中小學(xué)云機房的建設(shè)與應(yīng)用初探

何葦

[摘 要]建設(shè)云機房，可以把學(xué)校系統(tǒng)、課程教學(xué)、辦公環(huán)境等資源進行整合，使師生通過多樣化的終端設(shè)備與云平臺互動，改善中小學(xué)教育教學(xué)的時空環(huán)境和信息資源環(huán)境，為打造安全穩(wěn)定、資源節(jié)省、方便快捷的現(xiàn)代化數(shù)字校園打下堅實的基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]中小學(xué)；云機房；建設(shè)；應(yīng)用

[中圖分類號] G43 [文獻標識碼] A [文章編號] 1007-9068（2019）12-0048-02

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，信息技術(shù)在中小學(xué)教學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用，促進了素質(zhì)教育的全面實施，為科教興國的戰(zhàn)略目標奠定了堅實的基礎(chǔ)。其中，計算機教室作為學(xué)校信息化建設(shè)的基礎(chǔ)性硬件設(shè)施，其重要性不言而喻。機房的建設(shè)和運維成本一直是制約學(xué)校信息化發(fā)展的重要因素，而云計算的出現(xiàn)則給教育教學(xué)帶來了巨大的變化。云計算作為一種新興的計算處理方式，是以數(shù)據(jù)為中心、為依托的一種密集型數(shù)據(jù)計算。云桌面技術(shù)是云計算虛擬化技術(shù)的主要應(yīng)用之一，以精簡的、低成本的瘦客戶機代替?zhèn)鹘y(tǒng)意義上的個人電腦主機，減少了對資源使用的訪問和管理，使其不受物理硬件的約束，將計算機應(yīng)用虛擬化，簡化了軟件配置的流程。下面，筆者以銳捷公司的云桌面系統(tǒng)為例，談?wù)劵谠谱烂娴慕虒W(xué)機房的原理及應(yīng)用。

一、云機房的概念

云計算技術(shù)簡稱云技術(shù)，即通過互聯(lián)網(wǎng)將原先需要本地處理的存儲和計算任務(wù)分布到大量非本地的與遠程分布式集群服務(wù)器的計算機中，這些計算機群組可為用戶提供類似于本地的計算機服務(wù)（包括計算、存儲、軟硬件等服務(wù)），使得用戶能夠方便快捷地將資源切換到自己需要的應(yīng)用上。簡單來說，云技術(shù)就是把傳統(tǒng)軟件的本地安裝、本地計算的方式轉(zhuǎn)變?yōu)殡S取隨用的遠程服務(wù)，通過互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)連接并操控遠程服務(wù)器集群。云技術(shù)應(yīng)用的主要載體是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以瘦客戶端或智能端取代傳統(tǒng)PC訪問遠程服務(wù)器，采用此種技術(shù)建設(shè)的機房，我們稱之為云機房。

1.云機房的原理

云機房是運用云技術(shù)提供的一種基礎(chǔ)設(shè)施即時服務(wù)的機房。用戶能利用網(wǎng)絡(luò)從完善的計算機基礎(chǔ)設(shè)施中獲得即時服務(wù)，以云計算向用戶提供信息服務(wù)。在云機房的實施機制中，用戶交互界面向用戶提供Web服務(wù)，成為用戶交互的主要窗口。按照這個原理，可以將云機房的建設(shè)分為三個層面，即客戶端層、云主機層以及管理層?？蛻舳藢又饕轻槍Σ煌虒W(xué)需求設(shè)計的云客戶端；云主機層是根據(jù)不同課程要求建立的軟件鏡像，通過云服務(wù)器接入客戶端層；管理層則是部署在服務(wù)器和教師機上的相關(guān)應(yīng)用軟件及管理平臺，并對整個系統(tǒng)起操控和安全監(jiān)護的作用。

