基于虛擬技術(shù)的云桌面平臺(tái)在高校教學(xué)中的應(yīng)用

王瑞娜

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息傳媒學(xué)院，河南三門峽472000）

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基于虛擬技術(shù)的云桌面平臺(tái)在高校教學(xué)中的應(yīng)用

王瑞娜

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息傳媒學(xué)院，河南三門峽472000）

摘要：隨著教學(xué)信息化的深入，很多高校已開始應(yīng)用云計(jì)算的虛擬技術(shù)來降低教學(xué)成本，以提高教育教學(xué)資源的利用率。在介紹虛擬技術(shù)和云桌面技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)高校教學(xué)云桌面系統(tǒng)的總體架構(gòu)進(jìn)行了分析與部署，并以機(jī)房為場(chǎng)景進(jìn)行了簡(jiǎn)單測(cè)試。

關(guān)鍵詞：虛擬技術(shù)；云桌面；教育教學(xué)

隨著高校網(wǎng)絡(luò)用戶的增多及接入網(wǎng)絡(luò)形式的多樣化，傳統(tǒng)教學(xué)模式中的計(jì)算機(jī)設(shè)備資源利用率低，安全維護(hù)困難，各項(xiàng)管理工作任務(wù)量大。然而，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和教育信息化的快速發(fā)展，促使高校師生對(duì)計(jì)算機(jī)的服務(wù)性能要求越來越高，如何提高計(jì)算機(jī)的響應(yīng)速度、有效管理教學(xué)軟件、維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全及降低維護(hù)成本等成為高校教學(xué)信息化建設(shè)必然要解決的問題。依托云計(jì)算及虛擬技術(shù)的云桌面平臺(tái)的使用，將成為促進(jìn)高校信息化建設(shè)的新途徑。

1　桌面虛擬化理論

1.1虛擬化技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，人們選擇物理主機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)往往是按最大需求來選擇的，但應(yīng)用中很多物理設(shè)備的實(shí)際使用率是非常低的，而使用虛擬技術(shù)就可以將物理設(shè)備進(jìn)行虛擬化，提高硬件資源的利用率，節(jié)約社會(huì)資源。從本質(zhì)上將，虛擬化技術(shù)就是通過計(jì)算機(jī)硬件設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建的軟件與硬件交互、軟件之間交互的中間層，其利用軟件的靈活性和可擴(kuò)展性，來滿足上層接口的調(diào)用需求。

1.2桌面虛擬化技術(shù)

桌面虛擬化技術(shù)實(shí)質(zhì)上是集中計(jì)算分布顯示技術(shù)［1］，通過虛擬技術(shù)將用戶的數(shù)據(jù)信息集中存儲(chǔ)、計(jì)算及管理，而用戶端只需要配置能夠連接到網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，就可以實(shí)現(xiàn)資源的訪問或最終結(jié)果的顯示，而且根據(jù)用戶的需求能夠?qū)崿F(xiàn)不同應(yīng)用桌面的定制。

1.3云桌面

云桌面看似與普通桌面一樣，但其實(shí)它不是一個(gè)真實(shí)的計(jì)算機(jī)桌面，而是用戶通過網(wǎng)絡(luò)訪問云端服務(wù)器提供的虛擬操作系統(tǒng)，它是云計(jì)算和虛擬技術(shù)相結(jié)合的應(yīng)用形式。云桌面的計(jì)算模塊是在云端服務(wù)器上，與傳統(tǒng)的桌面相比擁有很多優(yōu)勢(shì)。首先，云桌面對(duì)用戶的上網(wǎng)設(shè)備要求不高，只要擁有能接入網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備即可（PC、平板、智能手機(jī)都可以），這不僅降低了用戶購(gòu)買及維護(hù)設(shè)備的成本，使用也比傳統(tǒng)的桌面更便捷；其次，云桌面用戶的數(shù)據(jù)信息都存儲(chǔ)在云服務(wù)器群集上，管理系統(tǒng)可根據(jù)用戶的需求更合理地調(diào)配資源，提高了資源的利用率；此外，云桌面用戶的數(shù)據(jù)信息都存儲(chǔ)在服務(wù)器上，與傳統(tǒng)的桌面相比，更容易進(jìn)行管理和維護(hù)，對(duì)于用戶數(shù)據(jù)的安全性也更有保障。

2　云桌面在高校教學(xué)中的應(yīng)用

云桌面服務(wù)主要由云桌面平臺(tái)來提供，高校教學(xué)云桌面的應(yīng)用見表1。

表1　虛擬云桌面在高校教學(xué)中的應(yīng)用體現(xiàn)

