韓 芳，袁宇賓

(重慶理工大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 400054)

計算機(jī)桌面虛擬化技術(shù)在教學(xué)及管理中的實(shí)現(xiàn)路徑研究

韓 芳，袁宇賓

(重慶理工大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 400054)

大數(shù)據(jù)時代，高校計算機(jī)教學(xué)及管理平臺的規(guī)模越來越大，信息的扁平化程度越來越高，原有的教學(xué)管理模式弊端日益凸顯。在介紹計算機(jī)虛擬桌面技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合高校計算機(jī)教學(xué)及管理的實(shí)踐，重點(diǎn)研究計算機(jī)虛擬桌面技術(shù)在計算機(jī)教學(xué)和管理平臺的應(yīng)用原理和實(shí)現(xiàn)路徑。實(shí)踐研究結(jié)果表明:計算機(jī)虛擬桌面技術(shù)在計算機(jī)教學(xué)及管理中的實(shí)現(xiàn)路徑運(yùn)行有效，對提升教學(xué)管理水平有現(xiàn)實(shí)意義。

云計算;計算機(jī)管理平臺;桌面虛擬化

大數(shù)據(jù)時代，高校計算機(jī)教學(xué)及管理平臺的規(guī)模越來越大，信息的扁平化程度越來越高，原有的計算機(jī)教學(xué)及管理模式弊端日益凸顯［1］。計算機(jī)教學(xué)及管理人員重復(fù)著枯燥、低技術(shù)含量的維護(hù)工作，導(dǎo)致計算機(jī)教學(xué)及管理需要的人力資源投入多，整體工作效率低下。其具體表現(xiàn)為:

1)機(jī)房日常維護(hù)工作量增大。計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室是面向全校師生、涉及多個專業(yè)或多門課程的實(shí)驗(yàn)基地;每門課程經(jīng)常要花費(fèi)大量的時間安裝和更新計算機(jī)操作系統(tǒng)、各類應(yīng)用軟件;而采用傳統(tǒng)的保護(hù)卡網(wǎng)絡(luò)同傳功能相當(dāng)費(fèi)時，造成機(jī)房使用率下降;同時，由于還原卡的不穩(wěn)定或網(wǎng)絡(luò)丟包問題，有些機(jī)器需要2次、3次同傳，維護(hù)人員做的重復(fù)性工作較多。

2)很多軟件安裝后需要單獨(dú)注冊，否則無法正常使用。現(xiàn)在越來越多的計算機(jī)專業(yè)軟件(UGS NX4.0、AUTOCAD2006、Photoshop CS4.0等)加密，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)同傳后，注冊失效，需要逐臺重新注冊。一個大機(jī)房如果有90臺學(xué)生機(jī)，每臺學(xué)生機(jī)需同時對幾個軟件單獨(dú)注冊，則給管理員帶來的工作量可想而知。

3)實(shí)驗(yàn)室機(jī)器的品牌、配置各異，給管理帶來了極大困難。由于實(shí)驗(yàn)室不同品牌、型號計算機(jī)的操作系統(tǒng)要單獨(dú)安裝，因此制作“母機(jī)”(用于網(wǎng)絡(luò)同傳安裝其他計算機(jī)的樣板計算機(jī))的工作量較繁重，且每臺計算機(jī)又需要安裝多個操作系統(tǒng)(解決軟件版本沖突)，極容易出錯。

4)長期網(wǎng)絡(luò)同傳會導(dǎo)致交換機(jī)和硬盤壽命降低。雖然沒有官方說明，但從長期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，經(jīng)常進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)同傳的計算機(jī)硬盤和交換機(jī)故障率相對較高。

5)計算機(jī)硬件損壞更新后，很多機(jī)器還原卡不兼容。目前的還原卡雖然可以支持同時在一臺PC上安裝多個操作系統(tǒng)，但仍需花費(fèi)時間，且難以適應(yīng)應(yīng)用的發(fā)展。由于計算機(jī)發(fā)展較快，對于已經(jīng)使用多年的計算機(jī)，極難購置到原配件，而且這些計算機(jī)都需要逐臺安裝驅(qū)動程序。

