桌面云技術(shù)在高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用研究

王文超

（貴州財(cái)經(jīng)大學(xué)，貴州 貴陽(yáng) 550025）

0 引言

實(shí)驗(yàn)室是高校人才培養(yǎng)和科學(xué)研究的主要陣地，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的重要場(chǎng)所，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量、推動(dòng)科研發(fā)展、增強(qiáng)學(xué)校實(shí)力、培養(yǎng)創(chuàng)新人才和促進(jìn)學(xué)科建設(shè)都非常重要。當(dāng)前隨著教育信息化工作及四新建設(shè)的推進(jìn)，教學(xué)方式及教學(xué)模式也隨之發(fā)生變革，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的問(wèn)題逐漸暴露出來(lái)。高校實(shí)驗(yàn)室通過(guò)引進(jìn)桌面云技術(shù)，可以對(duì)桌面進(jìn)行虛擬化部署，極大提升了計(jì)算機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，創(chuàng)立了信息化的學(xué)習(xí)環(huán)境，提升了教學(xué)效率，使實(shí)驗(yàn)室管理人員的管理和運(yùn)維能力及工作效率也因此得到提升。

1 傳統(tǒng)高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室問(wèn)題分析

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，教育信息化工作及四新建設(shè)的推進(jìn)，課程建設(shè)發(fā)展的需要，高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室也承擔(dān)起越來(lái)越重的教學(xué)科研任務(wù)。高校教師及學(xué)生對(duì)于計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室使用的需求增大，對(duì)于信息化的需求也越來(lái)越多，傳統(tǒng)的高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室存在的問(wèn)題逐漸暴露。

1.1 使用成本高且能源消耗大

高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)必須遵循相應(yīng)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)模較大。為滿足不同專業(yè)學(xué)生教學(xué)科研需求，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)量和人均計(jì)算機(jī)等數(shù)量需達(dá)到一定的數(shù)量才能實(shí)現(xiàn)，高校需建設(shè)大量的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室并配置大量的計(jì)算機(jī)。在使用頻率較高的情況下，計(jì)算機(jī)的平均使用壽命僅為4～6年[1]，長(zhǎng)期使用之后計(jì)算機(jī)會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)卡頓、死機(jī)等情況，影響正常教學(xué)科研使用，為解決這些問(wèn)題就要投入資金重新建設(shè)或購(gòu)置，使用成本過(guò)高。此外計(jì)算機(jī)的運(yùn)行需要消耗巨大的能量，從能耗角度看，大量計(jì)算機(jī)的使用帶來(lái)大量的能源消耗，不符合我國(guó)提出的綠色發(fā)展戰(zhàn)略[2]。

1.2 擴(kuò)容困難且軟件更新煩瑣

隨著教學(xué)信息技術(shù)的發(fā)展，以及新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科建設(shè)的推進(jìn)，學(xué)科融合及專業(yè)調(diào)整，更多的軟件被開發(fā)應(yīng)用至教學(xué)科研。但高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室容量有限，需投入大量的資金去擴(kuò)容或者重新購(gòu)置成本較高。

現(xiàn)有的教學(xué)科研軟件也需不斷的升級(jí)。在每學(xué)期開學(xué)初都需要實(shí)驗(yàn)室管理人員對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室里軟件進(jìn)行逐一檢查，并依照教學(xué)科研需求對(duì)軟件進(jìn)行升級(jí)。軟件的升級(jí)安裝部署需要耗費(fèi)一定的時(shí)間，該過(guò)程順利的情況下也至少需要0.5小時(shí)[3]，如果在數(shù)據(jù)傳輸期間出現(xiàn)卡頓或掉線則需要耗費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間，造成實(shí)驗(yàn)室管理效率低下。

