鄭舟杰 郭志華 吳湘洪 趙國源

[摘 要] 隨著云技術(shù)的發(fā)展，將之應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐中，并作為智慧校園建設(shè)的重要組成部分已成必然趨勢。借大數(shù)據(jù)發(fā)展理念，結(jié)合云技術(shù)、綜合管理平臺等軟硬件的前沿發(fā)展，搭建了虛擬化教學(xué)系統(tǒng)，通過云計(jì)算和虛擬技術(shù)，完成信息資源的集成和優(yōu)化，共享云計(jì)算“資源池”。實(shí)現(xiàn)了桌面終端和應(yīng)用環(huán)境的集中控制和管理、OS&AP以及個(gè)性化計(jì)算環(huán)境隨需分配，提高了系統(tǒng)的安全性、可靠性，解決了計(jì)算機(jī)教學(xué)中多系統(tǒng)、多應(yīng)用帶來的困擾和管理難題，充分體現(xiàn)了先進(jìn)、簡潔、靈活、高效、可靠、環(huán)保等特點(diǎn)。

[關(guān) 鍵 詞] 云技術(shù)；虛擬化；資源池；對象管理

[中圖分類號] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）35-0010-02

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，桌面云改變了傳統(tǒng)的工作環(huán)境和信息系統(tǒng)部署方式，實(shí)現(xiàn)了對原本分散的眾多用戶桌面環(huán)境與數(shù)據(jù)的集中管理，使升級維護(hù)更高效、數(shù)據(jù)使用更安全、接入更靈活、業(yè)務(wù)處理能力更強(qiáng)、系統(tǒng)可靠性更高；人機(jī)分離，桌面的無縫切換，低溫?zé)o燥的綠色環(huán)保的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，更加適用于人群較集中的課堂教學(xué)。

一、研究意義

借大數(shù)據(jù)發(fā)展理念，結(jié)合云技術(shù)、綜合管理平臺等軟硬件的前沿發(fā)展，搭建了虛擬化教學(xué)系統(tǒng)，開展相關(guān)的研究、實(shí)施和推廣工作，對新技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用，具有較強(qiáng)的理論意見和現(xiàn)實(shí)意義：

（一）推進(jìn)教育教學(xué)改革，提高辦學(xué)水平

對公共教學(xué)資源統(tǒng)一整合和管理，培養(yǎng)了一支掌握前沿技術(shù)的專業(yè)教師隊(duì)伍，有效推進(jìn)教育教學(xué)改革，提高整體辦學(xué)水平。學(xué)生在使用中不斷增強(qiáng)對新技術(shù)的學(xué)習(xí)和了解，感受新技術(shù)帶來的變革，開闊了視野。

（二）提高教學(xué)業(yè)務(wù)連續(xù)性

虛擬資源架構(gòu)中的虛擬機(jī)遷移服務(wù)、資源分配管理服務(wù)、高可用性服務(wù)可以很好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)保護(hù)、高可用性以及災(zāi)難恢復(fù)，做到桌面隨人走。

（三）資源開放共享，提高教學(xué)資源使用效益

保證資源應(yīng)用實(shí)效性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)資源的最大共享，提高教學(xué)資源使用和管理效益。

（四）創(chuàng)新開放的計(jì)算機(jī)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)管理架構(gòu)

更輕松的教學(xué)環(huán)境建制、管理和維護(hù)；更快、更高效、個(gè)性化的教學(xué)環(huán)境調(diào)整，可以滿足多元化教學(xué)模式。

（五）集中部署減少維護(hù)

通過自動化管理流程，80%的維護(hù)工作將自動完成，不但減少了大量的維護(hù)工作量，還提供了迅捷的故障處理能力；在面臨各種認(rèn)證考試、職業(yè)考試需要不同版本的操作系統(tǒng)以及應(yīng)用軟件等復(fù)雜業(yè)務(wù)場景里，能完成便捷、快速的專業(yè)要求部署。

（六）示范引領(lǐng)作用

將當(dāng)前信息化主流的、先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)中，在一定范圍和區(qū)域內(nèi)起到引領(lǐng)、示范作用，推動新技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣。

二、理論依據(jù)

云計(jì)算（CloudComputing）是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯(lián)網(wǎng)來提供動態(tài)易擴(kuò)展且經(jīng)常是虛擬化的資源。云技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)非常成熟，具有以下特點(diǎn)：