2.云機房的建設(shè)原則

全融合、高體驗、簡管理、促效率，是云機房建設(shè)的基本原則。全融合，指云機房的建設(shè)應(yīng)該根據(jù)學(xué)校的實際教學(xué)需要對信息化資源進行整合，提供適合多種教學(xué)環(huán)境的鏡像并支持實時切換。高體驗，指傳統(tǒng)機房使用時可能會有延時、卡頓等現(xiàn)象，云機房則力求使用方便快捷，有效保障學(xué)生上課使用時的體驗，同時上課期間保證學(xué)生專注聽課和課堂紀律，從而提升教學(xué)質(zhì)量，給使用者帶來全新的觀感和體驗。簡管理，強調(diào)降低機房的維護難度和繁雜的后期管理，不需要很強的專業(yè)技能也能熟練操作。促效率，云機房使用桌面虛擬化技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)PC機，通過部署高性能的云機房主機和零維護的學(xué)生端，交付學(xué)生上課使用教學(xué)桌面，并通過云教學(xué)管理軟件豐富的教學(xué)功能，高效地完成教學(xué)，極大地降低了運維難度，節(jié)能減排，促進學(xué)校的信息化發(fā)展。

當然，在學(xué)校財力許可的情況下，云機房的建設(shè)不應(yīng)局限于機房本身的建設(shè)，可考慮云計算和教學(xué)場景之間的緊密融合。如可以將云技術(shù)融入于整個校園環(huán)境中，實現(xiàn)構(gòu)建支付、管理、教學(xué)、監(jiān)控等全方位的信息化校園體系。具體建設(shè)包括以下四個方面：（1）云課堂主機的部署，提供服務(wù)器的管理和維護；（2）使用瘦客戶端替換傳統(tǒng)主機；（3）教師機上安裝廠商提供的云課堂多媒體教學(xué)管理軟件和后臺程序，可以極大地提升教學(xué)效率并進行快捷的管理維護；（4）有條件的可以建設(shè)統(tǒng)一的管理平臺，集中管理校園內(nèi)的服務(wù)器和其他的信息化資源。

二、中小學(xué)傳統(tǒng)機房與云機房的對比分析

傳統(tǒng)機房和云機房在建設(shè)與運維等方面都有很大的不同，下面著重從三個方面進行對比分析。

1.建設(shè)成本對比分析

云機房的硬件成本相對于傳統(tǒng)機房來說要低很多。以筆者學(xué)校為例，學(xué)校采用銳捷公司設(shè)備建設(shè)的云機房，包括一臺銳捷RG-RCD6000云服務(wù)器、兩部銳捷交換機、一臺教師機和60臺RG-Rain100S客戶端、60臺顯示器，合計成本7萬元左右。傳統(tǒng)機房，60臺學(xué)生機大約要20萬左右，而云機房的硬件建設(shè)成本只有傳統(tǒng)機房的三分之一左右，使用功耗也更低。此外，云機房的軟件成本低，只需要在服務(wù)器上安裝一套操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件即可，而傳統(tǒng)機房的每臺PC機均需要購買軟件許可。

2.管理維護對比分析

云機房的維護簡便易行、不耗時，軟件更新或加裝軟件只需要教師機連接服務(wù)器操作即可，一次更新，所有終端生效。而傳統(tǒng)機房的維護，一般需要更新母機，設(shè)置學(xué)生機的還原卡，通過局域網(wǎng)系統(tǒng)同傳，在漫長的等待后再次經(jīng)歷設(shè)置還原卡的繁雜過程，花費時間是云機房的10倍以上，且過程復(fù)雜，容易出現(xiàn)系統(tǒng)發(fā)送失敗的情況。另外，云機房的安全性較好，電腦病毒不易感染傳播，而普通的PC中毒概率較高（即使帶還原卡的電腦也會中毒），在局域網(wǎng)內(nèi)更是經(jīng)常集體中毒，給機房管理維護帶來極大的不便。在機房后期的維護升級方面，云機房的硬件升級或擴展只需要升級服務(wù)器即可，瘦客戶端一般無須升級，而傳統(tǒng)機房則會因配置落伍需全部更換，造成嚴重的資源浪費。

