基于云桌面的實驗室信息化管理實踐

摘要：傳統(tǒng)的實驗室管理模式信息化程度低，存在設(shè)備使用狀態(tài)無法監(jiān)控、設(shè)備需要本地運維、設(shè)備維護工作量大、無法遠程控制設(shè)備、無法實現(xiàn)上機身份認證、無法監(jiān)測軟件運行情況、無法監(jiān)控學生上課行為等問題。針對以上問題，文章首先闡述了云桌面技術(shù)的概念和原理，其次結(jié)合本校實驗室管理的實際，分析了云桌面技術(shù)在提高高校實驗室及設(shè)備信息化管理水平中的應(yīng)用實效。

關(guān)鍵詞：云桌面技術(shù);實驗室管理;信息化

中圖分類號：TP308? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）07-0114-05

Practice of Laboratory Informatization Management Based on Cloud Desktop

WANG Lei

（Guizhou University of Commerce，Guiyang? 550014，China）

Abstract：The traditional laboratory management mode has a low degree of informatization，and there are some problems，such as the use status of equipments cannot be monitored，the equipments need local operation and maintenance，the workload of equipment maintenance is large，the equipments cannot be remotely controlled，the computer identity authentication cannot be realized，the operation of software cannot be monitored，and the behavior of students in class cannot be monitored. In view of the above problems，this paper first expounds the concept and principle of cloud desktop technology. Secondly，combined with the reality of laboratory management in our university，this paper analyzes the application effectiveness of cloud desktop technology in improving the informatization management level of laboratory and equipments in colleges.

Keywords：cloud desktop technology;laboratory management;informatization

收稿日期：2021-03-11

基金項目：貴州省教育廳青年科技人才成長項目（黔教合KY字〔2018〕271號）;教育部第二批國家級新工科研究與實踐項目（E-DXKJC2 0200524）

0? 引? 言

在應(yīng)用型本科高校中，為加強對學生實踐能力培養(yǎng)，通常各專業(yè)實踐課程占比較大，故實驗室利用率較高，這對實驗室管理和維護水平提出了更高的要求。而傳統(tǒng)的實驗室管理模式信息化程度低，造成了實驗設(shè)備維護量大、維護不及時等問題，一定程度上影響了教學的正常運行，不利于教學質(zhì)量的提高。因此急需提高實驗室管理及維護的信息化水平[1-6]。本文結(jié)合本校實驗室管理的實際，分析了云桌面技術(shù)在提高實驗室及設(shè)備信息化管理水平中的應(yīng)用實效。

1? 云桌面技術(shù)原理

云桌面是一種基于分布式云計算存儲技術(shù)和虛擬化技術(shù)的應(yīng)用，依托高度加密算法，通過客戶端設(shè)備或者其他網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備實現(xiàn)跨越平臺發(fā)展，可以根據(jù)業(yè)務(wù)場景的不同，定制標準化的系統(tǒng)模板。終端客戶端可以通過遠程桌面?zhèn)鬏攨f(xié)議、虛擬磁盤讀寫指令、虛擬地址映射等多種技術(shù)實現(xiàn)模板的本地化呈現(xiàn)。云桌面可以有效地提高終端的操作系統(tǒng)部署與運維效率[7，8]。

目前云桌面有虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu)（VDI）、虛擬操作系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)（VOI）和智能桌面虛擬化（IDV）三種技術(shù)構(gòu)架[8]。

VDI（Virtual Desktop Infrastructure）具有高響應(yīng)能力和定制化特點，但需要流暢和穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接，并且所有資源依賴服務(wù)器端，圖形密集型應(yīng)用不適用于該模式。VOI（Virtual OS Infrastructure）的特點是不全部依賴后端服務(wù)器資源，充分利用本地終端計算機的資源，對網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器的依賴性大大降低，即使網(wǎng)絡(luò)中斷或硬件故障時終端也可以繼續(xù)使用，服務(wù)器負責鏡像管理、鏡像上傳下載、終端管理，并下發(fā)操作系統(tǒng)鏡像給終端，計算任務(wù)完全由終端承擔。IDV（Intelligent Desktop Virtualization）中操作系統(tǒng)和軟件在后臺服務(wù)器的虛擬機上安裝，并將虛擬機文件統(tǒng)一下發(fā)到終端，并運行于終端，服務(wù)器不承擔計算任務(wù)。本校采用的是基于VOI構(gòu)架的實驗室信息化管理系統(tǒng)，其技術(shù)構(gòu)架如圖1所示。