（一）超大規(guī)模

“云”具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，能賦予用戶前所未有的計(jì)算能力。

（二）虛擬化

云計(jì)算支持用戶在任意位置、使用各種終端獲取應(yīng)用服務(wù)。所請求的資源來自“云”，而不是固定的有形的實(shí)體。

（三）高可靠性

“云”使用了數(shù)據(jù)多副本容錯(cuò)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)同構(gòu)可互換等措施來保障服務(wù)的高可靠性，使用云計(jì)算比使用本地計(jì)算機(jī)可靠。

（四）通用性

云計(jì)算不針對特定的應(yīng)用，在“云”的支撐下可以構(gòu)造出千變?nèi)f化的應(yīng)用，同一個(gè)“云”可以同時(shí)支撐不同的應(yīng)用運(yùn)行。

（五）高可擴(kuò)展性

“云”的規(guī)?？梢詣討B(tài)伸縮，能滿足應(yīng)用和用戶規(guī)模增長的需要。

（六）按需服務(wù)

“云”是一個(gè)龐大的資源池，按需分配資源。

三、研究內(nèi)容和目標(biāo)

搭建“基于云技術(shù)的虛擬化教學(xué)系統(tǒng)”并應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐中。以“學(xué)習(xí)、實(shí)訓(xùn)、管理和服務(wù)”為主線，面向教學(xué)者、學(xué)習(xí)者、管理者3類用戶群體，提升教學(xué)水平，滿足學(xué)生自主式個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，制訂基于對象管理的《基于云技術(shù)的虛擬化教學(xué)系統(tǒng)建設(shè)方案》。

為進(jìn)一步提升教學(xué)條件，推進(jìn)教育教學(xué)改革，提高辦學(xué)水平，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一集中管理，減少物理基礎(chǔ)架構(gòu)成本和運(yùn)營維護(hù)成本，應(yīng)做到：（1）虛擬桌面系統(tǒng)支持安裝當(dāng)前教學(xué)和實(shí)訓(xùn)室所需的軟件程序及客戶端。（2）滿足學(xué)生和教師在任何時(shí)候任何地點(diǎn)登錄，都能訪問自己的桌面及用戶數(shù)據(jù)。（3）桌面資源可彈性擴(kuò)展，按需為用戶分配虛擬桌面，虛擬桌面獨(dú)享且相互隔離，確保數(shù)據(jù)的安全性。（4）支持統(tǒng)一運(yùn)維平臺，降低維護(hù)成本。（5）數(shù)據(jù)集中存儲，方便備份和恢復(fù)。（6）開發(fā)《云桌面實(shí)訓(xùn)室網(wǎng)絡(luò)管理軟件》，并投入使用。

四、虛擬化教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

（一）設(shè)計(jì)要求

虛擬化教學(xué)系統(tǒng)主要由三個(gè)部分組成，前端是用戶終端，包括通常的顯示器、鼠標(biāo)鍵盤以及虛擬化專用的瘦終端；中間是傳輸部分，即網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；后端是服務(wù)端，包括計(jì)算資源、存儲資源、備份資源等。開發(fā)云桌面實(shí)訓(xùn)室網(wǎng)絡(luò)管理軟件，與整個(gè)系統(tǒng)結(jié)合。實(shí)現(xiàn)桌面終端和應(yīng)用環(huán)境的集中控制和管理、OS&AP以及個(gè)性化計(jì)算環(huán)境隨需分配，提高系統(tǒng)的安全性、可靠性，解決計(jì)算機(jī)教學(xué)中多系統(tǒng)、多應(yīng)用帶來的困擾。

基于“對象管理”的、強(qiáng)大且理念先進(jìn)的專用軟件平臺設(shè)計(jì)，可根據(jù)教師、專業(yè)、班級、語言、分組、座位、學(xué)生、考試或者實(shí)驗(yàn)需要，任意切換的個(gè)性化教學(xué)環(huán)境，甚至可以做到讓共用機(jī)房的每個(gè)學(xué)生都有自己的專有學(xué)習(xí)系統(tǒng)、互不干擾，達(dá)到專屬教學(xué)、考試、學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)環(huán)境的和諧統(tǒng)一。

