云桌面技術在高校實驗室建設與管理中的應用研究

王 珊

(山西財經大學 實驗教學中心，山西 太原 030006)

為了培養(yǎng)高層次專業(yè)人才，目前我國高校在理論教育的基礎上，不斷加大實驗教學力度，旨在向應用型高校轉型。因此高校實驗室作為學生實踐的重要場所，其建設與管理越來越重要。隨著計算機技術的不斷發(fā)展及實驗教學多元化的需求，使得高校實驗室建設與管理維護工作越來越困難。

云桌面技術是在云計算技術的基礎上衍生出的一種虛擬化技術，是云計算技術的一個典型應用。作為一種新的應用模式，云桌面技術對資源的管理具有易于維護、部署靈活、高安全性等特點，改變了傳統(tǒng)的運維管理模式。因此云桌面技術的出現(xiàn)，為目前高校實驗室提出了一種新的建設方案。

1 傳統(tǒng)高校實驗室管理存在的問題

1.1 運維管理不便

目前大多數(shù)高校實驗室地理位置分散，不集中，這就需要大量的管理人員進行管理。同時，對終端的軟硬件需要點對點進行維護，缺乏統(tǒng)一集中的管理手段，這就導致管理員工作量大，響應速度慢。而且目前機房一般采用Ghost方式恢復系統(tǒng)，課間時間多桌面切換慢，模板切換靈活性差。

1.2 資源保護性差

隨著新課程的不斷深化及教學方式的不斷更新，新的教學軟件需求將會需要更高的硬件配置，如果原有機房PC機的硬件配置可擴展上限達不到發(fā)展要求，將會帶動一輪新的硬件升級，這就導致原有PC機需要更換，更換的舊電腦無法利用，就會形成采購，淘汰，再采購的惡性循環(huán)，產生大量電子垃圾，造成資源的嚴重浪費。

1.3 系統(tǒng)安全性差

高校實驗室是面向全校師生開放的，使用頻率高，且大多支持U盤等外接設備，這就增加了計算機終端感染病毒的風險。一個實驗室的所有PC機處在同一個局域網內，如果學生上網不規(guī)范，致使某個終端感染木馬病毒，將會影響整個局域網內計算機的正常運行。同時，對于軟件故障，大多數(shù)都是采用還原卡來解決，這樣不但容易導致機器藍屏，而且也不能保留病毒庫和補丁升級，致使系統(tǒng)安全性差。

2 云桌面技術及其優(yōu)勢

2.1 云桌面技術

云桌面(Cloud Desktop，簡稱CD)技術是在云計算技術的基礎上，通過服務器虛擬化技術，使服務器集群得到有效部署，各種應用及數(shù)據集中在云平臺中，從而實現(xiàn)輕量級終端用戶借助網絡對應用程序及資源的跨平臺訪問[1]。

簡單來講，就是通過云桌面技術，將服務器端虛擬出多個獨立桌面，用戶借助網絡連接來訪問自己的專屬桌面，終端設備僅用來顯示個人桌面，對數(shù)據的操作和處理都是在后臺服務器中進行的，各用戶桌面之間具有獨立性，因此和傳統(tǒng)PC具有同樣的操作體驗。

2.2 云桌面技術原理

云桌面技術原理如圖1所示。

圖1 云桌面技術原理圖

首先，用戶通過云終端借助網絡連接到會話管理中心(云桌面管理系統(tǒng))，會話管理中心對其進行身份認證，認證成功后，該用戶可無縫登錄到其專屬虛擬云桌面。

使用過程中，用戶對數(shù)據的操作都是在后臺云數(shù)據中心中完成的，云數(shù)據中心根據云終端用戶屏幕變化量發(fā)布操作指令，在后臺進行處理操作，將處理后的屏幕變化圖像再通過網絡傳送到云終端桌面。

2.3 云桌面技術在高校實驗室中的優(yōu)勢

1) 管理便捷。傳統(tǒng)實驗室中，為保證響應速度，每個管理員最多可以維護10臺電腦，而在云桌面環(huán)境下，每個管理員可以通過鏡像模板，輕松維護1 000臺虛擬云桌面終端，管理效率提高了100倍以上。同時，管理員可以在課間輕松調用課程模板進行課程的更換，而不用頻繁的開關機來進行，極大地方便了管理。

2) 實時監(jiān)測。通過云桌面管理系統(tǒng)，實驗教師或管理員可以對桌面云終端進行實時監(jiān)測，同時還可以對歷史數(shù)據進行跟蹤，包括CPU、內存等使用情況，輔助管理員進行預警，從而有利于對其進行整體判斷，確保云終端用戶始終獲得最佳的使用性能。

3) 運維成本低。云桌面接收終端(瘦客戶機)采用低功耗處理器與無風扇設計，工作功率一般小于30 W，比傳統(tǒng)PC的能耗少很多，表1為瘦客戶機和傳統(tǒng)PC的功耗對比表。