2? 傳統(tǒng)實驗室管理模式及問題

傳統(tǒng)的實驗室及設(shè)備管理通常根據(jù)實驗室計算機的類型，采用保護卡的管理模式，如增霸卡、聯(lián)想保護系統(tǒng)、清華同方保護系統(tǒng)等，均采用本地分散管理的方式，存在如下問題。

2.1? 設(shè)備使用狀態(tài)無法監(jiān)控

傳統(tǒng)管理模式中，由于采用的是本地分散管理的方式，要檢查設(shè)備運行狀態(tài)，需維護人員到實驗室現(xiàn)場逐臺開機進行檢查，無法對設(shè)備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，只有使用人員遇到故障時才能進行故障反饋，導(dǎo)致維護及時性差，影響正常的教學運行。

2.2? 設(shè)備維護工作量大

主要表現(xiàn)為以下幾點：（1）需要到實驗室本地進行系統(tǒng)安裝、軟件安裝、開機等維護工作，增加維護人員負擔;（2）維護過程中需逐臺開機、逐臺安裝操作系統(tǒng)、逐臺安裝驅(qū)動、逐臺修改IP地址等，維護工作量大;（3）無法遠程控制設(shè)備，上課前需要維護人員去現(xiàn)場開機，下課后需要維護人員去現(xiàn)場檢查關(guān)機狀態(tài)，逐臺關(guān)機;（4）易發(fā)生IP地址被學生修改、發(fā)生錯亂、沖突等，導(dǎo)致無法上網(wǎng)，需逐臺修改IP地址;（5）系統(tǒng)同傳不穩(wěn)定，同傳速度慢，導(dǎo)致維護時間長，維護不及時;（6）由于無法保存系統(tǒng)模板，導(dǎo)致操作系統(tǒng)和各類軟件重裝次數(shù)頻繁。

2.3? 無法實現(xiàn)上機身份認證

在使用計算機過程中，學生開機即可使用，沒有對學生使用情況進行身份認證，存在以下問題：（1）無法完成學生上機時長、實驗室使用等情況記錄與統(tǒng)計;（2）無法監(jiān)控學生計算機桌面，無法監(jiān)控學生上課行為，了解其學習情況;（3）無法跟蹤學生上網(wǎng)痕跡，存在網(wǎng)絡(luò)安全風險。

2.4? 無法監(jiān)測軟件使用情況

對各類軟件的使用時長和使用人員情況無法進行監(jiān)測，導(dǎo)致對軟件利用率，學生使用軟件進行學習等情況無法進行有效的評價。同時如果學生訪問內(nèi)容與實驗內(nèi)容不一致，也無法進行評定判斷，無法監(jiān)測學生學習效果。

3? 云桌面平臺部署

本校既存在大量的舊實驗室、舊計算機，也存在需要新建的實驗室，新采購的云終端，部署過程中，要考慮平臺在基礎(chǔ)設(shè)施層、管理平臺層、桌面層、終端層、用戶層方面管理功能，如圖2所示。

3.1? 基礎(chǔ)設(shè)施層部署

基礎(chǔ)設(shè)施層硬件包括服務(wù)器集群、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、顯卡等硬件的部署，需根據(jù)實際的機房數(shù)量和計算機數(shù)量部署以上硬件設(shè)備，并充分考慮未來三年內(nèi)本校計算機增加量，保留一定冗余量。根據(jù)本校實際情況，按3 000點終端需求，配置的服務(wù)器參數(shù)為：Intel Xeon E3處理器，內(nèi)存容量64 GB，存儲容量為480 GB固態(tài)硬盤、16 TB機械硬盤。服務(wù)器資源使用情況可進行實時監(jiān)控，如圖3所示。