（二）主要功能要求

桌面資源統(tǒng)一管理、維護(hù)；平臺集群化，提高了資料的利用率和可靠性；實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)萬兆主干互聯(lián)，鏈路冗余負(fù)載；桌面系統(tǒng)與用戶文件存儲分離，系統(tǒng)存儲實(shí)現(xiàn)雙副本備份，用戶存儲采用Raid陣列保護(hù)；前端設(shè)備全部采用12V低壓安全供電，低耗環(huán)保系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)前端瘦客戶機(jī)來電自啟，桌面資源定時(shí)開關(guān)機(jī)并自動還原；通過云桌面實(shí)訓(xùn)室網(wǎng)絡(luò)管理軟件，實(shí)現(xiàn)虛擬桌面與個(gè)人文件夾單點(diǎn)登錄、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)動認(rèn)證（統(tǒng)一身份）；支持靈活擴(kuò)展，為未來建設(shè)預(yù)留擴(kuò)展性能及對接接口。

網(wǎng)絡(luò)方面采用UCS-SPL-FI48P控制矩陣，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器與核心網(wǎng)絡(luò)交換采用萬兆網(wǎng)絡(luò)冗余互聯(lián)設(shè)計(jì)，核心網(wǎng)絡(luò)到匯聚網(wǎng)絡(luò)采用萬兆網(wǎng)絡(luò)冗余互聯(lián)設(shè)計(jì)，匯接到接入采用雙千兆網(wǎng)絡(luò)冗余互聯(lián)設(shè)計(jì)，接入采用百兆網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)主干均實(shí)現(xiàn)冗余備份，負(fù)載分擔(dān)的性能效果。

前端設(shè)備均采用12V供電方式，保證低功耗的同時(shí)，可以有效避免因電力使用問題存在的師生人身安全風(fēng)險(xiǎn)。

（三）系統(tǒng)先進(jìn)性

與同類成果相比，具有以下優(yōu)勢和創(chuàng)新突破：

1.人機(jī)環(huán)境

實(shí)訓(xùn)室的空間設(shè)計(jì)充分利用和體現(xiàn)了云桌面的簡潔性，改變了傳統(tǒng)機(jī)房的臃腫；同時(shí)考慮用電的安全性及可控性，設(shè)計(jì)了低壓直流集中供電。

2.基于對象的設(shè)計(jì)理念

針對對象流動性大、使用頻繁、應(yīng)用環(huán)境多變等特點(diǎn)，結(jié)合統(tǒng)一身份驗(yàn)證（LDAP），基于對象進(jìn)行管理，采用虛擬化平臺靈活的身份驗(yàn)證方式，對人的行為管理方面取得突破。

3.整體安全架構(gòu)

為保障桌面云系統(tǒng)安全，系統(tǒng)采用了完整的安全架構(gòu)，避免出現(xiàn)安全真空，強(qiáng)化了網(wǎng)絡(luò)隔離和虛擬化隔離，在安全架構(gòu)層面主要采用了分層和縱深防御。

4.桌面資源靈活性

構(gòu)建若干虛擬桌面池資源，將桌面按需索取動態(tài)調(diào)配分發(fā)給學(xué)生用戶。讓所有的用戶都能夠擁有標(biāo)準(zhǔn)化的教學(xué)桌面，同時(shí)擁有個(gè)性化的個(gè)人云存儲空間，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源共享。終端采用Android系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的二次開發(fā)和擴(kuò)展性。

五、實(shí)用性分析

云技術(shù)在教學(xué)實(shí)訓(xùn)中的實(shí)踐應(yīng)用，TCO（總擁有成本）大幅度降低35%；動態(tài)綠色節(jié)能設(shè)計(jì)，桌面云能耗降低30%；基于云平臺，IT系統(tǒng)的資源利用率提高65%。依托教育云龐大的規(guī)模效應(yīng)，最大限度地實(shí)現(xiàn)教育資源的共享，實(shí)現(xiàn)教育資金社會效益的最大化。

基于云技術(shù)的虛擬化教學(xué)系統(tǒng)采用集中管理的新模式，有利于解決當(dāng)前公共計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)室的管理難題；桌面虛擬化技術(shù)的應(yīng)用有利于學(xué)校緊跟技術(shù)發(fā)展腳步，樹立良好的社會形象，促進(jìn)學(xué)校與企業(yè)的交流合作；桌面虛擬化技術(shù)主應(yīng)用，進(jìn)一步深化信息化建設(shè)，有利于走在技術(shù)前沿，在實(shí)踐中培養(yǎng)了一支技術(shù)領(lǐng)先、理念超前的專業(yè)團(tuán)隊(duì)，并在工作中加以完善，探索出一條低成本、高效能的公共計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)室建設(shè)和管理新新路徑；為各院校提供借鑒，也適合于企業(yè)、行政單位、圖書館等日常辦公、電子閱覽等，示范帶動相關(guān)新技術(shù)的廣泛應(yīng)用。