“云桌面”在學(xué)校信息化建設(shè)中的探索與實(shí)踐

何海銀

【摘 要】隨著網(wǎng)速的不斷提升以及虛擬化技術(shù)的不斷成熟，通過(guò)采用在服務(wù)器系統(tǒng)上承載桌面映像的方法，集中管理用戶的桌面資源，在構(gòu)建智慧型校園基礎(chǔ)環(huán)境方面，實(shí)現(xiàn)集中式、可移動(dòng)、安全及環(huán)保式管理方式，以便管理者能對(duì)成百上千的終端進(jìn)行統(tǒng)一認(rèn)證、統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)資源的靈活調(diào)配，為探索新型校園建設(shè)提供寶貴的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。本文從技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)、方案設(shè)計(jì)、實(shí)踐成果及應(yīng)用反思等方面進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

【關(guān)鍵詞】虛擬化；云技術(shù)；云桌面；信息化

【中圖分類號(hào)】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2015）12-0067-04

我國(guó)教育主管部門于2012年提出“三通兩平臺(tái)”建設(shè)工程。作為學(xué)校個(gè)體來(lái)說(shuō)，如何有效利用資金，結(jié)合各級(jí)主管部門整體規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)各類資源的有效整合，是學(xué)校信息化建設(shè)的重中之重。虛擬化（Virtualization）是一種資源管理技術(shù)，是將計(jì)算機(jī)的各種實(shí)體資源，如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)存及存儲(chǔ)等，予以抽象、轉(zhuǎn)換后呈現(xiàn)出來(lái)，打破實(shí)體結(jié)構(gòu)間不可切割的障礙，使用戶能以比原本的組態(tài)更好的方式來(lái)應(yīng)用這些資源。虛擬化技術(shù)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代的IBM大型機(jī)系統(tǒng)中，并在70年代的System370系列中逐漸流行起來(lái)。這些機(jī)器通過(guò)一種叫虛擬機(jī)監(jiān)控器的程序在物理硬件之上生成許多可以運(yùn)行獨(dú)立操作系統(tǒng)軟件的虛擬機(jī)實(shí)例。隨著近年多核系統(tǒng)、集群、網(wǎng)格甚至云計(jì)算的廣泛部署，虛擬化技術(shù)在商業(yè)應(yīng)用上的優(yōu)勢(shì)日益體現(xiàn)，不僅降低了IT成本，還增強(qiáng)了系統(tǒng)安全性和可靠性，虛擬化的概念也逐漸深入到人們?nèi)粘５墓ぷ髋c生活中。

云桌面是云計(jì)算時(shí)代的典型應(yīng)用，主要通過(guò)虛擬化技術(shù)，將云端資源發(fā)布給各操作終端。目前主流云桌面技術(shù)可分為兩類：虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu)的VDI（虛擬桌面基礎(chǔ)設(shè)施）方式和虛擬操作系統(tǒng)架構(gòu)的VOI（物理桌面虛擬化）方式。VDI方式是在數(shù)據(jù)中心通過(guò)虛擬化技術(shù)為用戶準(zhǔn)備好安裝Windows或其他操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的虛擬機(jī)。用戶從客戶端設(shè)備使用桌面顯示協(xié)議與遠(yuǎn)程虛擬機(jī)進(jìn)行連接，每個(gè)用戶獨(dú)享一個(gè)遠(yuǎn)程虛擬機(jī)，所有桌面應(yīng)用和運(yùn)算均發(fā)生在服務(wù)器上，遠(yuǎn)程終端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將鼠標(biāo)鍵盤信號(hào)傳輸給服務(wù)器，而服務(wù)器則通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將輸出的信息傳到終端的輸出設(shè)備（通常只是輸出屏幕信息），用戶感受、圖形顯示效率以及終端外設(shè)兼容性成為瓶頸。而VOI方式則會(huì)充分利用用戶本地客戶端（廢舊PC或高端云終端）的處理能力，計(jì)算發(fā)生在本地，桌面管理服務(wù)器僅做管理使用。將桌面需要的應(yīng)用收集到服務(wù)器來(lái)集中管理，在客戶端需要時(shí)將系統(tǒng)環(huán)境供其調(diào)用到本地，充分利用客戶端自身硬件的性能優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)本地化運(yùn)算，用戶感受、圖形顯示效率以及外設(shè)兼容性均與本地PC一致，且對(duì)服務(wù)器要求極低，企業(yè)和高校投入小。