另一方面，基礎(chǔ)設(shè)施層還包括云計算層，主要是教學桌面資源池的部署，包括各類系統(tǒng)的日常教學桌面、語言教學桌面、計算機等級考試桌面、期末機考桌面、學科競賽桌面等的部署。

3.2? 平臺層部署

管理平臺部署的內(nèi)容包括資源集群管理，桌面管理、場景管理、模板管理、終端和教室管理、資源概覽統(tǒng)計、桌面監(jiān)控、課表計劃、權(quán)限管理、終端運維、上機管理、軟件情況分析等。目前，本校管理平臺部署的內(nèi)容包括65個實驗室，2 900臺終端，共含桌面數(shù)2 900余個，場景148個，模板64個，如圖4所示。

3.3? 桌面層部署

桌面部署主要包括教學桌面和個人桌面，目前此系統(tǒng)僅用于實驗室的管理，根據(jù)實際情況，僅部署了教學桌面，包括日常教學桌面、語言教學桌面、計算機等級考試桌面、期末機考桌面、學科競賽桌面等，如圖5所示。

3.4? 終端層和用戶層

從圖4中可以看出，在終端層，本校部署了2 900臺終端，其中含云終端500臺，胖終端2 400臺;在用戶層，對65教室進行了部署，其中64間為公共和專業(yè)實驗室（機房），1間為100臺多媒體教室希沃一體機組成的虛擬教室。

4? 云桌面管理系統(tǒng)應(yīng)用實效

系統(tǒng)自部署完成，投入使用以來，運行情況穩(wěn)定，提高了實驗室管理的信息化水平和管理效能，主要應(yīng)用實效有以下幾點。

4.1? 設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控

通過管理平臺，可以實時監(jiān)控每個教室的使用情況，終端計算機的運行情況，桌面的使用情況，軟件的使用情況;通過對設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)實驗室設(shè)備故障問題，提前進行維護處理，降低上課時段的設(shè)備故障率，保障正常的教學運行。終端設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控的實現(xiàn)方式為：通過安裝底層軟件對硬件進行虛擬化，設(shè)置IP地址后，在校園局域網(wǎng)環(huán)境中，服務(wù)器平臺即可識別終端桌面運行情況;軟件運行狀態(tài)監(jiān)控的實現(xiàn)方式為：將終端所安裝的應(yīng)用軟件打開后產(chǎn)生的進程名稱錄入管理臺，當師生打開軟件后，管理臺即可通過獲取進程數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對軟件運行情況的監(jiān)控。數(shù)據(jù)監(jiān)控情況如圖6所示。

4.2? 降低設(shè)備維護工作量

主要體現(xiàn)為以下幾點：（1）采用集中、遠程管理的方式，通過控制器可以對實驗室計算機進行遠程喚醒開機和關(guān)機，維護人員不用到實驗室現(xiàn)場即可完成開關(guān)機操作，提高了工作效率;（2）操作系統(tǒng)模板在服務(wù)器端統(tǒng)一安裝和保存，某個實驗室需要安裝系統(tǒng)時，只需為該實驗室創(chuàng)建所需桌面即可，減少了操作系統(tǒng)安裝的次數(shù)，降低維護人員工作量，提高系統(tǒng)安裝效率;（3）各類應(yīng)用軟件、驅(qū)動程序等可以在服務(wù)器端進行安裝，安裝、更新完成后統(tǒng)一下發(fā)到所需實驗室即可，實現(xiàn)云端批量安裝，無須維護人員到實驗室現(xiàn)場進行安裝，實現(xiàn)遠程維護，提高工作效率;（4）終端部署完成后，IP地址不會發(fā)生錯亂，避免了由于IP地址沖突而導(dǎo)致的無法上網(wǎng)問題，降低了維護人員工作量;（5）系統(tǒng)桌面下發(fā)速度快，在100 MB網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，下發(fā)速度能夠達到3 Mbps，下發(fā)一個教室的桌面（約64個）約需20分鐘;在1 000 MB網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，下發(fā)速度能夠達100 Mbps，下發(fā)一個教室的桌面（約64個）約花7分鐘;系統(tǒng)同傳速度較傳統(tǒng)的管理方式提高了2—7倍，提高了設(shè)備維護的及時性;（6）可通過課表計劃功能，錄入課表信息，實現(xiàn)課前自動開機，課后自動關(guān)機功能，保障正常教學運行，減少維護工作量，減少電能浪費等。