1.3 維護(hù)困難且安全性有待提升

高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)量和計(jì)算機(jī)設(shè)備數(shù)量較多，計(jì)算機(jī)設(shè)備的型號(hào)不同、配置不同則不能進(jìn)行數(shù)據(jù)同傳。高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室分散在不同的樓棟及樓層，給實(shí)驗(yàn)室管理人員的日常管理維護(hù)帶來(lái)較大困難。同時(shí)為滿足教學(xué)科研需求，需安裝大量軟件，占用計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)空間，在操作系統(tǒng)時(shí)反應(yīng)速度較慢，影響了教學(xué)效率。在教學(xué)科研過(guò)程中，需要使用U盤等設(shè)備拷貝資料，會(huì)增加安全風(fēng)險(xiǎn)。

1.4 受限制多且無(wú)法共享

高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室分布在不同的校區(qū)，功能較為單一，設(shè)備和資源有限，且大部分計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室僅在課程上課期間使用，使得教學(xué)科研的時(shí)間、地點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)環(huán)境都受到一定的限制，缺少靈活性。在當(dāng)前大數(shù)據(jù)時(shí)代，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室無(wú)法實(shí)現(xiàn)共享。

2 桌面云技術(shù)概述

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，云計(jì)算技術(shù)因其靈活性、可靠性等在教育等各個(gè)行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，桌面云技術(shù)就是面向桌面管理的特定的云計(jì)算技術(shù)[2]。

桌面云技術(shù)是云計(jì)算技術(shù)的一種，它通過(guò)構(gòu)建物理或者虛擬的資源池和虛擬桌面技術(shù)，讓用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的鏈接，實(shí)現(xiàn)瘦客戶端或終端設(shè)備與桌面云的連接，實(shí)現(xiàn)跨設(shè)備、跨平臺(tái)的工作和學(xué)習(xí)。

桌面云具有資源共享，靈活性，安全性及可擴(kuò)展性的特點(diǎn)，運(yùn)行比較穩(wěn)定和安全，操作簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，相比于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)部署形式，具有很大應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

桌面云的主流架構(gòu)方式有以下三種：分別為虛擬操作系統(tǒng)架構(gòu)（Virtual OS Infrastructure，VOI）、智能桌面虛擬化架構(gòu)（Intelligent Desktop Virtualization，IDV）、虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu)（Virtual Desktop Infrastructure，VDI）[4]。

（1）虛擬操作系統(tǒng)架構(gòu)是通過(guò)鏡像集中管理，本地運(yùn)行方式實(shí)現(xiàn)。將分散在各實(shí)驗(yàn)室的軟件和操作系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成鏡像集中管理，通過(guò)預(yù)啟動(dòng)執(zhí)行環(huán)網(wǎng)絡(luò)啟用服務(wù)器內(nèi)系統(tǒng)鏡像，應(yīng)用于胖終端。通過(guò)特定策略同步終端與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)是可以集中管理，緩解服務(wù)器壓力。

（2）智能桌面虛擬化架構(gòu)是將系統(tǒng)鏡像統(tǒng)一管理和存儲(chǔ)在服務(wù)器，運(yùn)行時(shí)下發(fā)到終端，由終端通過(guò)虛擬化層運(yùn)行。上述架構(gòu)方式實(shí)現(xiàn)集中管理和集中存儲(chǔ)，但是不能應(yīng)用于瘦終端，在移動(dòng)端方面的使用受限。

（3）虛擬桌面技術(shù)架構(gòu)將系統(tǒng)鏡像集中管理和存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中心端，通過(guò)高效桌面編碼協(xié)議（HEDC）、VPN隧道等傳輸端，應(yīng)用于用戶端，實(shí)現(xiàn)軟件硬件等資源的共享。

3 桌面云技術(shù)在高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3.1 實(shí)現(xiàn)資源共享，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率

