教育行业虚拟化解决方案

本方案适用教育行业：如大学、大专院校、学校、教育培训机构等

方案采用系统：TVD桌面虚拟化教育专版

一、虚拟化桌面项目背景

随着计算机在高校范围内越来越广泛的应用，如何提高学校计算机综合应用管理水平，如何让计算机为使用者提供更多、更贴心的功能，已经越来越被高校的各级管理人员所重视。近年来各种软件、硬件产品层出不穷，但都只能局部解决一些小问题。

从2005年开始，云计算、云服务、虚拟化的声音渐渐兴起，但由于技术的成熟性、可靠性都没得到长期的验证，因此虚拟化技术没有得到大面积的推广，5年来随着世界几大虚拟化厂家铺天盖地的宣传和推广，虚拟化技术已经步入到成熟期。

服务器虚拟化、存储虚拟化、桌面虚拟化是虚拟化的几个组成部分，在高校中服务器虚拟化、存储虚拟化已经得到了一定的应用，帮助学校解决了很多问题，但学校动辄上万台PC的管理、应用问题却并没有从中受益，而桌面虚拟化技术的成熟为解决这一难题提供了良好的技术保证，借着高校计算机应用需求、管理需求的不断上升的热潮，桌面虚拟化迎来了发展的契机。

二、虚拟化桌面实施目标

2.1、目前学校管理的问题

学校有大量电脑，主要应用在以下几个地方：

公共计算机实验室、各院系专用机房、实训中心

多媒体课室

电子阅览室

无纸化办公与科研

2.2、机房设备管理方面

目前在机房面临的主要管理与应用问题有以下几个方面：

1）机房管理老师的日常维护工作量很大。

当前计算机实验室的应用涉及到多个专业或多门课程，每个课程经常要花费大量的时间安装和更新计算机操作系统、各类应用软件，而计算机操作系统网络同传的时间也长达4-5小时，大量的时间被浪费造成机房使用率下降，由于还原卡的不稳定或网络丢包问题，有些机器需要二次、三次同传，维护人员做的重复性工作较多。

2）计算机实验室的机器品牌复杂，给管理服务带来了困难。

由于高校计算机品牌、型号各异，新旧不同，不同品牌、型号计算机的操作系统要单独安装，制作“母机”（用于网络同传安装其它计算机的样板计算机）的工作量较繁重，而每台计算机又需要安装3—4套操作系统，极易搞混，这还没考虑各应用程序版本不同及升级问题

3）目前计算机病毒猖獗，仅靠计算机还原卡也预防病毒是不现实的。

需要找到更好的解决办法；另外，使用还原卡，操作系统和应用软件的升级是个难题。

2.3、辅助教学应用方面

1）软件增加和更新耗时费力不方便

很多老师临到上课之前才提出要使用某个软件，在目前的管理模式下，由于同传操作系统都需要大量的时间，所以针对这种临时性的软件需求，无法满足。另外，无纸化考试越来越流行，有些无纸化考试需要特殊的软件，有些考试通知太晚（比如下午要进行大批量的无纸化考试，而上午才通知），准备时间严重不足，这也为计算机实验室的管理带来难题。

2）计算机硬件损坏更新后，很多机器还原卡不兼容

目前的还原卡虽然可以支持同时在一台PC上安装多个操作系统，虽然可以进行，而且增量安装，但是仍然需要花费时间，且难以适应应用的发展。随着计算机的使用，不可避免的需要更新部分配件，由于计算机发展较快，对于已经使用多年的计算机，不可能再买到与原来相同的配件，而这些计算机都需要逐台安装。目前很多软件安装后需要单独注册，工作量很大。

3）无法提供人性化的个性化服务与管理

由于学生的习惯不同，素质也有一定的差异，因此对学生的管理比较麻烦。另外，为保证学生自主学习或实验、训练的连环性，需要在PC上学生开放部分数据盘，但对这部分数据盘的管理和病毒的防范是个难题。学生上机学习时经常私自上网聊天、玩游戏，甚至上一些不良网站，如何在减少管理人员的工作量的条件下进行动态管理，是一个困惑。

4）无法便捷提供很多考试的环境

国家计算机等级考试，其软件要求每台机器都需要不同的用户名登陆，因此在以往考试前夕都需要安排大量的人手工打开保护卡添加用户，考试完再恢复，费时费力，还容易出错；另外很多技能鉴定考试每台学生机都有一个单独的考试文件，各不相同，无法通过还原卡同传部署。

