高校計算機實驗室云桌面平臺的規(guī)劃及構建

梁浴文

摘要：隨著高校信息化建設進程的推進，傳統(tǒng)的計算機實驗室在建設和管理中的弊端，已經(jīng)越來越不適應教學和實驗的需要，該文將著力研究運用云計算及虛擬化技術來整合校內軟硬件資源，從而推動高校信息化建設朝著綠色、環(huán)保和高效的方向發(fā)展。

關鍵詞：虛擬機；云桌面；實驗室管理

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）17-0128-02

目前各高校已投入大量的人力、物力和財力建成了各種計算機實驗室，但傳統(tǒng)模式的計算機實驗室卻面臨著電腦數(shù)量多、管理維護困難、硬件不斷老化和更新?lián)Q代成本高等不足，越來越不能滿足教學的需要。針對這種現(xiàn)狀，本文將利用目前流行的云計算和虛擬化技術分析高校搭建云桌面平臺的必要性和可行性，打造新型的計算機實驗室，整合校內信息化資源，從而推動高校信息化建設朝著綠色、環(huán)保和高效的方向發(fā)展。

1云桌面平臺建設的必要性

高校的計算機實驗室逐年增加，部署的計算機也越來越多，以筆者所在的高校為例，計算機數(shù)量已經(jīng)超過3000臺，實驗室管理人員人均負責上千臺計算機的維護工作。傳統(tǒng)的計算機實驗室弊端主要表現(xiàn)在：

1.1計算機數(shù)量多，維護量大

傳統(tǒng)模式的計算機實驗室中計算機數(shù)量眾多，每臺計算機又有相對獨立的軟硬件系統(tǒng)，雖然自由度高，但卻給日常運維工作帶來了極大的困難。實驗室管理人員平時要花費大量時間處置系統(tǒng)故障，雖然可以使用網(wǎng)絡同傳軟件對同批次計算機統(tǒng)一操作，但耗時長效率低。實驗室管理人員數(shù)量相對較少，人均維護量大，加之高校缺乏相應的人員激勵機制，人員流失嚴重，使得日常運維工作開展起來更加困難。

1.2軟件環(huán)境更新困難

在實驗室的日常管理中，為了保證計算機的正常運行，管理員會利用軟件把計算機的操作系統(tǒng)保護起來，每次開機會自動還原到初始狀態(tài)。但是現(xiàn)在教學對上機環(huán)境的要求也在不斷發(fā)生變化，很多軟件環(huán)境要求要進行不停地更新，在實驗室內進行的各種機考也對軟件環(huán)境有不同的需求，甚至于有的課程對計算機操作系統(tǒng)還有特殊要求，傳統(tǒng)的實驗室環(huán)境都很難滿足這些需求。

1.3設備的更新?lián)Q代成本高

普通計算機的正常使用年限大概在五年左右，在超過了廠家提供的三年質保期以后故障率會明顯升高，新版軟件對于硬件配置的要求也更高，導致許多對計算機硬件性能有較高要求的課程無法使用老舊機房，只能安排在新機房進行，這既加大了教務部門排課的難度，也加速了新機房設備的損耗。如果要滿足教學的需要，逐年對老舊計算機進行更換，對于學校來說也是一筆不小的支出，新購計劃往往一拖再拖。

1.4安全問題突出及病毒防范困難

實驗室中的計算機處于同一局域網(wǎng)環(huán)境中，平時由于師生使用U盤等移動存儲介質及訪問外網(wǎng)不安全鏈接等因素，極易造成計算機病毒的感染和傳播。雖然可以通過交換機端口隔離和硬盤保護系統(tǒng)等措施進行防范，但各類網(wǎng)絡攻擊事件層出不窮，計算機難免還是會感染病毒，輕則運行速度變慢，重則整個實驗室設備癱瘓。

2云桌面平臺的可行性

隨著IT技術的發(fā)展，云計算、虛擬化和虛擬桌面等技術已經(jīng)進入到實際應用階段，利用服務器虛擬化技術，充分發(fā)揮其強大的運算能力和存儲能力，建立高效緊湊的架構。云桌面平臺可以按教學實際需求分配資源，方便了管理員對終端集中管理，促進了新IT技術與高校教育的深度結合，提升了實驗平臺對于教學和科研的整體支持能力。

2.1購置成本上的優(yōu)勢

云桌面系統(tǒng)需要采購高性能的服務器，但對于終端的性能要求不高。以60人的標準實驗室為例，按照中等使用強度計算，云桌面系統(tǒng)需要4臺高性能服務器和60臺云終端，和傳統(tǒng)PC實驗室在購置成本上的對比如表1：

實驗室中的網(wǎng)絡設備，鼠標鍵盤等可以利用現(xiàn)有的，避免重復建設。云桌面系統(tǒng)的購置成本相比傳統(tǒng)PC機節(jié)約23%，如果繼續(xù)利用舊PC作為終端機則成本上能節(jié)約52%。