將虛擬云桌面平臺(tái)應(yīng)用在教學(xué)中涉及以下幾個(gè)云基礎(chǔ)服務(wù)［2］：

（1）虛擬云桌面平臺(tái)的用戶管理。虛擬云桌面平臺(tái)中包含教學(xué)系統(tǒng)中的管理員和普通用戶，其中管理員負(fù)責(zé)對(duì)云教學(xué)資源的有效管理，普通用戶可以通過云桌面平臺(tái)申請(qǐng)?jiān)贫说慕逃虒W(xué)資源，并有一定的自服務(wù)操作，比如登陸賬號(hào)及密碼的設(shè)置。

（2）虛擬云桌面的軟件管理。基于云桌面平臺(tái)的教學(xué)系統(tǒng)，在軟件的安裝、配置及維護(hù)方面統(tǒng)一由云平臺(tái)的管理員來操作。

（3）虛擬云桌面的存儲(chǔ)管理?；谠谱烂嫫脚_(tái)的教學(xué)系統(tǒng)，在資源存儲(chǔ)管理方面主要是維護(hù)本地服務(wù)器與云端資源池的連接。

（4）虛擬云桌面平臺(tái)的部署。云計(jì)算技術(shù)下的云桌面平臺(tái)，在部署上可根據(jù)用戶的實(shí)際需求來靈活部署。

（5）虛擬云桌面平臺(tái)的運(yùn)行監(jiān)控。云桌面平臺(tái)在教學(xué)系統(tǒng)中的運(yùn)行監(jiān)控，主要是對(duì)當(dāng)前使用的云平臺(tái)服務(wù)器的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（6）虛擬云桌面平臺(tái)的安全管理。云桌面平臺(tái)在教學(xué)系統(tǒng)中的安全管理包括：教育資源的安全性、合法訪問教育資源的渠道暢通、用戶的賬號(hào)及密碼的安全管理等。

2.1虛擬云桌面平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

虛擬云桌面平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。圖1中的系統(tǒng)架構(gòu)選用Red Hat公司開源的KVM虛擬機(jī)技術(shù)作為基礎(chǔ)，包含虛擬桌面管理平臺(tái)、虛擬資源層、Hypervisor層及虛擬化服務(wù)器幾個(gè)部分［3］。其中虛擬云桌面終端是安裝了與KVM兼容性最好的SPICE協(xié)議的客戶端操作系統(tǒng)，用戶可以通過PC機(jī)、智能手機(jī)、平板等設(shè)備使用遠(yuǎn)程桌面服務(wù)。上層的云桌面管理平臺(tái)是基于Web的統(tǒng)一管理及控制平臺(tái)，通過它可以控制和管理物理機(jī)及虛擬環(huán)境下的所有組件及信息資源。Hypervisor層是介于物理服務(wù)器與操作系統(tǒng)之間的軟件層，也被稱為虛擬機(jī)監(jiān)視器，通過它可實(shí)現(xiàn)不同的操作系統(tǒng)與應(yīng)用共享同一基礎(chǔ)的物理設(shè)備。

圖1　云桌面系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2虛擬桌面軟硬件環(huán)境

基于云計(jì)算技術(shù)的虛擬桌面平臺(tái)在高校教學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用，就是有效地將校內(nèi)的軟硬件資源組合起來，高效地為教育教學(xué)服務(wù)。在硬件上虛擬服務(wù)器對(duì)于CPU和內(nèi)存等計(jì)算性能的設(shè)施要求比較高，而對(duì)顯卡等顯示性能的設(shè)施要求低，在實(shí)際選擇時(shí)還需結(jié)合需求。本文選取了聯(lián)想的萬全R680G7服務(wù)器和支持SPICE協(xié)議的云終端。在軟件配置上需要安裝有相應(yīng)的虛擬化套件，以啟動(dòng)虛擬功能，此外還需要虛擬桌面平臺(tái)的監(jiān)控軟件、管理配置軟件、備份/恢復(fù)軟件等［4］。

3　云桌面架構(gòu)的分析與部署

3.1構(gòu)建服務(wù)器群集

結(jié)合學(xué)校的實(shí)際情況，筆者構(gòu)建服務(wù)器群的配置如下：

（1）后臺(tái)虛擬桌面集群采用2臺(tái)聯(lián)想的萬全R680G7服務(wù)器部署，每臺(tái)服務(wù)器采用2個(gè)8核CPU，64 G內(nèi)存，2T硬盤，2個(gè)光纖存儲(chǔ)卡，2個(gè)1 000 M RJ45網(wǎng)卡。