教師和學(xué)生可以通過(guò)移動(dòng)端、個(gè)人PC端，瘦終端等設(shè)備在任何時(shí)間通過(guò)連接校園網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問(wèn)桌面云進(jìn)行學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)操作，增加教學(xué)科研的靈活性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)等資源的共享和訪問(wèn)，提高資源利用率。同時(shí)實(shí)驗(yàn)室管理人員通過(guò)云桌面技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件、操作系統(tǒng)的統(tǒng)一集中管理，可以根據(jù)教學(xué)科研需求及時(shí)調(diào)整資源，軟件安裝、升級(jí)等管理和更新都可以桌面云平臺(tái)上統(tǒng)一方便處理，簡(jiǎn)化流程，提高管理效率。

3.2 實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

桌面云技術(shù)使用虛擬化技術(shù)，將計(jì)算機(jī)虛擬為彈性虛擬主機(jī)，不受網(wǎng)絡(luò)約束并可離線使用。借助桌面云技術(shù)可以將實(shí)驗(yàn)環(huán)境虛擬化，可以根據(jù)教學(xué)科研需要定制個(gè)性化實(shí)驗(yàn)教育場(chǎng)景，面對(duì)不同的專業(yè)，不同的教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建不同的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境，打造不同的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)場(chǎng)景，可以滿足新時(shí)期各種復(fù)雜、混合的教學(xué)場(chǎng)景和考試場(chǎng)景的需求，極大提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的靈活性，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

3.3 系統(tǒng)安全實(shí)時(shí)防護(hù)，提高安全性

桌面云技術(shù)采用集中統(tǒng)一部署管理的模式。在此模式下，終端用戶桌面獨(dú)自運(yùn)行，確保系統(tǒng)穩(wěn)定。教學(xué)科研產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在桌面云服務(wù)器，具備比較強(qiáng)的可靠性。同時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)桌面云技術(shù)進(jìn)行備份和管理，減少使用U盤等外接設(shè)備的可能性，降低數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)。采用桌面云技術(shù)，由教師統(tǒng)一部署操作系統(tǒng)，可以較大減少學(xué)生誤操作的現(xiàn)象，降低被感染病毒的風(fēng)險(xiǎn)，從而保證了實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)系統(tǒng)安全[5]。桌面云技術(shù)的應(yīng)用使得數(shù)據(jù)安全和物理安全都得到了極大提升。

3.4 管理運(yùn)維成本降低，提高管理效率

桌面云技術(shù)管理便捷，集中統(tǒng)一操作簡(jiǎn)單，可減少所需實(shí)驗(yàn)室管理人員數(shù)量，節(jié)省大量的人力和物力，降低管理運(yùn)維成本。同時(shí)隨著桌面云技術(shù)不斷發(fā)展，虛擬桌面操作系統(tǒng)將更加成熟穩(wěn)定，可以保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，在后期管理運(yùn)維時(shí)可以大幅度減少工作量，提高管理工作效率。

4 桌面云技術(shù)存在的問(wèn)題

桌面云技術(shù)在提高資源利用率、提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率和效果，降低維護(hù)成本、提高安全性方面都具有一定的優(yōu)勢(shì)，但也存在一些弊端。

4.1 初始啟動(dòng)成本較高

桌面云技術(shù)的初始啟動(dòng)成本比較高。高校在部署桌面云技術(shù)時(shí)，需購(gòu)買包括云終端、服務(wù)器、云桌面軟件等軟硬件，改造IT基礎(chǔ)架構(gòu)，相對(duì)于構(gòu)建傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室而言初始啟動(dòng)成本較高且回收時(shí)間較長(zhǎng)。

4.2 性能局限性

桌面云技術(shù)通過(guò)服務(wù)器虛擬化出虛擬桌面，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)到前端展示的虛擬桌面。虛擬桌面能夠滿足普通教學(xué)科研，如數(shù)據(jù)庫(kù)處理、off ice辦公、高清視頻播放等。但在如3D動(dòng)畫、圖形設(shè)計(jì)等對(duì)計(jì)算機(jī)性能要求較高的教學(xué)科研項(xiàng)目，虛擬桌面無(wú)法滿足，在應(yīng)用和性能上具有局限性。