6)無法提供便捷的考試環(huán)境。對于國家計算機(jī)等級考試，其軟件要求是每臺機(jī)器都需要不同的用戶名登錄。在以往考試前，需安排大量的人力手工打開保護(hù)卡添加用戶，考試完再恢復(fù)，費(fèi)時費(fèi)力，且容易出錯。另外，很多技能鑒定考試中的每臺學(xué)生機(jī)都有一個單獨(dú)的考試文件，它們各不相同，也無法通過還原卡同傳部署。

由此可見，原有的計算機(jī)技術(shù)還原管理模式已成為發(fā)展瓶頸，積極探索新的計算機(jī)技術(shù)管理模式成為必然。

1 計算機(jī)桌面虛擬化技術(shù)

自2005年開始，云計算、云服務(wù)、虛擬化的聲音漸漸興起，但是由于技術(shù)的成熟性、可靠性尚未得到較好的驗(yàn)證，因此計算機(jī)虛擬化技術(shù)未能廣泛推廣。近年來，隨著世界幾大虛擬化廠家加大研發(fā)和推廣力度，虛擬化技術(shù)已步入成熟期［2］。計算機(jī)服務(wù)器虛擬化、存儲虛擬化、桌面虛擬化是計算機(jī)技術(shù)虛擬化的幾個組成部分。近年來，高校在服務(wù)器虛擬化、存儲虛擬化技術(shù)方面有了一定的應(yīng)用，也解決了一些實(shí)際問題。但學(xué)校卻并未從動輒上千臺PC的管理應(yīng)用中受益。桌面虛擬化技術(shù)的成熟為解決這一難題提供了良好的技術(shù)保證，也為其在高校計算機(jī)教學(xué)及管理中的運(yùn)用贏得了契機(jī)。

1.1 桌面虛擬化的特點(diǎn)

桌面虛擬化是指將計算機(jī)的桌面進(jìn)行虛擬化，以達(dá)到桌面使用的安全性和靈活性要求。其最大特點(diǎn)是可以通過任何設(shè)備，在任何地點(diǎn)、任何時間訪問網(wǎng)絡(luò)上屬于個人的桌面系統(tǒng)［3］。桌面虛擬化依賴于服務(wù)器虛擬化，可在數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器上進(jìn)行服務(wù)器虛擬化，生成大量的獨(dú)立的桌面操作系統(tǒng)(虛擬機(jī)或者虛擬桌面)，同時根據(jù)專有的虛擬桌面協(xié)議發(fā)送給終端設(shè)備。用戶終端通過以太網(wǎng)登陸到虛擬主機(jī)上，只需記住用戶名和密碼(或者網(wǎng)關(guān)信息)即可隨時隨地通過網(wǎng)絡(luò)訪問自己的桌面系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)單機(jī)多用戶或者單機(jī)多系統(tǒng)。

1.2 虛擬桌面技術(shù)原理

虛擬桌面采用服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)推送的模式，在服務(wù)器端安裝各種用戶所需的應(yīng)用系統(tǒng)鏡像，所有客戶機(jī)采用網(wǎng)絡(luò)啟動模式，開機(jī)后由服務(wù)器推送操作系統(tǒng)與服務(wù)［4］。這種推送模式的分層結(jié)構(gòu)如圖1所示。

結(jié)構(gòu)的最上層是操作系統(tǒng)容器(OS Container)。在容器中可以容納多個操作系統(tǒng)包，操作系統(tǒng)包通過操作系統(tǒng)推送器(OS Delivery Layer)進(jìn)行服務(wù)器和客戶機(jī)之間的系統(tǒng)推送;網(wǎng)絡(luò)媒體可以是局域網(wǎng)(LAN)或者是互聯(lián)網(wǎng)(Internet)，操作系統(tǒng)推送到客戶機(jī)后，由操作系統(tǒng)執(zhí)行器(OS Executive)或虛擬機(jī)(VMS)執(zhí)行，從而驅(qū)動電腦硬件。

