCenterOperationsManager、ConfigurationManager、DataProtectionManager与VirtualMachineManager。

这套管理软件可以做到虚拟服务器与操作系统的部署与设定、程序的修补、系统的监控、灾难重建与备份等。

在实际部署上，每1台实体服务器都必须要安装1套SMSE管理系统，所以每1台实体服务器都必须要买1套SMSE的授权，售价为7000元。

接下来，如果部署的虚拟化服务器规模越来越大，那么就需要一套能管理所有实体与虚拟服务器的管理软件，微软对此提出的方案是，针对整个IT环境配置3套管理机制，包括OperationsManager、ConfigurationManager与DataProtectionManager。

要管理整个IT环境，上述这3套管理软件只要各买1套即可，每1套授权费是4650元。

以上是以一个大规模的微软服务器虚拟化应用为例，除了要买Hyper-V之外，还必须要购买的管理软件。

接下来我们以大规模应用为准，统计服务器虚拟化的整体软件授权费用。

在大规模应用中，企业通常会购买不限制虚拟服务器数量的WindowsDataCenter版本（Enterprise版本只能虚拟4个虚拟机器），以虚拟服务器WindowsServer2008Datacenter最低阶的单颗处理器版本来计算，每1套的授权费为19600元，此外还要再加上2年的SA企业授权3500元，接下来再来加计管理软件费用，每1台实体服务器要加1套SMSE的授权费7000元，最后，要管理整个IT环境，要再加上OperationsManager、ConfigurationManager与DataProtectionManager各1套的授权费（4700元）。

把这些都加总起来，就是微软虚拟化方案的整体软件授权费，我们计算出来的结果是，1台实体服务器的整体软件费用是44000元，接着我们再以倍数加乘方式计算出5台、10台，以至100台的整体软件费用，不过，在大量采购的情况下，厂商都会给予不同的折扣，实际成交价会比表列的还要低。

（2）VMware及Citrix方案总成本

VMware虚拟化的计价方式较为单纯，因为VMware的管理工具都整合在VirtualCenter一套软件上。

要计算VMware虚拟化的软件费用，我们同样以大规模的应用为基准，因此以功能最完整的VMwareInfrastructure3.5（VI3.5）企业版来计价，它包含了HA、DRS、DPM、VMotion与UpdateManager等功能，而操作系统仍是以虚拟服务器WindowsServer2008Datacenter来计算。

VMware整个虚拟化方案所包含的软件授权费，包括WindowsServer2008Datacenter操作系统授权费19600元，以及VI3.5企业版2颗处理器授权费78000元（VMware最低授权版本是2颗处理器），再加上VirtualCenter管理软件2颗处理器授权费68000元，整个加起来之后，1台实体服务器采用VMware的虚拟化，整体软件授权费用是166000元。

我们也把5台、10台，以至100台的软件费用加乘列在附表，不过，在大量采购的情况下，厂商都会给予不同的折扣，实际成交价会比表列的还要低。

由此可见，除了操作系统之外，售价最高的就是VI3.5虚拟化软件的授权费。

最后再来看CitrixX