虛擬化是未來(lái)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，市場(chǎng)前景廣闊?，F(xiàn)在市場(chǎng)上虛擬化產(chǎn)品很多，Citrix和VMware目前是虛擬桌面市場(chǎng)的兩家主導(dǎo)廠商。Citrix是主打虛擬桌面產(chǎn)品，而VMware則是利用其服務(wù)器虛擬化的優(yōu)勢(shì)進(jìn)軍虛擬桌面市場(chǎng)，其共同點(diǎn)為高安全性、高可用性、易管理性及快速部署，而差異點(diǎn)則是，VMware采用PCOIP協(xié)議，采用Thinapp，主要用于軟件打包分發(fā)，而Citrix采用ICA協(xié)議，采用Xenapp，主要用于發(fā)布共享。它們之間的詳細(xì)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 虛擬化桌面產(chǎn)品對(duì)比分析表

北京師范大學(xué)南山附屬學(xué)校是十二年一貫制學(xué)校，分為兩個(gè)學(xué)部。學(xué)校教育信息化有了試驗(yàn)的完整基礎(chǔ)，特別是在近兩年中，在區(qū)教育局的大力支持下及學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的高度重視下，經(jīng)過(guò)學(xué)校的努力規(guī)劃，學(xué)校信息化建設(shè)已經(jīng)有了飛速的進(jìn)步。通過(guò)打造數(shù)字化校園與綠色校園目標(biāo)相結(jié)合，確立了“搶占信息化制高點(diǎn)”的發(fā)展目標(biāo)，將提升教育教學(xué)質(zhì)效與信息化建設(shè)同步化，尊重一線教師的應(yīng)用需求，在基本實(shí)現(xiàn)辦公無(wú)紙化的綠色理念下，以信息技術(shù)為支撐，在教育教學(xué)和管理中提高速度，提升質(zhì)量，促進(jìn)課堂教學(xué)與信息技術(shù)的深度融合。學(xué)校于2012年開始規(guī)劃學(xué)校中長(zhǎng)期信息化發(fā)展目標(biāo)，著力打造智慧型校園環(huán)境，智慧校園的三個(gè)核心的特征：一是為廣大師生提供一個(gè)全面的智能感知環(huán)境和綜合信息服務(wù)平臺(tái)，提供基于角色的個(gè)性化定制服務(wù)；二是將基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的信息服務(wù)融入學(xué)校的各個(gè)應(yīng)用與服務(wù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)和協(xié)作；三是通過(guò)智能感知環(huán)境和綜合信息服務(wù)平臺(tái)，為學(xué)校與外部世界提供一個(gè)相互交流和相互感知的接口?；谶@些考慮，我們開始探索云技術(shù)在學(xué)校信息化管理中的應(yīng)用，營(yíng)造智慧化的校園工作、學(xué)習(xí)和生活環(huán)境。制定方案之前，我們查閱了大量技術(shù)文獻(xiàn)，了解了云桌面應(yīng)用的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

通過(guò)歸納整理，我們發(fā)現(xiàn)云桌面相比傳統(tǒng)PC桌面有很多優(yōu)勢(shì)，見(jiàn)表2。

表2 云桌面與傳統(tǒng)PC桌面技術(shù)參數(shù)對(duì)照

借助虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)用戶桌面資源的按需分配，以可擴(kuò)展、節(jié)約環(huán)保為頂層設(shè)計(jì)思想，規(guī)劃了學(xué)校軟硬件資源建設(shè)，全面推進(jìn)學(xué)校由數(shù)字化校園向智慧校園過(guò)渡，圖1為云平臺(tái)基礎(chǔ)架構(gòu)框架。

