鄒永康

(重慶文理學(xué)院軟件工程學(xué)院， 重慶　永川　402160)

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桌面云技術(shù)在高校計(jì)算機(jī)類實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中的應(yīng)用

鄒永康

(重慶文理學(xué)院軟件工程學(xué)院， 重慶永川402160)

計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)更新?lián)Q代速度越來越快.各學(xué)校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室擁有大量計(jì)算機(jī)，每年需要不少實(shí)驗(yàn)運(yùn)行經(jīng)費(fèi)進(jìn)行軟硬件升級(jí)換代，因此應(yīng)構(gòu)建全新的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案，降低實(shí)驗(yàn)室建設(shè)及維護(hù)成本，減輕教師工作強(qiáng)度，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果.通過桌面云技術(shù)把各種教學(xué)資源放到云平臺(tái)上，師生用多種終端設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)訪問云端資源，可有效改善教學(xué)的時(shí)空環(huán)境，解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代快、實(shí)驗(yàn)環(huán)境擴(kuò)展性差、維護(hù)管理復(fù)雜等問題.

桌面云；虛擬化技術(shù)；Thinclient

大學(xué)計(jì)算機(jī)類課程實(shí)驗(yàn)與課堂教學(xué)相輔相成，對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力要求較高，但不同的課程需要配置不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境.一般是每個(gè)學(xué)生單機(jī)實(shí)驗(yàn)，教師巡視答疑，分別查看學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程.目前，計(jì)算機(jī)相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的思路包括：根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)情況實(shí)行分層教學(xué)；實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程均衡分布，強(qiáng)化學(xué)生的綜合能力；增加實(shí)驗(yàn)課程比例，提升工程化實(shí)踐能力；學(xué)生與教師教學(xué)過程雙向互動(dòng)；改革考核方式；滿足學(xué)生實(shí)驗(yàn)方式的個(gè)性化要求等[1].

在以往的高校計(jì)算機(jī)類實(shí)驗(yàn)室建設(shè)過程中，幾乎都是采購計(jì)算機(jī)的模式，越來越多的學(xué)校感覺到使用成套計(jì)算機(jī)在實(shí)驗(yàn)使用過程中會(huì)出現(xiàn)大量的問題，如后期維護(hù)工作量大、軟件硬件升級(jí)成本高、系統(tǒng)及數(shù)據(jù)維護(hù)管理困難、管理不集中等，而桌面虛擬化作為虛擬化技術(shù)又一個(gè)快速興起的潮流，越來越多的學(xué)校開始接受桌面虛擬化技術(shù).該技術(shù)通過桌面虛擬化技術(shù)在遠(yuǎn)程服務(wù)器上虛擬出若干臺(tái)虛擬機(jī)主機(jī)(VM ).用戶及管理員可以在該虛擬主機(jī)中安裝不同的操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、管理程序等.管理員可以根據(jù)用戶需求將一臺(tái)或多臺(tái)虛擬機(jī)分配給一個(gè)或多個(gè)用戶，用戶終端不一定需要部署性能較高的PC，而只需要一臺(tái)安全、易管理的云終端機(jī)就可以連接到數(shù)據(jù)中心的虛擬機(jī)并使用該虛擬機(jī)，通過網(wǎng)絡(luò)把服務(wù)器端的虛擬主機(jī)傳輸?shù)娇蛻舳瞬⒄宫F(xiàn)給最終用戶.

1　傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)類實(shí)驗(yàn)室建設(shè)存在的問題

我們對(duì)多所本科類、高職高專類院校進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)很多學(xué)校的計(jì)算機(jī)類實(shí)驗(yàn)室建設(shè)過程中存在相似的問題，主要表現(xiàn)在5個(gè)方面.

1.1一個(gè)實(shí)驗(yàn)室多用途，教學(xué)環(huán)境配置復(fù)雜

由于教學(xué)實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)數(shù)量不能滿足與課程一對(duì)一的配套，經(jīng)常是一個(gè)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)多門課程的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，而不同的課程又需要不同的系統(tǒng)配置和相關(guān)的應(yīng)用軟件，由于不同系統(tǒng)環(huán)境下軟件配置不統(tǒng)一，越來越快速的軟件更新以及師生對(duì)于各種應(yīng)用軟件的操作形式不同，經(jīng)常造成應(yīng)用軟件不能正常使用，甚至系統(tǒng)文件破壞，導(dǎo)致死機(jī)等[2].比如，實(shí)驗(yàn)室教學(xué)對(duì)數(shù)據(jù)庫SQL Sever有在同一操作系統(tǒng)下使用不同版本的要求.一臺(tái)計(jì)算機(jī)上往往需要安裝多個(gè)操作系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)下又要安裝多個(gè)應(yīng)用軟件.軟件安裝過多不僅影響機(jī)器的運(yùn)行速度，還會(huì)分散學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的注意力，同時(shí)給實(shí)驗(yàn)室管理帶來相當(dāng)大的難度.