3.教學(xué)使用體驗對比分析

在實際教學(xué)中，云機房的管理人員可以準備多個教學(xué)鏡像，根據(jù)教學(xué)需求進行極速切換，滿足不同教師、不同操作系統(tǒng)、不同課程、不同內(nèi)容的教學(xué)需要。經(jīng)過實際測試發(fā)現(xiàn)，不同鏡像之間的轉(zhuǎn)換不超過1分鐘時間（視服務(wù)器配置的高低而定），而傳統(tǒng)機房中只有一個教學(xué)環(huán)境，要更改只有重做系統(tǒng)。此外，為了便于教學(xué)，云機房廠商還開發(fā)配套了適合自己產(chǎn)品的教學(xué)管理軟件，既能將學(xué)生的操作結(jié)果自動進行統(tǒng)計并生成報表，便于學(xué)生的作業(yè)能及時上傳到服務(wù)器中保存，不用擔心丟失，又有利于教師即時調(diào)整自己的教學(xué)，而傳統(tǒng)機房只能依靠第三方軟件實現(xiàn)，并且功能比較單一。

三、云機房軟件的具體使用

云機房軟件解決方案的核心構(gòu)成是云機房統(tǒng)一管理平臺、教師端和學(xué)生端。以銳捷的云課堂（彩虹版）軟件為例，管理員在統(tǒng)一管理平臺上針對不同課程制作課程模板，即在教師機上部署教師端程序，在學(xué)生機上部署學(xué)生端程序。上課時，教師在教師機上執(zhí)行客戶端程序：選中所需課程，發(fā)送“上課”指令，即可將云主機中生成的虛擬桌面并推送到各個學(xué)生端；下課時發(fā)送“下課”指令，即可終止課程，刪除虛擬機，回收資源。上課過程中的操作記錄、運行狀態(tài)等，可以通過圖形化管理界面即時查看，一目了然。學(xué)生的云終端開機后可以自動與云主機連接，獲取虛擬桌面，操作方式與傳統(tǒng)PC完全相同。具體操作方式如下：第一步，教師機發(fā)出請求，連接至云主機，選擇課程鏡像，點擊“上課”按鈕，制作好的課程模板在90秒內(nèi)生成60個虛擬機；第二步，學(xué)生開機后（學(xué)生端自動運行），即獲得虛擬桌面，可以運行虛擬機里的軟件或訪問校園網(wǎng)系統(tǒng)；第三步，教師可以通過多媒體教學(xué)管理軟件進行教學(xué)，如屏幕廣播、遠程協(xié)助、在線答疑等；第四步，教師點擊“下課”按鈕，即可結(jié)束課程，所有虛擬機都會被刪除，云主機回收資源，切換到下一節(jié)課的鏡像，為下面的課程教學(xué)做好準備。

在云機房軟件使用過程中，針對不同的使用場景，需要注意以下幾點：（1）以年級為單位，按課程制作鏡像比較方便。先按課程分別創(chuàng)建虛擬機，再按課程要求在虛擬機中安裝操作系統(tǒng)，然后安裝課程需要的教學(xué)應(yīng)用軟件，最后將虛擬機制作成鏡像模板并命名。如果不同年級的操作系統(tǒng)相同，可以在綜合考慮之后，盡量將各種應(yīng)用軟件合并到相同的鏡像中并做好標注，這樣可以節(jié)約云主機的存儲空間，方便教師的日常使用。（2）應(yīng)用程序的兼容性。為避免軟件出現(xiàn)兼容性的問題，在虛擬機中安裝軟件時要注意參數(shù)的配置和調(diào)試，保證應(yīng)用軟件能正常使用。在鏡像制作完成后還要再實際使用一下，因為有些軟件在不同的系統(tǒng)中會出現(xiàn)兼容性問題，而導(dǎo)致無法使用。（3）外部設(shè)備的兼容性。如果教學(xué)中學(xué)生端需要外接USB設(shè)備，應(yīng)該將外設(shè)連接至云終端，在虛擬機中驗證設(shè)備，需要正常識別和安裝好相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動，并測試基本功能是否能正常使用，然后將虛擬機制作成鏡像模板。