（2）應(yīng)用服務(wù)群集采用采用8臺(tái)聯(lián)想的萬全R525G2服務(wù)器部署，每臺(tái)服務(wù)器采用2個(gè)4核CPU，64 G內(nèi)存，2T硬盤，2個(gè)光纖存儲(chǔ)卡，2個(gè)1 000 M RJ45網(wǎng)卡。

虛擬桌面群集可提供的虛擬機(jī)資源為32核CPU，128 G內(nèi)存，4T硬盤，可以在上面部署基于各種操作系統(tǒng)的虛擬桌面；應(yīng)用服務(wù)群集可提供的虛擬機(jī)資源為64核CPU，512內(nèi)存，16T硬盤，可以在上面部署各種管理系統(tǒng)及教育教學(xué)資源。

3.2構(gòu)建存儲(chǔ)資源池

在高校信息化建設(shè)中如何高效地存儲(chǔ)管理資源是一項(xiàng)非常重要的任務(wù)，因?yàn)榇罅康慕逃虒W(xué)資源、軟件應(yīng)用服務(wù)資源以及數(shù)據(jù)備份需要存儲(chǔ)。本文選取10塊2T的SAS硬盤創(chuàng)建光纖磁盤陣列，用于存放學(xué)校的一些核心數(shù)據(jù)，比如學(xué)校的財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)、教務(wù)數(shù)據(jù)、校園一卡通數(shù)據(jù)等。此外再選取10塊2T的硬盤創(chuàng)建IP磁盤陣列，用來存放一般的數(shù)據(jù)信息，比如學(xué)校的網(wǎng)站資源、教學(xué)軟件資源等。利用虛擬技術(shù)可以將分布在不同服務(wù)器上的應(yīng)用共享在一個(gè)資源池內(nèi)，這樣就可以將分布在校內(nèi)不同服務(wù)器上的內(nèi)置存儲(chǔ)和外部磁盤陣列存儲(chǔ)在一個(gè)共同的資源池內(nèi)，終端客戶不必考慮資源存儲(chǔ)在哪個(gè)位置，通過虛擬化平臺(tái)動(dòng)態(tài)管理，負(fù)載均衡，根據(jù)不同的需求，提供合理、高效的存取方式。根據(jù)用戶的需求，為每臺(tái)服務(wù)器安裝XenServer系統(tǒng)，并選擇一臺(tái)計(jì)算機(jī)作為用戶管理界面。通過網(wǎng)絡(luò)將多臺(tái)服務(wù)器中的資源進(jìn)行組合構(gòu)建資源池。

3.3虛擬機(jī)的管理

基于虛擬技術(shù)的云桌面管理平臺(tái)其核心是對(duì)虛擬機(jī)的管理，在云桌面管理平臺(tái)的搭建過程中，虛擬機(jī)平臺(tái)的設(shè)計(jì)需要兼顧硬件配置、系統(tǒng)類型等多方面，本設(shè)計(jì)中借助Libvirt強(qiáng)大的虛擬化接口技術(shù)來開發(fā)功能豐富的虛擬管理平臺(tái)，對(duì)虛擬機(jī)的管理涉及多個(gè)方面，如圖2所示。

圖2　虛擬機(jī)管理模塊

3.4用戶管理

云桌面管理系統(tǒng)中的用戶包括管理員用戶和普通用戶。管理員用戶通過管理界面可以進(jìn)行虛擬機(jī)的創(chuàng)建、訪問控制、訪問申請(qǐng)等操作，也可進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的管理操作，而普通用戶只能進(jìn)行虛擬機(jī)的申請(qǐng)操作。通過對(duì)用戶的管理，可以有效保證資源的合理分配，當(dāng)虛擬服務(wù)器負(fù)載時(shí)，能及時(shí)采取相應(yīng)措施，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.5數(shù)據(jù)庫(kù)管理

云桌面教學(xué)平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)中包含了用戶的信息、虛擬機(jī)的信息、虛擬機(jī)的申請(qǐng)信息、主機(jī)信息等，這些信息都通過數(shù)據(jù)表的形式保存，將顯示信息抽象為視圖，實(shí)體信息抽象為模型，控制信息抽象為控制器，使數(shù)據(jù)庫(kù)操作對(duì)象化。數(shù)據(jù)源可選用MySQL、Oracle等數(shù)據(jù)庫(kù)。