圖1 云平臺(tái)基礎(chǔ)架構(gòu)框架

學(xué)校最終的方案采用的是WMware桌面虛擬化技術(shù)。雖然Citrix在桌面虛擬化方面更有優(yōu)勢(shì)，但VMware在服務(wù)器虛擬化技術(shù)方面更有優(yōu)勢(shì)，而且安全級(jí)別較高。另外，相比Citrix，學(xué)校不需要再另外購(gòu)買終端機(jī)設(shè)備，只需要把學(xué)校淘汰的舊電腦做成虛擬機(jī)，因?yàn)檫\(yùn)算和存儲(chǔ)都在服務(wù)端，對(duì)客戶端性能要求低，只要舊電腦能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)即可。而且學(xué)校每年都有更換的舊電腦，可以做成備用機(jī)，達(dá)到循環(huán)利用。經(jīng)測(cè)算，按照區(qū)域辦公電腦報(bào)廢年限要求，一般達(dá)到七年即可報(bào)廢。如果我們把這些電腦再做成虛擬機(jī)，可以再用3～4年，既節(jié)約又環(huán)保。

采用VMware架構(gòu)虛擬化云桌面，對(duì)服務(wù)端設(shè)備性能要求較高，存儲(chǔ)和服務(wù)器不能太差，所以我們?cè)谝黄陧?xiàng)目時(shí)選用日立AMS2300存儲(chǔ)1臺(tái)，二期項(xiàng)目又增加了HUS110存儲(chǔ)1臺(tái)，總?cè)萘窟_(dá)到5TB。后期如果需要擴(kuò)展空間，我們只需增加磁盤柜。在服務(wù)器方面，目前擁有8臺(tái)浪潮NF5270M3服務(wù)器（每臺(tái)均為2*8核CPU，256G內(nèi)存）。目前發(fā)布了將近230個(gè)桌面資源，資源利用率達(dá)到60%，借助深信服上網(wǎng)行為管理和實(shí)施Sophos病毒防護(hù)，從源頭上解決了安全隱患。后續(xù)隨著應(yīng)用的不斷增多，我們已經(jīng)充分考慮了設(shè)備的擴(kuò)展性，保證了整體設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性。

實(shí)施過(guò)程

從2012年上半年開始，學(xué)校開始規(guī)劃學(xué)校私有云建設(shè)方案，先在學(xué)校高中部教室、部分室外觸摸屏及食堂進(jìn)行試點(diǎn)，通過(guò)云桌面進(jìn)行授課及資源的按需推送，實(shí)現(xiàn)學(xué)校在軟硬件方面的集中管理。

2015年，我們?cè)谇捌谠囼?yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)原先方案進(jìn)行了優(yōu)化，并把初中部所有班級(jí)和老師接入，真正實(shí)現(xiàn)了老師物理桌面和云桌面共存，改進(jìn)了一期項(xiàng)目中共享桌面的方案，班級(jí)直接進(jìn)行云桌面登錄。為了避免網(wǎng)絡(luò)故障不能訪問(wèn)桌面的問(wèn)題，在方案中，我們保留了班級(jí)電腦物理桌面。在網(wǎng)絡(luò)不能正常訪問(wèn)的情況下，電腦自動(dòng)停止云桌面工作狀態(tài)，返回到物理桌面。另外，我們把教師更換的舊電腦轉(zhuǎn)變成虛擬機(jī)，作為班級(jí)電腦的備用機(jī)，大大提高了管理效率，避免原先班級(jí)電腦不能正常使用，因維修耽誤正常教學(xué)的狀況。

我們還在不斷探索和實(shí)踐，計(jì)劃于2020年前，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)校區(qū)、三個(gè)學(xué)部的私有云連通，利用先進(jìn)的云計(jì)算虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“桌面及應(yīng)用虛擬化云計(jì)算平臺(tái)系統(tǒng) （云桌面）”的目標(biāo)，改變以往各自建設(shè)造成資源的極大浪費(fèi)。目前中小學(xué)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)光纖互通，圖2為學(xué)校虛擬化云桌面規(guī)劃圖。