5）系统更新出错无法恢复

目前软件数量十分庞大，很容易造成软件冲突，在目前的模式下，安装软件完毕后，全部同传给所有学生机，一旦发现软件冲突，很难快速恢复。

2.4、虚拟化项目实施的目标

在桌面虚拟化项目实施后，希望能大大改善目前学校计算机的管理及应用问题，能够达到以下的目标：

• 简化计算机实验室的管理，提高系统部署效率，实现操作系统与具体硬件无关性。

• 为老师和学生提供个性化操作系统界面，放权让老师和学生管理自己的个性化操作系统，而且个性化操作系统界面与物理计算机无关，而是随使用者的不同而不同。

• 对计算机实验室的计算机操作系统统一管理和维护，依托本地计算机资源，为教师和学生提供高性能的个性化桌面服务，既减少管理人员的工作量和管理难度，又能教师和学生安装需要的应用软件提供方便。

• 切实利用好计算机本地硬盘，解决目前市面上一些虚拟化产品对网络、后台服务器依赖过高的问题，在特殊情况下，前台计算机可以独立运行。实现向前端PC推送多操作系统的能力。

• 实现在不重新批量安装操作系统和应用软件的条件下，批量升级操作系统、应用软件以及新的应用软件的安装。

三、虚拟化项目实施方案

3.1、虚拟桌面原理

虚拟桌面采用的是服务器网络推送的模式，在服务器端安装各种用户所需要用的应用系统镜像，所有客户机采用网络启动模式，开机后由服务器推送操作系统与服务。

3.1.1、技术原理

在最上层是操作系统容器（OSContainer），在容器中可以容纳多个操作系统包，操作系统包通过操作系统推送器（OS Delivery Layer）进行服务器和客户机之间的系统推送，网络媒体可以使局域网（LAN）或者是互联网（Internet），操作系统推送到客户机后，由操作系统执行器（OS Executive）或虚拟机（VMS）执行，从而驱动电脑硬件。

3.1.2、按需推送机制

在虚拟化服务器上有多个应用系统镜像，当客户机开机后，服务器会根据客户机启动后登陆的不同账号，为客户机分配私有应用系统和桌面。每个班级、每个学生都可以为其推送其个性化需求。

3.1.3、虚拟化本地缓存机制

1）、新电脑

 新电脑使用前，无需格式化硬盘，裸机即可。

2）、第一次启动

在第一次启动时，服务器会自动把扇区分配表发送到客户机硬盘上，并把服务器上的系统数据采用ON-Demond技术推送到客户机硬盘上，用户硬盘同时存储用户数据和系统的临时文件，形成高速缓存。当用户在使用电脑的过程中需要使用更多的数据时，则从服务器上推送相应的数据到客户机硬盘，客户机硬盘会通过标记记录所有从服务器上推送过来的数据和用户在使用中自行创建的数据，形成完善的读写缓存。

3）、以后启动

以后客户机每次启动，TVD服务器只是传输少量I/O读写数据和扇区分配表，这部分数据和高速缓存中的数据结合起来成为启动数据，保证了用户体验和原来单机模式完全一致。

3.1.4、多操作系统部署机制

考虑到客户机本地硬盘需要部署多个操作系统并且和服务器保持一致性。

服务器根据软件设定的多个操作系统，在客户机硬盘上创建相应的缓存，并采用涓流技术在后台传输数据，当网络中断后，由于客户机硬盘数据和服务器镜像数据是一致的，因此通过高速缓存定位就可以实现网络系统和本地系统的热切。

3.1.5、虚拟桌面镜像原理

基本镜像

当系统首次安装时，需要找一台客户机安装相应的操作系统和基本运行软件，安装完毕后，把该操作系统发布到服务器上，即形成了基本镜像。

增量快照镜像

当管理人员在原有基本镜像上新增了部分软件后，可以在服务器上形成快照增量镜像，此镜像由两部分组成：基本镜像、增量部分，因此使用者可以在基本镜像和增量部分进行来回切换。

逻辑镜像

当新增软件后，基本镜像和快照增量镜像的组合就形成逻辑镜像，其余客户机只要选择逻辑镜像启动，就自动可以使用新安装的软件。

新基本镜像

当快照增量镜像越来越多后，可以把基本镜像和增量快照镜像合并，这样就形成了新的基本镜像

3.2、虚拟桌面的使用优点

3.2.1、什么是TVD虚拟桌面系统

TVD 虚拟桌面系列产品采用了国际领先的虚拟化技术，把多用户、多桌面、多环境的用户系统集中在一起，统一管理，可以随时为所有或不同的用户推送其所需的不同应用环境，为用户提供统一的软件推送、软件安装、软件升级、操作系统远程部署、远程诊断等服务。可以帮助学校的计算机管理部门在原有计算机设备投资的基础上，建立一个高效、快捷的管理架构，把原先只能分散管理的各台计算机，全部纳入部门集中管控。