4.3? 實現(xiàn)上機登錄身份認證

實現(xiàn)上機登錄的主要作用體現(xiàn)為以下幾點：（1）教師和學生在使用計算機時，需輸入工號、學號及密碼才能進入系統(tǒng)，避免無權(quán)限的人員使用計算機，保證設(shè)備使用安全性;（2）上機登錄認證實現(xiàn)了與本校網(wǎng)上辦事大廳的對接，與師生今日校園共用一套登錄賬號及密碼，方便師生使用;（3）能夠?qū)W生進入實驗室使用設(shè)備時長進行統(tǒng)計，使用的軟件進行統(tǒng)計，作為評價學生階段性學習情況的依據(jù);（4）實現(xiàn)對學生上課桌面的監(jiān)控，判斷學生使用軟件內(nèi)容是否與課堂教學相關(guān)，作為學生上課行為評價的一項參考內(nèi)容;（5）使實驗室上網(wǎng)行為可追蹤，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)安全風險的有效監(jiān)控。

4.4? 軟件使用情況分析

通過將安裝在計算機上的各類應(yīng)用軟件錄入系統(tǒng)，可對軟件的使用情況進行記錄，具體體現(xiàn)為以下幾點：（1）對各應(yīng)用軟件的使用時長，使用人員情況進行監(jiān)測，對比各軟件的使用情況，作為實驗室所采購軟件使用評價的依據(jù);（2）根據(jù)學生使用軟件類型及時長情況，判斷學生訪問內(nèi)容與實驗內(nèi)容的一致性，作為學生實驗過程評價的依據(jù);（3）根據(jù)學生使用軟件的類型及時長，一方面可分析學生學習的內(nèi)容與專業(yè)的一致性，另一方面可分析學生學習的積極性和主動性。具體分析如圖7所示。

4.5? 實驗室使用情況統(tǒng)計

一方面，通過對學生使用計算機時長的統(tǒng)計，根據(jù)設(shè)備的IP地址可找出設(shè)備所在的實驗室編號名稱等信息，實現(xiàn)對實驗室使用情況的統(tǒng)計;另一方面通過網(wǎng)上辦事大廳與教務(wù)系統(tǒng)進行對接，獲取教務(wù)管理系統(tǒng)的課表信息，實現(xiàn)對實驗室使用情況及利用率的統(tǒng)計。有助于掌握實驗室使用情況，為合理安排使用實驗室，平衡實驗教學資源使用，提高實驗室利用率提供依據(jù)。如圖8所示。

5? 結(jié)? 論

本文首先介紹了云桌面技術(shù)的原理及技術(shù)構(gòu)架，并對傳統(tǒng)的實驗室管理模式存在的問題進行了分析;其次對本校云桌面平臺部署的內(nèi)容進行了詳細介紹;最后對云桌面管理系統(tǒng)投入使用后，達到的應(yīng)用效果進行了總結(jié)。

綜上所述，基于云桌面的實驗室管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：（1）對軟硬件設(shè)備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控;（2）降低設(shè)備維護工作量;（3）實現(xiàn)上機登陸身份認證;（4）對軟件使用情況進行分析;（5）對實驗室使用情況進行統(tǒng)計。極大提高了實驗室管理的信息化水平，提高實驗室管理工作的實效性，為推動高質(zhì)量實踐教學提供保障。

根據(jù)系統(tǒng)運行的實際情況，下一步需要做以下的改進工作：（1）完善上機登陸時所需的師生基礎(chǔ)數(shù)據(jù);（2）完善軟件使用分析部分報告導(dǎo)出功能;（3）完善實驗室利用率統(tǒng)計算法。

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作者簡介：王磊（1986.09—），男，穿青人，貴州畢節(jié)人，講師，碩士研究生，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)工程相關(guān)教學科研、實驗室管理、實踐教學管理。