1.2實(shí)驗(yàn)用計(jì)算機(jī)投資大，淘汰速度快

為了滿足高校師生教學(xué)和科研的需求，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)規(guī)模普遍較大，硬件設(shè)備的一次性投入動(dòng)輒幾十萬甚至上百萬，學(xué)校需要使用計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的課程較多，使用頻率非常高，PC 機(jī)零部件損壞概率增大，同時(shí)各種系統(tǒng)及軟件更新?lián)Q代速度加快對(duì)計(jì)算機(jī)性能要求越來越高等原因，學(xué)校每3至5年就需要對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行更新?lián)Q代，但顯示器等部件通常還能正常使用，如果全部更換又會(huì)造成資源的極大浪費(fèi)，也給學(xué)校有限的資金帶來壓力.

1.3病毒肆虐，安全問題突出

實(shí)驗(yàn)室作為教學(xué)科研的公共場(chǎng)所，不同學(xué)生和老師的存儲(chǔ)設(shè)備交叉使用，造成病毒的不斷擴(kuò)散，不但加重了實(shí)驗(yàn)室管理人員的維護(hù)工作量，而且妨礙了計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行，影響了正常的教學(xué)與科研.現(xiàn)行計(jì)算機(jī)病毒往往還具有自我傳播與變異的能力，對(duì)于這些惡意程序，很多殺毒軟件都不能完全清除，同時(shí)還存在文件被誤刪的問題，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及文件安全無法保證[3].

1.4教學(xué)時(shí)間、空間環(huán)境受限

目前，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程多采用集中實(shí)驗(yàn)授課方式，且有嚴(yán)格的上課時(shí)間，學(xué)生在上課時(shí)間內(nèi)不能完成學(xué)習(xí)任務(wù)，由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境的不可轉(zhuǎn)移性，他們不得不中斷實(shí)驗(yàn)任務(wù)，課后的再學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)也只能是紙上談兵，這樣勢(shì)必會(huì)使實(shí)驗(yàn)效果大打折扣.同時(shí)，不同的應(yīng)用軟件對(duì)于操作系統(tǒng)的要求也不相同，特別是很多正版商業(yè)軟件需要注冊(cè)使用，學(xué)生很難或無法在個(gè)人使用的計(jì)算機(jī)上安裝相應(yīng)的教學(xué)軟件，配置與實(shí)驗(yàn)室相同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，課后實(shí)驗(yàn)無法實(shí)現(xiàn).

1.5人力資源緊張，運(yùn)維難度很大

一方面，由于計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的使用對(duì)象發(fā)生改變或是軟件的更新升級(jí)，每學(xué)期初，管理員都要大面積地重裝系統(tǒng)、安裝調(diào)試應(yīng)用軟件，工作量相當(dāng)巨大.如果機(jī)房的計(jì)算機(jī)使用年限較長(zhǎng)，軟件安裝速度會(huì)變得很慢，計(jì)算機(jī)管理員經(jīng)常需要提前一周上班才能完成.另一方面，機(jī)房的計(jì)算機(jī)不進(jìn)行還原保護(hù)，則計(jì)算機(jī)軟件會(huì)頻遭破壞，如果全盤保護(hù)，限制過多，又不利于學(xué)生靈活安裝、更新所需軟件，影響教學(xué)過程和教學(xué)效果[4].

