王 珊

(山西財經(jīng)大學(xué) 實驗教學(xué)中心，山西 太原 030006)

為了培養(yǎng)高層次專業(yè)人才，目前我國高校在理論教育的基礎(chǔ)上，不斷加大實驗教學(xué)力度，旨在向應(yīng)用型高校轉(zhuǎn)型。因此高校實驗室作為學(xué)生實踐的重要場所，其建設(shè)與管理越來越重要。隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展及實驗教學(xué)多元化的需求，使得高校實驗室建設(shè)與管理維護(hù)工作越來越困難。

云桌面技術(shù)是在云計算技術(shù)的基礎(chǔ)上衍生出的一種虛擬化技術(shù)，是云計算技術(shù)的一個典型應(yīng)用。作為一種新的應(yīng)用模式，云桌面技術(shù)對資源的管理具有易于維護(hù)、部署靈活、高安全性等特點，改變了傳統(tǒng)的運(yùn)維管理模式。因此云桌面技術(shù)的出現(xiàn)，為目前高校實驗室提出了一種新的建設(shè)方案。

1 傳統(tǒng)高校實驗室管理存在的問題

1.1 運(yùn)維管理不便

目前大多數(shù)高校實驗室地理位置分散，不集中，這就需要大量的管理人員進(jìn)行管理。同時，對終端的軟硬件需要點對點進(jìn)行維護(hù)，缺乏統(tǒng)一集中的管理手段，這就導(dǎo)致管理員工作量大，響應(yīng)速度慢。而且目前機(jī)房一般采用Ghost方式恢復(fù)系統(tǒng)，課間時間多桌面切換慢，模板切換靈活性差。

1.2 資源保護(hù)性差

隨著新課程的不斷深化及教學(xué)方式的不斷更新，新的教學(xué)軟件需求將會需要更高的硬件配置，如果原有機(jī)房PC機(jī)的硬件配置可擴(kuò)展上限達(dá)不到發(fā)展要求，將會帶動一輪新的硬件升級，這就導(dǎo)致原有PC機(jī)需要更換，更換的舊電腦無法利用，就會形成采購，淘汰，再采購的惡性循環(huán)，產(chǎn)生大量電子垃圾，造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。

1.3 系統(tǒng)安全性差

高校實驗室是面向全校師生開放的，使用頻率高，且大多支持U盤等外接設(shè)備，這就增加了計算機(jī)終端感染病毒的風(fēng)險。一個實驗室的所有PC機(jī)處在同一個局域網(wǎng)內(nèi)，如果學(xué)生上網(wǎng)不規(guī)范，致使某個終端感染木馬病毒，將會影響整個局域網(wǎng)內(nèi)計算機(jī)的正常運(yùn)行。同時，對于軟件故障，大多數(shù)都是采用還原卡來解決，這樣不但容易導(dǎo)致機(jī)器藍(lán)屏，而且也不能保留病毒庫和補(bǔ)丁升級，致使系統(tǒng)安全性差。

2 云桌面技術(shù)及其優(yōu)勢

2.1 云桌面技術(shù)

云桌面(Cloud Desktop，簡稱CD)技術(shù)是在云計算技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過服務(wù)器虛擬化技術(shù)，使服務(wù)器集群得到有效部署，各種應(yīng)用及數(shù)據(jù)集中在云平臺中，從而實現(xiàn)輕量級終端用戶借助網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)用程序及資源的跨平臺訪問[1]。

簡單來講，就是通過云桌面技術(shù)，將服務(wù)器端虛擬出多個獨立桌面，用戶借助網(wǎng)絡(luò)連接來訪問自己的專屬桌面，終端設(shè)備僅用來顯示個人桌面，對數(shù)據(jù)的操作和處理都是在后臺服務(wù)器中進(jìn)行的，各用戶桌面之間具有獨立性，因此和傳統(tǒng)PC具有同樣的操作體驗。