圖2 學(xué)校虛擬化云桌面規(guī)劃圖

為了管理者能夠有效管理，針對(duì)學(xué)校虛擬化應(yīng)用的功能，個(gè)性化定制了虛擬化云桌面的操作平臺(tái)。新入職教師通過(guò)辦公OA申請(qǐng)，管理者為他設(shè)置好賬戶信息后，用戶就可以直接接入使用。規(guī)劃方案中我們還做了大膽設(shè)想，授課教師的辦公電腦，未來(lái)我們將采用瘦客戶機(jī)+移動(dòng)平板的模式，讓移動(dòng)辦公變?yōu)榭赡?，智能的校園環(huán)境必將為師生的教與學(xué)提供便利。

實(shí)施成果

學(xué)校經(jīng)過(guò)三年多的探索與實(shí)踐，目前已經(jīng)形成了一定的應(yīng)用特色，已經(jīng)架構(gòu)出學(xué)校集中式、可移動(dòng)及環(huán)保式的基礎(chǔ)模型，主要應(yīng)用成果如下。

1. 構(gòu)建泛在閱讀環(huán)境

傳統(tǒng)的電子閱覽，需要學(xué)生到指定的教室。因?yàn)闀r(shí)間或人數(shù)的限制，使用效率不是很高。為了改變這種模式，學(xué)校利用更換下來(lái)的舊電腦做成虛擬主機(jī)，構(gòu)建起具有我校特色的電子閱覽室。為了避免閱讀場(chǎng)所單一和封閉，借助無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，我們對(duì)閱讀環(huán)境進(jìn)行了延伸，真正滿足泛在閱讀需求。目前學(xué)校還在積極籌劃，利用學(xué)校建筑特色，設(shè)計(jì)閱讀長(zhǎng)廊，讓閱讀零距離。

2. 桌面資源隨身帶

教師上課要拷貝資源既花時(shí)間也不方便，甚至有可能給班級(jí)電腦帶進(jìn)病毒?！霸谱烂妗钡奈锢砜臻g放在服務(wù)器端。不管老師在辦公室、班級(jí)或者家里，通過(guò)簡(jiǎn)單拖放操作，即可以實(shí)現(xiàn)桌面共享。同時(shí)也為老師個(gè)性化安裝軟件提供方便。電腦桌面隨身帶（校內(nèi)直接使用云桌面，校外利用云盤和云桌面對(duì)接），解決了班級(jí)上課資源拷貝難的問(wèn)題。對(duì)教師辦公電腦，實(shí)現(xiàn)雙桌面，為資源的存放帶來(lái)方便。班級(jí)授課時(shí)，只需輸入個(gè)人的云桌面賬號(hào)，即可打開個(gè)人桌面，解決了學(xué)生桌面有限制上網(wǎng)和教師桌面自由上網(wǎng)的難題。

目前，我校已經(jīng)實(shí)現(xiàn)云桌面移動(dòng)化，我們可以在IOS或安卓系統(tǒng)環(huán)境下登錄云桌面系統(tǒng)，彌補(bǔ)了原先系統(tǒng)不能兼容Windows系統(tǒng)文件的難題，為學(xué)校教育教學(xué)的有效開展提供了便捷的環(huán)境支持。

案例反思

通過(guò)三年多的探索與實(shí)踐，學(xué)校通過(guò)虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟硬件資源的集中管理，應(yīng)用與管理模式都積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，為學(xué)校管理和師生教與學(xué)提供了便捷的環(huán)境支持。特別是桌面資源的統(tǒng)一推送和利用軟件倉(cāng)庫(kù)的個(gè)性化定制，受到師生的充分肯定。

高中英語(yǔ)組 吳蔚：云桌面可以實(shí)現(xiàn)桌面隨身攜帶，讓教師更加方便自己的教學(xué)，省去了保管U盤之勞；教師直接在教室就可以安裝事先存放的軟件，大大提高了教學(xué)的靈活性；更讓老師放心的是，憑借云桌面的專享密碼，只有教師可以在教室自由使用自己的云桌面，免去了學(xué)生無(wú)限制上網(wǎng)之憂。