2　建設(shè)方案探析

2.1平臺(tái)整體架構(gòu)

桌面虛擬化應(yīng)用是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要對(duì)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及協(xié)議、終端設(shè)備及軟件兼容性等方面做系統(tǒng)的測(cè)試，整體桌面云方案是由云終端Thinclient、虛擬桌面控制器OVD、虛擬機(jī)管理平臺(tái)OVP、服務(wù)器存儲(chǔ)設(shè)備等組成，實(shí)現(xiàn)將用戶的桌面應(yīng)用統(tǒng)一部署到服務(wù)器上，用戶的個(gè)人數(shù)據(jù)也集中存儲(chǔ)，然后通過網(wǎng)絡(luò)(局域網(wǎng)或廣域網(wǎng))將個(gè)人桌面系統(tǒng)快速交付給用戶，用戶可以通過各種不同類型的終端設(shè)備如瘦客戶機(jī)、筆記本、手機(jī)等隨時(shí)隨地接入學(xué)習(xí)，打造一種新型的全開放學(xué)習(xí)新模式.

圖1　桌面虛擬化云平臺(tái)整體架構(gòu)

2.2虛擬機(jī)管理平臺(tái)OVP

以Thinputer OVP虛擬機(jī)管理平臺(tái)為例，OVP平臺(tái)實(shí)現(xiàn)用戶服務(wù)器的集中管理和提供虛擬機(jī)的高可用性.虛擬化是一個(gè)抽象層，它將物理硬件與操作系統(tǒng)分開，從而提供更高的資源利用率和靈活性.虛擬化可實(shí)現(xiàn)裝有不同操作系統(tǒng)(如Windows Server2003 Server 和Linux)和應(yīng)用程序的多臺(tái)虛擬機(jī)相互獨(dú)立地并行運(yùn)行在同一臺(tái)物理機(jī)上.

圖2　OVP 虛擬化平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

虛擬機(jī)是通過軟件來虛擬實(shí)現(xiàn)物理機(jī)的過程，它擁有與實(shí)體機(jī)一樣的虛擬硬件(例如：內(nèi)存、CPU、網(wǎng)卡和硬盤等)，操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件就加載到這些硬件上.不管服務(wù)器和終端采用什么物理硬件，操作系統(tǒng)都將它們視為一組兼容、標(biāo)準(zhǔn)化的硬件.OVP 平臺(tái)采用了開放性的系統(tǒng)架構(gòu)及模塊化的設(shè)計(jì)，特別針對(duì)虛擬化需求對(duì)內(nèi)存管理進(jìn)行優(yōu)化，融合了硬件輔助虛擬化、集群、存儲(chǔ)以及Web 技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)安全、高效、易于管理和擴(kuò)展的虛擬化管理系統(tǒng).

2.3虛擬桌面控制器OVD

與OVP協(xié)同工作，內(nèi)置服務(wù)提供集中式的桌面用戶認(rèn)證，無論操作系統(tǒng)是Windows還是Linux，可以將桌面作為一種按需服務(wù)隨時(shí)隨地交付給任何用戶，自動(dòng)化的桌面管理，控制OVP進(jìn)行創(chuàng)建、更新、還原虛擬桌面等操作.在不依賴于虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)情況下將虛擬桌面安全、快速、可靠地交付到云終端，不管他們是固定計(jì)算機(jī)還是移動(dòng)終端.

2.4云終端Thinclient

無論是體積小巧、功率低的瘦客戶機(jī)，還是PC機(jī)、筆記本、智能終端，都能作為云終端Thinclient的軟件載體，隨時(shí)隨地連接到虛擬桌面進(jìn)行辦公應(yīng)用，只要輸入個(gè)人賬號(hào)就可以訪問個(gè)人的虛擬桌面，實(shí)現(xiàn)桌面跟我走、應(yīng)用跟我走、數(shù)據(jù)跟我走，未來做到每個(gè)學(xué)生和老師都有一個(gè)屬于自己的云桌面.

3　應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

3.1運(yùn)維成本大幅降低

桌面云模式可以縮短80﹪的桌面上線周期，實(shí)現(xiàn)桌面環(huán)境快速就緒，還可以將故障排查速度至少加快8倍，讓單個(gè)管理員可以輕松管理1 000臺(tái)以上的終端，極大地減少整體運(yùn)維成本.

3.2節(jié)能減排，綠色學(xué)習(xí)

傳統(tǒng)的PC包含了顯示器每小時(shí)耗電量為250 W，而瘦客戶機(jī)+顯示器每小時(shí)僅為60 W，在部署規(guī)模為1 000臺(tái)時(shí)，每單位時(shí)間可節(jié)省64﹪的電力消耗.按一天10 h、每年有240個(gè)工作日、每0.66元一度電折算成電力費(fèi)用，每年至少可節(jié)省25萬元.另外，瘦客戶機(jī)的小巧、無污染、無噪音可為我們打造一個(gè)綠色的學(xué)習(xí)環(huán)境.