2.2 云桌面技術(shù)原理

云桌面技術(shù)原理如圖1所示。

圖1 云桌面技術(shù)原理圖

首先，用戶通過云終端借助網(wǎng)絡(luò)連接到會話管理中心(云桌面管理系統(tǒng))，會話管理中心對其進(jìn)行身份認(rèn)證，認(rèn)證成功后，該用戶可無縫登錄到其專屬虛擬云桌面。

使用過程中，用戶對數(shù)據(jù)的操作都是在后臺云數(shù)據(jù)中心中完成的，云數(shù)據(jù)中心根據(jù)云終端用戶屏幕變化量發(fā)布操作指令，在后臺進(jìn)行處理操作，將處理后的屏幕變化圖像再通過網(wǎng)絡(luò)傳送到云終端桌面。

2.3 云桌面技術(shù)在高校實驗室中的優(yōu)勢

1) 管理便捷。傳統(tǒng)實驗室中，為保證響應(yīng)速度，每個管理員最多可以維護(hù)10臺電腦，而在云桌面環(huán)境下，每個管理員可以通過鏡像模板，輕松維護(hù)1 000臺虛擬云桌面終端，管理效率提高了100倍以上。同時，管理員可以在課間輕松調(diào)用課程模板進(jìn)行課程的更換，而不用頻繁的開關(guān)機(jī)來進(jìn)行，極大地方便了管理。

2) 實時監(jiān)測。通過云桌面管理系統(tǒng)，實驗教師或管理員可以對桌面云終端進(jìn)行實時監(jiān)測，同時還可以對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤，包括CPU、內(nèi)存等使用情況，輔助管理員進(jìn)行預(yù)警，從而有利于對其進(jìn)行整體判斷，確保云終端用戶始終獲得最佳的使用性能。

3) 運(yùn)維成本低。云桌面接收終端(瘦客戶機(jī))采用低功耗處理器與無風(fēng)扇設(shè)計，工作功率一般小于30 W，比傳統(tǒng)PC的能耗少很多，表1為瘦客戶機(jī)和傳統(tǒng)PC的功耗對比表。

表1 功耗對比表

采用云桌面方式，機(jī)房更新只需對服務(wù)器的配置進(jìn)行升級，終端(瘦客戶機(jī))在整個云桌面環(huán)境中僅用來顯示畫面，其使用壽命更長，無需頻繁升級；若瘦客戶機(jī)硬件損壞，也只需更換瘦客戶機(jī)，其購置成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)PC 價格。表2為瘦客戶機(jī)與傳統(tǒng)PC機(jī)更換后廢棄物對比表。

表2 廢棄物對比表

3 云桌面技術(shù)在實驗室建設(shè)與管理中的應(yīng)用研究

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

目前云桌面主要包括三種基礎(chǔ)架構(gòu)：虛擬桌面架構(gòu)(Virtual Desktop Infrastructure，VDI)、虛擬化應(yīng)用架構(gòu)(Server-Based Compute，SBC)和虛擬終端管理架構(gòu)(Virtual OS Infrastructure，VOI)[2]。其中VDI架構(gòu)是一種重服務(wù)器端輕用戶終端的架構(gòu)，該架構(gòu)將資源全部集中在后臺服務(wù)器集群中，前端云終端僅用于顯示，因此對終端設(shè)備的配置要求極低。該架構(gòu)簡化了桌面管理，減少了硬件成本，部署靈活，同時因其將后端虛擬機(jī)的桌面完全反饋給云終端桌面，用戶在使用上具有完整的桌面體驗。因此，VDI架構(gòu)非常適用于高校實驗室機(jī)房的云桌面建設(shè)。

通過對云桌面技術(shù)深入研究，結(jié)合高校實驗室機(jī)房的具體情況，參考云桌面VDI模式對高校實驗室建設(shè)的整體架構(gòu)設(shè)計可以分為四層：云終端層，接入控制層，云桌面會話管理層和云資源管理及調(diào)度層[3,4]，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