4　實(shí)現(xiàn)及測(cè)試

本次云桌面部署以河南某大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)機(jī)房為例。本專業(yè)有學(xué)生300余人，機(jī)房機(jī)器僅有200多臺(tái)，若學(xué)生同時(shí)上課，則有部分學(xué)生沒有位置，在機(jī)房部署云桌面為每位學(xué)生建立獨(dú)立的虛擬云桌面，就可以輕松解決機(jī)房資源不足問題，這樣不僅能節(jié)約資源，也能擴(kuò)展學(xué)生的學(xué)習(xí)空間。

根據(jù)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，將機(jī)房客戶端個(gè)數(shù)和CPU內(nèi)核數(shù)以5∶4比例配置，本次測(cè)試機(jī)房客戶端為200臺(tái)，需要CPU內(nèi)核160個(gè)。本方案采用7臺(tái)服務(wù)器，每臺(tái)服務(wù)器配置雙路12核E5-2695CPU，共有內(nèi)核數(shù)168個(gè)，采用內(nèi)存總數(shù)為768 G，能夠很好地滿足測(cè)試需求。在客戶端選用ARM Cor tex-A9處理器，不僅可以根據(jù)用戶的需求擴(kuò)展外設(shè)接口，還支持1 000 M的網(wǎng)絡(luò)傳輸和高清視頻輸出，能夠滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

部署虛擬云桌面平臺(tái)時(shí)，需要根據(jù)用戶的需求選擇操作系統(tǒng)并安裝相關(guān)的教學(xué)及其他應(yīng)用軟件。本文簡(jiǎn)要介紹在Window7操作系統(tǒng)下的安裝過程，首先，在AD服務(wù)器中配置域，然后在域服務(wù)器中添加DNS服務(wù)器，并將虛擬云桌面管理服務(wù)器及操作系統(tǒng)添加到AD域中，并建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)用于保存數(shù)據(jù)信息，同時(shí)部署虛擬桌面XenDesktop，最后安裝所需的教學(xué)及其他所需軟件并做成虛擬云桌面的父映像模板，為用戶創(chuàng)建虛擬云桌面，使用虛擬云桌面管理服務(wù)器作為用戶管理平臺(tái)［5］。輸入DNS服務(wù)器IP地址、用戶賬號(hào)和服務(wù)器域名地址就可以成功登陸到虛擬云桌面，使用獨(dú)立的虛擬云桌面。登陸后的界面如圖3所示，學(xué)生可以在云桌面上共享AutoCAD2007等學(xué)習(xí)軟件。

圖3　云桌面登陸后界面

在測(cè)試時(shí)為客戶端分別安裝了Android、Ubuntu和優(yōu)化后的Android三種系統(tǒng)，測(cè)試后發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的Android系統(tǒng)不僅啟動(dòng)時(shí)間短，而且豐富的外設(shè)接口和較好的性能都能滿足用戶的需求，至此完成了在機(jī)房部署虛擬云桌面的操作。

5　結(jié)語

基于虛擬技術(shù)的云桌面教學(xué)平臺(tái)能夠?qū)逃Y源進(jìn)行集中存儲(chǔ)，對(duì)教學(xué)軟件進(jìn)行統(tǒng)一安裝及配置，能夠提高學(xué)校設(shè)備的利用率，降低維護(hù)管理的成本，有利于形成統(tǒng)一的教學(xué)資源池，建立教學(xué)應(yīng)用平臺(tái)，集成云桌面應(yīng)用服務(wù)，打造新一代的教學(xué)管理服務(wù)系統(tǒng)，促進(jìn)學(xué)校的信息化建設(shè)。

參考文獻(xiàn)：

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［5］王晨萌.虛擬云桌面在高校中的運(yùn)用研究［J］.信息技術(shù)與信息化，2015（4）∶28-30.

【責(zé)任編輯：王桂珍foshanwgzh@163.com】

Research and practice of cloud desktop platform based on virtual technology in college teaching

WANG Rui-na
（Institute of Information Media，Sanmenxia Polytechnic，Sanmenxia 472000，China）

Abstract∶With the thorough going development of teaching information，at present，many colleges and universities have begun to apply the virtual technology of cloud computing to reduce the teaching cost and improve the utilization of teaching resources. Based on the introduction of virtual technology and cloud desktop technology，this paper analyzes and deploys the overall architecture of the teaching cloud desktop system，and makes a simple test in the computer room.

Key words∶virtual technology；cloud desktop；education

中圖分類號(hào)：TP393

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1008-0171（2016）03-0056-05

收稿日期：2015-12-15

基金項(xiàng)目：河南省社科聯(lián)、經(jīng)團(tuán)聯(lián)調(diào)研課題（SKL-2015-2337）

作者簡(jiǎn)介：王瑞娜（1984-），女，河南靈寶人，三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。