表1 功耗對比表

采用云桌面方式，機房更新只需對服務器的配置進行升級，終端(瘦客戶機)在整個云桌面環(huán)境中僅用來顯示畫面，其使用壽命更長，無需頻繁升級；若瘦客戶機硬件損壞，也只需更換瘦客戶機，其購置成本遠低于傳統(tǒng)PC 價格。表2為瘦客戶機與傳統(tǒng)PC機更換后廢棄物對比表。

表2 廢棄物對比表

3 云桌面技術在實驗室建設與管理中的應用研究

3.1 系統(tǒng)架構設計

目前云桌面主要包括三種基礎架構：虛擬桌面架構(Virtual Desktop Infrastructure，VDI)、虛擬化應用架構(Server-Based Compute，SBC)和虛擬終端管理架構(Virtual OS Infrastructure，VOI)[2]。其中VDI架構是一種重服務器端輕用戶終端的架構，該架構將資源全部集中在后臺服務器集群中，前端云終端僅用于顯示，因此對終端設備的配置要求極低。該架構簡化了桌面管理，減少了硬件成本，部署靈活，同時因其將后端虛擬機的桌面完全反饋給云終端桌面，用戶在使用上具有完整的桌面體驗。因此，VDI架構非常適用于高校實驗室機房的云桌面建設。

通過對云桌面技術深入研究，結合高校實驗室機房的具體情況，參考云桌面VDI模式對高校實驗室建設的整體架構設計可以分為四層：云終端層，接入控制層，云桌面會話管理層和云資源管理及調度層[3,4]，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)架構圖

第一層為云終端層。該層采用可以訪問網絡的瘦客戶機作為云終端設備，該設備僅用于對云桌面的顯示、聲道的輸出以及鼠標、鍵盤的輸入。實驗室學生可以通過瘦客戶機設備登錄訪問由后臺云數(shù)據中心提供的虛擬個人專屬桌面，其體驗效果與傳統(tǒng)PC一致。

第二層為接入控制層。目的在于為云桌面提供網關接入功能，通過提供安全的網關接入，實現(xiàn)終端瘦客戶機對后臺云桌面的訪問。同時，該層同步搭建動態(tài)負載均衡處理功能，使同一時間段內流量分流，從而實現(xiàn)后臺服務器集群中多個服務器的負載均衡。

第三層為云桌面會話管理層。目的在于對訪問用戶進行身份認證，認證成功后，才能無縫地登錄虛擬云桌面。同時該層配置云管理系統(tǒng)，便于教師及實驗室管理員進行維護與管理。

第四層為云資源管理及調度層。該層為真正的資源提供層，通過云計算及虛擬化技術，將服務器集群虛擬成多個獨立云桌面，從而為前臺的云桌面用戶提供計算及存儲服務。

3.2 實現(xiàn)模式

在具體的實驗教學過程中，首先要做的是為實驗課程制作云桌面虛擬機鏡像模板，具體制作過程如圖3所示。

圖3 鏡像模版流程圖

由圖3可以看出，實驗教師或管理員要對課表中的實驗課程進行分析，通過云桌面管理系統(tǒng)，按不同課程所要求的實驗環(huán)境及硬件配置分別制作相應虛擬機，然后安裝操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)安裝完成后，安裝相關教學應用及插件，最后將虛擬機封裝成鏡像模板(為便于查找，模板名稱一般可以按課程名命名)。通過反復操作，每一個實驗課程均有對應的鏡像模板。

上課時，教師登錄云桌面管理系統(tǒng)，將該課程對應的鏡像模板生成多個虛擬云桌面，然后發(fā)送給學生終端，學生通過瘦客戶機登錄云桌面進行相應課程的學習[5]。實驗教師或管理員可以隨時根據實驗課程的變化而調用相應的課程鏡像模板。

4 總結

云桌面技術為高校實驗室的建設與管理提供了新的方案，較高的投資回報率降低了實驗室建設與維護成本，同時其部署靈活、易于維護等特點也極大地方便了實驗室管理員對機房的管理與維護。云桌面技術不僅能用于實驗室建設，還可廣泛應用于高校移動辦公、電子閱覽室、分散的多媒體教室等場景，這些應用將極大地推進高校信息化進程。

[1] 陳浩新.云桌面技術在高校計算機實驗室建設和管理中的應用[J].中國管理信息化,2017,20(6):148-149.

[2] 楊凡.基于MVC模式云桌面框架設計與實現(xiàn)[D].成都:電子科技大學,2017.

[3] 陳志宏.基于云計算的虛擬桌面平臺的設計與實現(xiàn)[D].上海:復旦大學,2012.

[4] 姜凡俊.云桌面技術在高校機房教學管理中的應用[D].上海:東華大學,2016.

[5] 吳媛媛.云桌面技術在計算機機房管理中的應用[J].吉林工程技術師范學院學報,2015,31(10):94-96.