第一層為云終端層。該層采用可以訪問網(wǎng)絡(luò)的瘦客戶機(jī)作為云終端設(shè)備，該設(shè)備僅用于對云桌面的顯示、聲道的輸出以及鼠標(biāo)、鍵盤的輸入。實驗室學(xué)生可以通過瘦客戶機(jī)設(shè)備登錄訪問由后臺云數(shù)據(jù)中心提供的虛擬個人專屬桌面，其體驗效果與傳統(tǒng)PC一致。

第二層為接入控制層。目的在于為云桌面提供網(wǎng)關(guān)接入功能，通過提供安全的網(wǎng)關(guān)接入，實現(xiàn)終端瘦客戶機(jī)對后臺云桌面的訪問。同時，該層同步搭建動態(tài)負(fù)載均衡處理功能，使同一時間段內(nèi)流量分流，從而實現(xiàn)后臺服務(wù)器集群中多個服務(wù)器的負(fù)載均衡。

第三層為云桌面會話管理層。目的在于對訪問用戶進(jìn)行身份認(rèn)證，認(rèn)證成功后，才能無縫地登錄虛擬云桌面。同時該層配置云管理系統(tǒng)，便于教師及實驗室管理員進(jìn)行維護(hù)與管理。

第四層為云資源管理及調(diào)度層。該層為真正的資源提供層，通過云計算及虛擬化技術(shù)，將服務(wù)器集群虛擬成多個獨立云桌面，從而為前臺的云桌面用戶提供計算及存儲服務(wù)。

3.2 實現(xiàn)模式

在具體的實驗教學(xué)過程中，首先要做的是為實驗課程制作云桌面虛擬機(jī)鏡像模板，具體制作過程如圖3所示。

圖3 鏡像模版流程圖

由圖3可以看出，實驗教師或管理員要對課表中的實驗課程進(jìn)行分析，通過云桌面管理系統(tǒng)，按不同課程所要求的實驗環(huán)境及硬件配置分別制作相應(yīng)虛擬機(jī)，然后安裝操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)安裝完成后，安裝相關(guān)教學(xué)應(yīng)用及插件，最后將虛擬機(jī)封裝成鏡像模板(為便于查找，模板名稱一般可以按課程名命名)。通過反復(fù)操作，每一個實驗課程均有對應(yīng)的鏡像模板。

上課時，教師登錄云桌面管理系統(tǒng)，將該課程對應(yīng)的鏡像模板生成多個虛擬云桌面，然后發(fā)送給學(xué)生終端，學(xué)生通過瘦客戶機(jī)登錄云桌面進(jìn)行相應(yīng)課程的學(xué)習(xí)[5]。實驗教師或管理員可以隨時根據(jù)實驗課程的變化而調(diào)用相應(yīng)的課程鏡像模板。

4 總結(jié)

云桌面技術(shù)為高校實驗室的建設(shè)與管理提供了新的方案，較高的投資回報率降低了實驗室建設(shè)與維護(hù)成本，同時其部署靈活、易于維護(hù)等特點也極大地方便了實驗室管理員對機(jī)房的管理與維護(hù)。云桌面技術(shù)不僅能用于實驗室建設(shè)，還可廣泛應(yīng)用于高校移動辦公、電子閱覽室、分散的多媒體教室等場景，這些應(yīng)用將極大地推進(jìn)高校信息化進(jìn)程。

[1] 陳浩新.云桌面技術(shù)在高校計算機(jī)實驗室建設(shè)和管理中的應(yīng)用[J].中國管理信息化,2017,20(6):148-149.

[2] 楊凡.基于MVC模式云桌面框架設(shè)計與實現(xiàn)[D].成都:電子科技大學(xué),2017.

[3] 陳志宏.基于云計算的虛擬桌面平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[D].上海:復(fù)旦大學(xué),2012.

[4] 姜凡俊.云桌面技術(shù)在高校機(jī)房教學(xué)管理中的應(yīng)用[D].上海:東華大學(xué),2016.

[5] 吳媛媛.云桌面技術(shù)在計算機(jī)機(jī)房管理中的應(yīng)用[J].吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報,2015,31(10):94-96.