四、云機房的應(yīng)用體會與反思

1.應(yīng)用體會

首先，便于管理。云機房的管理員可以根據(jù)不同的課程制作相應(yīng)的鏡像，同步給教師使用。教師上課時可根據(jù)課程安排選擇鏡像，從而獲得自己所需的教學(xué)環(huán)境，極大地減輕了管理員的工作負擔。同時，云課堂提供圖形化的管理界面，無論是虛擬機部署，還是鏡像制作，都只需進行直觀化操作，而無須使用復(fù)雜的參數(shù)命令。云機房的解決方案，不僅能徹底解決機房中常見的由于大量軟件反復(fù)安裝和卸載導(dǎo)致的軟件沖突、系統(tǒng)卡頓、病毒攻擊、考場布置等難題，而且可省去Ghost恢復(fù)或還原卡的復(fù)雜設(shè)置。這樣機房中設(shè)備和使用情況的監(jiān)控維護在辦公室中即可輕松實現(xiàn)，效率比傳統(tǒng)機房有了顯著提高。其次，優(yōu)化教學(xué)。云課堂可讓系統(tǒng)終端和課程切換的速度加快，軟件虛擬化運行更加快捷，并且可以全面監(jiān)控學(xué)生的使用情況，杜絕學(xué)生上課做無關(guān)事情的現(xiàn)象發(fā)生。同時，所有教學(xué)鏡像會由銳捷云主機自動優(yōu)化，在云技術(shù)的支持下，60個虛擬機啟動需要不到1分鐘的時間。教師在上課過程中可根據(jù)實際情況隨時切換學(xué)生的系統(tǒng)，從而為學(xué)生提供最適合的教學(xué)環(huán)境，使學(xué)生體驗到云技術(shù)帶來的全新優(yōu)化。

2.應(yīng)用反思

盡管云機房的安全維護不像傳統(tǒng)機房那么復(fù)雜，但是云服務(wù)器和教師機的網(wǎng)絡(luò)安全工作必須到位，需要安裝相應(yīng)的防火墻和殺毒軟件，在發(fā)現(xiàn)病毒后應(yīng)及時做好保護措施，避免產(chǎn)生更大的危害。當然，云機房的網(wǎng)絡(luò)安全防護不可能做到萬無一失，因此云服務(wù)器與教師機的恢復(fù)和備份工作就顯得尤為重要。恢復(fù)作為最后一道的彌補措施，必須通過完善的備份機制確保系統(tǒng)可恢復(fù)，避免重要數(shù)據(jù)丟失。通過有效的恢復(fù)，可以降低網(wǎng)絡(luò)安全的風險，保證云機房正常有序的運行。

云機房是中小學(xué)教育教學(xué)中的一種新興形式，不僅可以有效降低機房建設(shè)的運維成本，而且能在減少管理工作量的同時，為師生帶來全新的體驗，提高教學(xué)效果。建設(shè)云機房，還可以把學(xué)校系統(tǒng)、課程教學(xué)、辦公環(huán)境等資源進行整合，使師生通過多樣化的終端設(shè)備與云平臺互動，改善中小學(xué)教育教學(xué)的時空環(huán)境和信息資源環(huán)境，為打造安全穩(wěn)定、資源節(jié)省、方便快捷的現(xiàn)代化數(shù)字校園打下堅實的基礎(chǔ)。

（特約編輯 木 清）