圖1 推送模式的分層結(jié)構(gòu)

1.3 桌面虛擬化的優(yōu)勢

由于計算發(fā)生在數(shù)據(jù)中心(服務(wù)器)，所有桌面的管理和配置都在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行，因此管理員可在數(shù)據(jù)中心對所有桌面和應(yīng)用進(jìn)行統(tǒng)一配置和管理［5］，例如系統(tǒng)升級、應(yīng)用安裝等。這就避免了傳統(tǒng)的由于終端分布造成的管理困難和成本高昂等缺點(diǎn)，尤其適合于學(xué)校機(jī)房、教學(xué)中心等規(guī)模大、需求多變的應(yīng)用場景。和傳統(tǒng)軟件保護(hù)相比，虛擬桌面具備一些不可比擬的優(yōu)勢，兩者的各項主要性能指標(biāo)如表1所示［6］。

表1 傳統(tǒng)軟件保護(hù)和虛擬桌面的性能指標(biāo)比較

桌面虛擬化項目實(shí)施后，能達(dá)到以下目標(biāo):①簡化計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的管理，提高系統(tǒng)部署效率，實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)與具體硬件無關(guān)性。②為教師和學(xué)生提供個性化操作系統(tǒng)界面，放權(quán)讓教師和學(xué)生管理自己的個性化操作系統(tǒng)，且個性化操作系統(tǒng)界面與物理計算機(jī)無關(guān)，而是隨使用者的不同而不同。③對計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的計算機(jī)操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理和維護(hù)，為教師和學(xué)生提供高性能的個性化桌面服務(wù)，既降低了管理人員的工作量和管理難度，又能為教師和學(xué)生安裝應(yīng)用軟件提供方便。④切實(shí)利用好計算機(jī)本地硬盤，解決目前市面上一些虛擬化產(chǎn)品對網(wǎng)絡(luò)、后臺服務(wù)器過度依賴的問題。在特殊情況下，前臺計算機(jī)可獨(dú)立運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)向前端PC推送多操作系統(tǒng)的能力。⑤在不重新批量安裝操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的條件下，實(shí)現(xiàn)批量升級操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件以及新應(yīng)用軟件的安裝。

2 計算機(jī)桌面虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑

當(dāng)前桌面虛擬化領(lǐng)域的廠商非常多，國外有微軟、思杰(Citrix)和 VMware等，國內(nèi)有奧易、PNS、網(wǎng)眾和銳起B(yǎng)SD等。這些軟件各有優(yōu)勢，可按照需求和預(yù)算來選擇解決方案?？偟膩碚f，桌面虛擬化對于網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器的依賴性非常強(qiáng)。國產(chǎn)的虛擬化軟件對于服務(wù)器的要求一般，品牌服務(wù)器中等配置即可滿足要求，對于存儲的要求也不高，數(shù)據(jù)可以緩沖到本地硬盤;微軟等國外的虛擬化軟件對服務(wù)器配置要求極高，若高校機(jī)房節(jié)點(diǎn)較多，還需部署海量存儲。若涉及三維圖形的課程，則要部署圖形服務(wù)器，性價比低于國產(chǎn)虛擬化軟件。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況和經(jīng)費(fèi)預(yù)算，選擇PNS作為虛擬化的解決方案。

PNS虛擬桌面把多用戶、多桌面、多環(huán)境的用戶系統(tǒng)集中在一起統(tǒng)一管理，可根據(jù)各種用戶的不同需求制作多種應(yīng)用環(huán)境［7］。當(dāng)學(xué)生打開電腦后，系統(tǒng)為用戶提供選擇菜單，由學(xué)生自行選擇所需要的應(yīng)用環(huán)境。選擇完畢后，系統(tǒng)自動推送使用者其選擇的虛擬桌面。這樣可以幫助學(xué)校的計算機(jī)管理部門在原有計算機(jī)設(shè)備投資的基礎(chǔ)上，建立高效、快捷的管理架構(gòu)，把原有的只能分散管理的計算機(jī)全部納入部門集中管控。