2.2資源靈活配置

云桌面平臺中服務器集群承擔了運算和存儲任務，終端機只承擔I/O及網(wǎng)絡傳輸控制等基礎任務，每個用戶根據(jù)其使用需求獲得服務器上的計算資源，這種架構方式很靈活，可以解決老舊實驗室資源分配不均的問題。如果將來希望提高運算性能，只需要提升服務器性能就可以實現(xiàn)，大大節(jié)約了硬件購置成本。

2.3精細化管理

云桌面平臺中的虛擬桌面可以針對不同教學和考試環(huán)境需求創(chuàng)建多套場景，并且可以通過管理平臺實現(xiàn)教學場景的快速切換，解決了傳統(tǒng)實驗室軟件更新困難的問題。

2.4促進節(jié)能減排

云終端由于其采用ARM架構，功耗大約僅為傳統(tǒng)PC的12%，一個配備60臺計算機、每天使用8小時的實驗室，傳統(tǒng)PC每天的耗電量約為144KW，云終端每天的耗電量僅為約18kW，按照年平均使用200天計算，使用云終端每年可以節(jié)約能耗25200kW。

3云桌面平臺的實施

3.1服務器虛擬化

服務器虛擬化是指將物理服務器中的物理資源虛擬成邏輯資源，從而虛擬出多臺相互隔離的虛擬主機，每臺虛擬化服務器都可以擁有自己相對獨立的CPU、內存等硬件資源。云平臺服務器在搭建過程中可以把多臺物理服務器組成一個虛擬化池，由虛擬化平臺軟件對所有的軟硬件資源進行統(tǒng)一調配使用，從而提高物理服務器的使用效率，同時也能增強云平臺服務器運行的穩(wěn)定性和安全性。

3.2存儲設備虛擬化

存儲虛擬化是利用存儲資源池將分散的物理存儲設備進行整合，從而實現(xiàn)存儲資源的共享，為用戶提供高容量和高速傳輸?shù)拇鎯Ψ?。存儲虛擬化可以實現(xiàn)異構數(shù)據(jù)的存儲，數(shù)據(jù)實時同步和備份等功能，提高了數(shù)據(jù)的安全性和不同存儲設備間的兼容性。存儲虛擬化還可以根據(jù)用戶的需要進行動態(tài)管理，提高了存儲資源利用率。云桌面系統(tǒng)中的存儲應采用虛擬化技術，將存儲設備和服務器分離開來，使用RAID技術把多塊獨立的物理硬盤組合成一個硬盤組，提高存儲的性能并保證數(shù)據(jù)安全，也方便存儲資源的管理。

3.3終端桌面虛擬化

在完成服務器和存儲虛擬化后，利用專門的云桌面軟件批量生成虛擬桌面并下發(fā)至終端設備，服務器和終端之間通過高速網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)交互，從而讓用戶可以獲得像操作普通計算機一樣的操作體驗。所有的操作系統(tǒng)和應用軟件都集中在云服務器上進行管理，實現(xiàn)了軟硬件的分離，有效解決了應用軟件之間的兼容性問題，同時還能提高數(shù)據(jù)的安全性。實驗室管理人員針對不同課程和考試教學環(huán)境需求可以很方便地創(chuàng)建多個應用場景，安裝不同的操作系統(tǒng)和應用軟件，并且通過管理平臺遠程切換不同的應用場景，比如普通教學上課、軟件開發(fā)類實驗課程、計算機等級考試等，方便管理員日常管理。

3.4高速通訊網(wǎng)絡

由于云服務器和云終端之間有大量的實時數(shù)據(jù)進行傳輸，對通訊網(wǎng)絡的速度和質量有較高要求。一般來說，實驗室內部至少應選擇全千兆智能可管理交換機對云終端進行接入?yún)R聚，各實驗室通過光纖上行接人連接云服務器的全光交換設備。

4結束語

隨著高校教育信息化持續(xù)推進，計算機實驗室建設勢必朝著高效、靈活、節(jié)能的方向發(fā)展，云桌面技術在節(jié)約資源、綠色環(huán)保和數(shù)據(jù)安全等方面有著極大的優(yōu)勢，為教育云的搭建奠定了基礎，提高了高校信息化建設的水平。但是我們也應該清楚地看到，云桌面系統(tǒng)對于網(wǎng)絡的依賴程度很高，一旦網(wǎng)絡發(fā)生中斷系統(tǒng)也將面臨癱瘓。而云桌面系統(tǒng)產(chǎn)品往往由軟件提供商自行開發(fā)和維護，缺乏行業(yè)統(tǒng)一標準，后期的運維對這些公司依賴程度很大，從而帶來一些無法預見的風險，這些問題我們將留待實踐中進一步探討。