4.3 實(shí)驗(yàn)室管理人員缺乏

桌面云技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)室管理人員的管理和維護(hù)能力有更高的要求，部分高校雖然部署桌面云技術(shù)但是對(duì)實(shí)驗(yàn)室管理人員的培訓(xùn)缺失，對(duì)桌面云使用期間出現(xiàn)的問(wèn)題無(wú)法得到及時(shí)有效專業(yè)的處理。

4.4 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境要求較高

桌面云技術(shù)以云計(jì)算技術(shù)為基礎(chǔ),將桌面環(huán)境和應(yīng)用程序托管在云端，在數(shù)據(jù)上傳下達(dá)時(shí)需要比較穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，要滿足隨時(shí)的數(shù)據(jù)共享和訪問(wèn)，可以隨時(shí)鏈接校園網(wǎng)進(jìn)入使用，對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋密度也有一定的要求。

5 桌面云技術(shù)在高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用方案

5.1 資源池設(shè)計(jì)

桌面云技術(shù)通過(guò)虛擬化軟件構(gòu)建虛擬化平臺(tái)，并以此實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)器的調(diào)整。因此在部署桌面云技術(shù)時(shí)，應(yīng)使用具有良好擴(kuò)展功能的服務(wù)器，并購(gòu)買專業(yè)存儲(chǔ)設(shè)備存放數(shù)據(jù)等相關(guān)信息，構(gòu)建具備可靠性和可擴(kuò)展性的計(jì)算機(jī)源庫(kù)和存儲(chǔ)源庫(kù)，以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)具備高度可靠性和可拓展性的資源池。

5.2 桌面云設(shè)計(jì)

桌面云的設(shè)計(jì)可以采用兩個(gè)方法，一個(gè)是采用完全復(fù)制拷貝的方法，通過(guò)單獨(dú)創(chuàng)建系統(tǒng)盤，將虛擬機(jī)的所有模塊全部復(fù)制到系統(tǒng)盤中，此種方法的虛擬機(jī)隔離性更好，在安全性方面比較穩(wěn)定，同時(shí)可支持個(gè)性化構(gòu)建，因此適應(yīng)于各種類型設(shè)備。另一種方法是采用克隆的方式將虛擬機(jī)進(jìn)行設(shè)置，用極具關(guān)聯(lián)性的差速板和主板共同組成克隆系統(tǒng)面板。用此種方法下數(shù)據(jù)等資料存儲(chǔ)在差異磁盤下，系統(tǒng)的主硬盤相當(dāng)于共享系統(tǒng)，因此具有更強(qiáng)大的存儲(chǔ)能力。

無(wú)論采用哪種方法，桌面云設(shè)計(jì)都是通過(guò)嵌入客戶端，以輸入個(gè)人賬號(hào)和密碼的形式，實(shí)現(xiàn)主機(jī)端和客機(jī)端之間的聯(lián)系，過(guò)程簡(jiǎn)單且易操作，對(duì)于工作效率的提升有很大幫助。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，教育信息化工作的推進(jìn)，桌面云技術(shù)將越來(lái)越成熟。當(dāng)前桌面云技術(shù)存在初始啟動(dòng)成本高、性能具有局限性、實(shí)驗(yàn)室管理人員缺乏以及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境要求較高的問(wèn)題，但隨著其發(fā)展，桌面云技術(shù)將突破其局限性，會(huì)被更廣泛應(yīng)用于教學(xué)與科研中。桌面云技術(shù)應(yīng)用于高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中，很好的解決了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室存在的使用成本高、擴(kuò)容困難、安全性低等問(wèn)題，通過(guò)集中管理，可以降低管理與維護(hù)成本，并有效提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率與資源利用效率，推動(dòng)教育信息化向前發(fā)展。