2.1 PNS的軟硬件系統(tǒng)框架

PNS虛擬桌面應(yīng)用簡單，只需在服務(wù)器端安裝管理軟件，所有客戶機(jī)采用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先啟動模式。一般在服務(wù)器配置多個應(yīng)用系統(tǒng)鏡像，當(dāng)客戶機(jī)開機(jī)后，服務(wù)器會根據(jù)客戶機(jī)選擇的啟動菜單，為其分配私有應(yīng)用系統(tǒng)和桌面，推送個性化服務(wù)。PNS虛擬桌面的系統(tǒng)框架如圖2所示。

圖2 PNS軟硬件系統(tǒng)框架圖

2.2 服務(wù)器鏡像制作

PNS系統(tǒng)提供分類虛擬桌面，根據(jù)各種課程實(shí)驗(yàn)的不同應(yīng)用需求，可在服務(wù)器端制作不同的虛擬桌面，這種虛擬桌面調(diào)用的實(shí)際就是鏡像文件。PNS的鏡像文件可分以下幾種:

1)基本鏡像。當(dāng)系統(tǒng)首次安裝時，需要一臺客戶機(jī)安裝相應(yīng)的操作系統(tǒng)和基本運(yùn)行軟件。安裝完畢后，把該操作系統(tǒng)發(fā)布到服務(wù)器上，即形成了基本鏡像。

2)增量快照鏡像。當(dāng)管理人員在原有基本鏡像上新增了部分軟件后，可在服務(wù)器上形成快照增量鏡像。此鏡像由兩部分組成:基本鏡像和增量部分，因此使用者可以在基本鏡像和增量部分進(jìn)行切換。

3)邏輯鏡像。新增軟件后，基本鏡像和快照增量鏡像的組合形成邏輯鏡像，其余客戶機(jī)只要選擇邏輯鏡像啟動，即可自動使用新安裝的軟件。

鏡像的制作是實(shí)現(xiàn)虛擬化的重要環(huán)節(jié)。鏡像文件不能太大，否則會影響虛擬桌面啟動的時間?；A(chǔ)鏡像安裝最基本的軟件，比如系統(tǒng)補(bǔ)丁、安防軟件、閱讀器、視頻播放器、OFFICE系列等常用軟件。然后每一門課程制作一個增量鏡像，比如程序設(shè)計基礎(chǔ)是在基本鏡像的基礎(chǔ)上增加VC++，VB或者.Net等軟件形成邏輯鏡像。每門課程都有自己的邏輯鏡像，互不影響。每個邏輯鏡像在開機(jī)后都有啟動項，學(xué)生可以自主選擇進(jìn)入課程學(xué)習(xí)。這種設(shè)計方式既滿足了個性化教學(xué)的需求，同時也控制了鏡像文件的大小，改善了用戶使用感受。圖3是計算機(jī)實(shí)驗(yàn)中心采用PNS后的多個教學(xué)平臺。

圖3 采用PNS后的教學(xué)平臺

2.3 網(wǎng)絡(luò)路徑

桌面虛擬化項目的實(shí)施需要網(wǎng)絡(luò)支持。網(wǎng)絡(luò)最低要求是桌面百兆，上聯(lián)千兆的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)，條件允許的話最好達(dá)到全千兆。

每個機(jī)房單獨(dú)組成網(wǎng)絡(luò)，每個教室單獨(dú)采用一臺服務(wù)器(如圖4所示)。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡單，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備投資小;缺點(diǎn)是每個機(jī)房都要配置單獨(dú)的服務(wù)器進(jìn)行管理。