初中數(shù)學(xué)組 李依樵：擺脫了靠移動(dòng)存貯設(shè)備拷貝課件的束縛，基本避免了以往存儲(chǔ)設(shè)備及電腦感染病毒的常態(tài)?，F(xiàn)在使用云桌面也不需要擔(dān)心因?yàn)榇鎯?chǔ)空間不夠或者粗心漏拷文件的事情發(fā)生。通過(guò)教師賬戶登錄云桌面可以上網(wǎng)，既為教師教學(xué)提供了便利，又可以避免孩子在老師監(jiān)控不到的情況下隨意濫用教室電腦網(wǎng)絡(luò)，有利于班級(jí)管理。

初中史社組 陳雯：云桌面的使用，讓我擺脫了對(duì)辦公室電腦和U盤的依賴，輕松去教室，放心上講臺(tái)，直接進(jìn)入云桌面中的云盤打開課件。班級(jí)電腦里以前沒(méi)有裝的程序，直接點(diǎn)開云桌面上的程序使用，方便快捷，輕松享受云辦公。以前辦公要回辦公室，現(xiàn)在隨時(shí)隨地辦公，在座位、教室和家里都能完成，在云桌面上操作退出后，數(shù)據(jù)在云中，本地看不到，信息保密又安全。

學(xué)生（信息管理員）：管理班級(jí)電腦更方便了，現(xiàn)在只有老師打開云桌面才能上網(wǎng)了，杜絕了以前有些同學(xué)玩班級(jí)電腦的現(xiàn)象。有的同學(xué)在班級(jí)電腦上裝游戲的現(xiàn)象再也沒(méi)有了。

當(dāng)然，因?yàn)槭敲^過(guò)河，用戶體驗(yàn)還達(dá)不到盡善盡美，和學(xué)校其他系統(tǒng)平臺(tái)的整合還需加強(qiáng)，推送的資源還有待豐富。不過(guò)，我們有理由相信，隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬不斷提高，技術(shù)的不斷進(jìn)步，無(wú)處不在的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、融合創(chuàng)新的網(wǎng)絡(luò)科研、透明高效的校務(wù)治理、豐富多彩的校園文化、方便周到的校園生活一定會(huì)逐步實(shí)現(xiàn)。

總結(jié)與展望

通過(guò)采用在服務(wù)器系統(tǒng)上承載桌面映像的方法，集中管理用戶的桌面資源，對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能要求比較高。在局域網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)帶寬不會(huì)有任何問(wèn)題，但如果要在公網(wǎng)中訪問(wèn)，網(wǎng)速得不到保證，視頻播放會(huì)有一定的延遲，用戶體驗(yàn)稍有欠缺。所以在我校的設(shè)計(jì)方案中，局域網(wǎng)中直接訪問(wèn)云桌面，可對(duì)桌面資源進(jìn)行個(gè)性化設(shè)置，不局限于簡(jiǎn)單的文件傳輸。學(xué)校管理者也可以通過(guò)群發(fā)的形式為各用戶桌面加載資源。在公網(wǎng)環(huán)境下，我們僅僅可以借助定制的云盤來(lái)實(shí)現(xiàn)文件的傳輸，而云盤和云桌面進(jìn)行了無(wú)縫對(duì)接。

接下來(lái)，我們將繼續(xù)優(yōu)化環(huán)境，對(duì)VMware軟件環(huán)境進(jìn)行個(gè)性化定制，改變當(dāng)前學(xué)校教師電腦的使用模式，不再購(gòu)買臺(tái)式電腦，采用瘦客戶機(jī)+平板電腦的模式，適應(yīng)未來(lái)學(xué)習(xí)和辦公的需要，以期在網(wǎng)絡(luò)帶寬不斷提升的未來(lái)，內(nèi)外網(wǎng)訪問(wèn)桌面資源將會(huì)落地，最終實(shí)現(xiàn)便捷的移動(dòng)辦公環(huán)境。

（作者單位：北京師范大學(xué)南山附屬學(xué)校）