3.3實(shí)現(xiàn)與PC一致的使用習(xí)慣

用戶在啟動(dòng)或者重啟虛擬桌面時(shí)，可以看到整個(gè)操作系統(tǒng)的開機(jī)畫面，可以進(jìn)入安全模式或者BIOS來進(jìn)行操作，與使用PC的開機(jī)體驗(yàn)完全一致.云桌面可以選擇開啟開機(jī)自動(dòng)連接，不需要重復(fù)輸入賬號(hào)密碼，直接打開云終端，即可自動(dòng)進(jìn)入云桌面，且可實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)所需的多操作系統(tǒng)任意切換，同時(shí)傳統(tǒng)PC將學(xué)習(xí)地點(diǎn)固定化，而當(dāng)前學(xué)習(xí)環(huán)境下需要隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí).桌面云能較好地適應(yīng)這種模式，通過多元化的終端設(shè)備，在任何地點(diǎn)都可以安全、高效地接入到學(xué)習(xí)桌面.

3.4實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的云終端管理

采用“云終端+云桌面”的部署模式，除了對(duì)虛擬桌面的統(tǒng)一部署和管理外，它為管理人員提供易用的組織管理、控制和云終端設(shè)備的OS鏡像、軟件分發(fā)、補(bǔ)丁更新及運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，無論是瘦客戶機(jī)，還是傳統(tǒng)PC機(jī)的管理方式都一樣.

4　結(jié)語

實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高校中的地位非常重要，在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、操作能力、工程應(yīng)用及創(chuàng)新能力等方面發(fā)揮著巨大的作用.但對(duì)計(jì)算機(jī)的維護(hù)更新、費(fèi)時(shí)費(fèi)力的各種軟件應(yīng)用環(huán)境配置，時(shí)空限制和防不勝防的病毒讓人頭疼不已.基于桌面云技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境架構(gòu)解決了當(dāng)前計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境面臨的諸多問題.通過云技術(shù)和虛擬桌面技術(shù)結(jié)合對(duì)常用操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件和教學(xué)資源進(jìn)行集約化管理，構(gòu)建和諧、開放、多維互動(dòng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，師生可利用各種低配的終端設(shè)備開展個(gè)性化的教學(xué)實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)活動(dòng)，真正實(shí)現(xiàn)教學(xué)模式的創(chuàng)新.

[1]於曉明, 沈安東. 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2010, 29(4): 83-85.

[2]吳建善. 基于云平臺(tái)的機(jī)房教學(xué)環(huán)境建設(shè)[J]. 價(jià)值工程, 2013(25): 188-189.

[3]林飛躍, 林先津. 云桌面在教學(xué)管理中的應(yīng)用[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2013, 32(10): 337-339.

[4]陳志宏.基于云計(jì)算的虛擬桌面平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].上海:復(fù)旦大學(xué),2012.

[5]王玉芬, 郭曉娟. 云計(jì)算對(duì)高校教學(xué)資源影響解析[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理, 2010, 27(5): 111-113.

(責(zé)任編輯穆剛)

Exploring on the application of cloud desktop technology in the constructing computer lab in university

ZOU Yongkang

(School of Software Engineering, Chongqing University of Arts and Sciences,Yongchuan Chongqing 402160,China )

The upgrading speed of technologies on computer software and hardware is quicker and quicker, and the computer labs in all universities have a large number of computers, which need more cost to upgrade every year. A new plan to construct lab can reduce the cost of building and maintenance, alleviate the work strength, and improve the effect of experiment teaching. By means of cloud desktop technology to put the various resources on cloud platform so the teachers and students can use various ending-devices to access the cloud resource on network, which can improve the time and space environment efficiently, resolve some problems include the fast upgrade speed on computer in traditional lab, poor expansibility on lab environment, complexity of maintenance management.

desktop cloud; virtualization technology; Thinclient

2015-04-08

重慶市教委科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(KJ1401117)；重慶文理學(xué)院科研資助項(xiàng)目(Y2014RJ34).

鄒永康(1967—)，男，重慶永川人，副教授，主要從事計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面的研究.

TP308

A

1673-8004(2016)05-0119-04