圖4 機(jī)房網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

3 結(jié)束語

面對越來越多的應(yīng)用管理問題，必須采用新型的管理模式和方法來解決。在云計算領(lǐng)域，針對桌面應(yīng)用的管理，應(yīng)用虛擬化技術(shù)是主流。它將應(yīng)用程序與操作系統(tǒng)解耦合，為應(yīng)用程序提供了一個虛擬的運(yùn)行環(huán)境［8］。在這個環(huán)境中，不僅包括應(yīng)用程序的可執(zhí)行文件，還包括所需要的運(yùn)行時環(huán)境。從本質(zhì)上說，應(yīng)用虛擬化是把應(yīng)用對低層的系統(tǒng)和硬件的依賴抽象出來，不但可以解決版本不兼容的問題，更方便了客戶端用戶通過各種接入設(shè)備訪問應(yīng)用資源。這種方法將各種應(yīng)用軟件集中部署在應(yīng)用服務(wù)器(集群)上，通過應(yīng)用虛擬化功能，將各種應(yīng)用軟件資源整合到統(tǒng)一的共享平臺上，供客戶端用戶通過網(wǎng)絡(luò)直接訪問使用。該方式解決了機(jī)房管理的瓶頸問題，同時也面臨著新的挑戰(zhàn)。因?yàn)檫@種環(huán)境需要更穩(wěn)定的服務(wù)器和更可靠的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，且管理虛擬化機(jī)房的管理人員需要更多的專業(yè)知識。

［1］ 廣小明.虛擬化技術(shù)原理與實(shí)現(xiàn)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2012.

［2］ 魯松.計算機(jī)虛擬化技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

［3］ 王宇寧.虛擬技術(shù)在桌面管理中的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)［J］.計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)，2009(14):62.

［4］ 赫斯.虛擬化技術(shù)實(shí)戰(zhàn)［M］.徐炯，譯.北京:人民郵電出版社，2012.

［5］ 《虛擬化與云計算》小組.虛擬化與云計算［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2009.

［6］ 姚宏宇，田溯寧.云計算:大數(shù)據(jù)時代的系統(tǒng)工程［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2013.

［7］ 鐘約夫.桌面虛擬化應(yīng)用中虛擬環(huán)境評估與規(guī)劃的研究［J］.自動化與儀器儀表，2011(1):15－16.

［8］ 任軍.桌面虛擬化在高校實(shí)訓(xùn)機(jī)房應(yīng)用探討［J］.計算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2012(4):41－42.

(責(zé)任編輯 楊黎麗)

Application Way of Desktop Virtualization Technology in Teaching and Management

HAN Fang，YUAN Yu－bin
(Department of Computer Science and Engineering，Chongqing University of Technology，Chongqing 400054，China)

In the age of big data，with the scale of computer teaching and management platform in colleges becoming larger and the degree of flattened information deepening，the defects of former teaching management model emerge.This paper focuses on the study of the applicable principles and the application way of desktop virtualization technology in computer teaching and management on the basis of introducing desktop virtualization technology and combining practical experience of computer teaching and management in colleges.It has been found that desktop virtualization technology is effective in applying computer teaching and management，and has important practical significance in improving teaching management level.

cloud computing;computer management platform;desktop virtualization

TP308

A

1674－8425(2014)07－0105－05

10.3969/j.issn.1674－8425(z).2014.07.021

2014－03－08

重慶理工大學(xué)高等教育教學(xué)改革研究項目(2013YB19)

韓芳(1963—)，女，北京人，高級實(shí)驗(yàn)師，主要從事計算機(jī)應(yīng)用教學(xué)研究。

韓芳，袁宇賓.計算機(jī)桌面虛擬化技術(shù)在教學(xué)及管理中的實(shí)現(xiàn)路徑研究［J］.重慶理工大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2014(7):105－109.

format:HAN Fang，YUAN Yu－bin.Application Way of Desktop Virtualization Technology in Teaching and Management［J］.Journal of Chongqing University of Technology:Natural Science，2014(7):105－109.