3.2.2、TVD虚拟桌面系统针对机房管理的特点

便捷地集中管理

实验室需要不同的实验环境，每台电脑又需要安装不同的操作系统或应用软件，如果管理员逐台安装不同的环境，费时、费力，效率低下，影响教学稳定性。

TVD系统对分散的计算机进行了集中化管理，在TVD的服务器上可以清晰地看到每台学生机的使用情况，可以对每台学生机进行各种控制。这样把原来分散的各个点统一在了一起，可以全面掌控。使得机房管理员可以在服务器上单点控制整个实验室计算机应用环境，对于新增的计算机，也只需要赋予它所需要的运行环境就可以了。

快速更新，系统升级简单

TVD系统是在网络环境下工作的，因此对于微软补丁的更新、病毒库的更新非常的方便，所有这些更新，只需要机房管理人员坐在自己的办公室就可以完成，并且所有计算机在重新启动后就能立即生效，大大提高了计算机的安全性，减少计算机病毒的传播。

TVD在软件系统升级的时候，只需要找一台学生机安装新软件就可以了，软件安装完毕，已经同步更新到服务器上，其余学生机只要启动电脑就已经可以使用新软件了。无需再一台台安装软件或者用还原卡同传整个操作系统。

TVD系统对于学校机房维护无需网络同传节省大量时间

TVD系统通常情况下无需对机房的客户机进行操作系统维护，这样节省了大量的网络同传的时间。即使在某些特殊情况下需要给客户机部署操作系统，TVD系统采用的组播部署方式也比还原卡的方式节省60%以上的时间。

TVD支持多操作系统启动

TVD系统可以支持多个操作系统，管理员可以根据不同的学生使用情况，不同的课程实现需要，为学生配置不同的使用环境和操作系统，当用户开机后，会自动推送其应用虚拟环境。

多样化的用户使用体验

教师指定分配虚拟桌面

TVD系统提供分类虚拟桌面，根据各种课程实验的不同应用需求，可以在服务器端制作不同的虚拟桌面，只需要机房管理员在服务器端进行简单的设定，就可以让各台学生机在开机后，进入各自所需要的应用环境。比如英语教学专用桌面、计算机基础课专用桌面、高考评卷专用桌面（如需要，可以将该桌面推送到前端PC，使其在不依赖后台服务器的条件下独立运行）、无纸化考试（可分：计算机等级考试、英语AB级考试、公英考试、专英考试）专用桌面等，各桌面中有其所需要的特定的应用环境和软件。

学生选择分配虚拟桌面

TVD系统根据各种用户使用的不同需求，制作多种应用环境，当学生打开电脑后，系统为用户提供选择菜单，由学生自行选择所需要的应用环境，选择完毕后，系统自动推送使用者其选择的虚拟桌面。

全面的安全保证

远程维护诊断

TVD系统可以对管理的学生机进行远程的维护及诊断，对于那些简单的问题或使用者的误操作，管理部门只需要有限的管理人员，坐在电脑前就可以完成，大大缩短了以往的维护时间和大量的维护人员。

容错备份

如果由于软件兼容性、病毒或误操作等多种原因致使操作系统无法正常使用乃至崩溃，只需将操作系统回滚到原先正常的状态即可。

TVD系统在快速升级的基础上，为了防范以前的赛门铁克事件重演，对整个操作系统做了全面的容错备份，当更新的病毒库、升级补丁、软件出现错误，造成计算机系统出现使用故障或全面瘫痪时，管理员可以快速返回到系统更新前的状态。大大降低了由于系统崩溃而造成的损失。

TVD系统具有良好的网络安全性

由于学生上网或频繁使用U盘，导致电脑大面积中毒，致使系统崩溃，无法正常使用。

TVD系统在学生机每次启动时都从服务器启动一个干净的操作系统，有力保证了系统安全，跟据用户不同的需求，还提供启动还原、不还原、仅下次还原、自主还原等多种还原方式，充分保证系统最低限度的被病毒侵害。

本地网络双启动

网络启动对网络及服务器有很高的依赖性，如果这两样出现故障，则会造成系统崩溃，无法使用。TVD系统具有双启动功能，可以通过服务器给所有学生机本地硬盘部署和镜像相同的操作系统，当网络出现故障时，系统会自动转到客户机本地硬盘系统启动，保证系统正常运行。

完善的管理辅助服务

计算机行为管理

TVD系统可以对整个系统进行行为管理，可以进行软件的黑白名单设置，禁止学生在特定的时间内使用炒股软件、游戏软件等，把对学生的行为管理落实到实处。可以进行上网黑白名单的管理，禁止用户对网站的访问。与此同时，管理人员还可以禁止用户使用USB接口，光驱等设备。

提供等级考试特殊环境

TVD系统全面提供国家计算机等级考试的便捷环境，只需要轻松勾选，就可以在学生机开机时，按照不同的用户名（K01，K02……）自动登录到系统，不再需要每台计算机单独更改。

TVD系统具有丰富的管理功能

TVD系统针对用户的使用特点，提供了丰富的管理功能，“远程开关机”、“一键格式化”、“时间同步”、“屏蔽网关”、“设备禁用”、“软件授权管理”、“方案管理”、“用户漫游”等实用功能，将大大减少管理人员的维护时间和维护成本。

快速的远程部署及还原

TVD系统提供多种操作系统还原方式，有力地保证了系统的安全，并且提供快速的操作系统远程部署功能，可以在10分钟内，为学生机部署操作系统。

强大的环境适应性

完善的网络适应性

TVD系统可以使用多种网络环境，对于跨VLAN的网络环境也能支持，并且利用国际独创的TVD Boot启动技术可以在不用调整交换机参数甚至学生机无网络启动选项的情况下轻松实现客户机的跨VLAN启动。

强大的计算机硬件无关

随着电脑的使用和更新，学校电脑的种类越来越多，无法集中管理，每种配置的电脑都要单独管理。

TVD系统是采用虚拟平台的网络化技术，因此其具有强大的硬件无关特点，对于不同的计算机，只需要制定其所需要运行的应用环境即可，无需关注这台计算机的硬件配置，同样的应用环境，即使在两台档次差异很大的计算机上也可以安全稳定运行。

不论学生机使用什么样的机器或品牌配置，都可以做到用同一个操作系统启动，真正的即插即用，这一特点解决了学校客户机由于损坏更换不同硬件而无法使用还原卡管理的隐患，也解决了实验室电脑种类众多，管理人员需要备份管理各种不同的驱动、版本的困扰。

TVD系统具有未来网络扩展的前瞻性

TVD系统充分考虑到学校的网络情况，可以支持跨网段结构，每台学生机还可以单独指定网关和子网掩码，满足不同网络模式的需求。

直观的成本节省

License费用的节省

由于知识产权的保护越来越被我国所重视，各行业都要求使用正版软件，但正版软件的价格都是比较昂贵的。TVD系统采用的远程镜像启动方式，从根本上避免了使用许可证，未侵害正版的版权，大大节省了购买正版软件的费用。

独有的节能措施

节能减排已经是国家提出的新政策，很多地区都制定了8%的节能率，而计算机由于每天开的时间较长，在企业中也是比较大的用电大户。TVD系统采用了智能节能技术，针对计算机的使用情况，动态节能。经国家权威检测机构测试，节能率在10%-15%。

3.2.3、虚拟化同类产品对比分析

目前国际上虚拟化的产品都是国外产品，以VMWare 、Citrix最为著名

从上表不难得出结论：国外的产品是通用型产品，适用于办公用电脑，而TVD虚拟化产品专注于教育行业，更适用于机房的虚拟化。

3.2.4、与还原卡产品对比分析

3.3、虚拟化项目实施所需网络架构

高校虚拟化项目实施，需要网络支持，网络要求简单，需要桌面百兆，上联千兆的网络基础架构。

下图给出一校级计算中心的网络拓扑图：

目前机房网络是每个机房单独的网络，每个机房单独通过1根校园网线上网，考虑到学校的具体情况，推荐采用2种网络方式。

针对具体机房，一般采用以下组网方案

方案一：

每个教室单独组成网络，每个教室单独采用1台服务器

采用这种网络结构的优点在于，网络架构简单，网络设备投资小，缺点在于每个机房要用单独的服务器进行管理。

交换机推荐采用 H3C-1050T，交换机之间采用千兆口级联方式

服务器推荐采用：1颗4核CPU，4G内存，2块500G硬盘支持RAID0

方案二：

通过一台核心交换机把4个机房沟通起来，在核心交换机上通过划分VLAN进行4个教室的网络管理，4个机房用2台服务器

采用这种网络结构的优点在于，服务器使用数量少，所有网络都由学院机房管理，容易协调，所有机房之间都是互通的，但需要采购一台核心交换机。

交换机推荐采用 H3C-1050T，交换机之间采用千兆口级联方式

核心交换机推荐采用思科3650G

服务器推荐采用：1颗4核CPU，4G内存，2块500G硬盘支持RAID0，或者把CPU数量提升到2颗。

3.4、TVD虚拟桌面系统功能

TVD 虚拟桌面快速交付系统使用案例

TVD虚拟桌面快速交付系统在多个高校实验室使用：

南京大学现代教育技术中心

河海大学商学院

森林公安警察学院

南京邮电大学

南京财经大学

晓庄学院

南京工程学院

东南大学

南京航空航天大学

南京师范大学

西北工业大学

中国石油大学

浙江理工大学

浙江财经学院

浙江科技学院

华南师范大学

娄底职业技术学院

佛山职业技术学院

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