常青

[摘? ? 要] 高校的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室皆為面向全校師生服務(wù)，承擔(dān)著多層次多學(xué)科的計(jì)算機(jī)課程。除此以外，還承接各項(xiàng)上機(jī)考試和教師的集中網(wǎng)上閱卷等工作。因此計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室涉及安裝的應(yīng)用軟件較多，計(jì)算機(jī)的利用率極高，降低了機(jī)器的使用壽命。云桌面技術(shù)運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)的云計(jì)算存儲(chǔ)技術(shù)和加密算法，將云平臺(tái)和云終端有機(jī)結(jié)合，集中管理，為高校的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)及管理提供了更為簡(jiǎn)捷，更為安全的服務(wù)，同時(shí)也延長(zhǎng)了實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的生命周期，節(jié)約了成本。

[關(guān)鍵詞] 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室;云桌面;架構(gòu)

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 03. 084

[中圖分類號(hào)] G647;TP311? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? A? ? ? [文章編號(hào)]? 1673 - 0194（2019）03- 0205- 02

1? ? ? 高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀簡(jiǎn)析

1.1? ?軟件繁冗硬件滯后

高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室主要用于學(xué)校的計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)，承擔(dān)著較重的教學(xué)任務(wù)，以及臨時(shí)性的機(jī)考任務(wù)。不同課程對(duì)軟件運(yùn)行環(huán)境要求各異，若干實(shí)驗(yàn)室內(nèi)機(jī)器的批次、型號(hào)、配置亦不同，這就需要計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理人員提供不同的鏡像與驅(qū)動(dòng)，布置不同的軟件環(huán)境，安裝多個(gè)操作系統(tǒng)和多版本的同一軟件。眾所周知，計(jì)算機(jī)的硬件更新速度快，多數(shù)實(shí)驗(yàn)室的硬件至少五至七年更新一次，硬件資源受限，而新版本軟件占用系統(tǒng)資源較高，實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有硬件設(shè)施不能完全滿足教學(xué)需求。

1.2? ?故障率較高

機(jī)器的高頻使用，個(gè)人操作的習(xí)慣不同，導(dǎo)致機(jī)器的破損率增加。對(duì)于一般的軟件故障，諸多高校的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室采用“保護(hù)卡”的還原功能來(lái)解決。低版本配置的保護(hù)卡應(yīng)用該功能，容易造成機(jī)器藍(lán)屏，同時(shí)也造成病毒庫(kù)和補(bǔ)丁升級(jí)的不及時(shí)，系統(tǒng)的安全性較弱。

1.3? ?數(shù)據(jù)共享性較弱

高校的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)一般會(huì)安裝多個(gè)操作系統(tǒng)，由于授課的內(nèi)容不同，安裝的應(yīng)用軟件也不同，這樣就會(huì)在課程結(jié)束后產(chǎn)生大量的教師課件、學(xué)生課堂作業(yè)等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)分布在若干臺(tái)計(jì)算機(jī)上，只有在原終端才可以訪問(wèn)該數(shù)據(jù)，各實(shí)驗(yàn)室的IP段不同，數(shù)據(jù)不易傳遞，只能通過(guò)移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)備份，共享性較弱。

2? ? ? 云桌面技術(shù)

云桌面主要基于云計(jì)算的存儲(chǔ)管理模式開發(fā)，采用高加密按需即取的算法，是依托互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行資源利用的新方式。簡(jiǎn)單來(lái)講，就是可以通過(guò)特定的程序，訪問(wèn)云平臺(tái)的服務(wù)器資源（包括個(gè)人桌面和各種應(yīng)用軟件）。它的用戶體驗(yàn)與我們?nèi)粘２僮鱾€(gè)人PC無(wú)二，只需對(duì)物理設(shè)備進(jìn)行虛擬化建模，無(wú)須頻繁的設(shè)備升級(jí)更新，不僅控制了建設(shè)成本，而且資源利用也不再受限。

云桌面為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供了一個(gè)基于瀏覽器的桌面系統(tǒng)，針對(duì)不同用戶的需求，方便用戶的個(gè)性化上網(wǎng)。同時(shí)云桌面還提供各項(xiàng)常用的管理功能，用戶可以按需管理使用經(jīng)常瀏覽的網(wǎng)站，拓展搜索引擎和網(wǎng)絡(luò)收藏夾等個(gè)性化上網(wǎng)入口功能。

3? ? ? 云桌面的管理應(yīng)用性能分析

以云桌面技術(shù)作為支撐的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，可以將所有用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于一個(gè)數(shù)據(jù)中心，有效地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全隔離。按照不同層次的使用需求，云桌面為用戶提供了更為適用的統(tǒng)一化的桌面及應(yīng)用軟件資源。每個(gè)客戶端成為獨(dú)立的個(gè)體，脫離主機(jī)去工作。其方式類似于虛擬的無(wú)盤工作站，利用互聯(lián)網(wǎng)接入，將服務(wù)器與云資源數(shù)據(jù)池相連。用戶可以在客戶端登錄云端，將全部數(shù)據(jù)同步儲(chǔ)存在云端，不僅可以共享實(shí)驗(yàn)教學(xué)的資源，也避免了移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)帶來(lái)的復(fù)雜性和不安全性，提高了資源利用率。

云桌面的管理模式，將桌面、數(shù)據(jù)訪問(wèn)、軟件相結(jié)合，用戶可以通過(guò)計(jì)算機(jī)、平板電腦、手機(jī)等終端，利用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，隨時(shí)隨地地訪問(wèn)屬于自己的個(gè)人桌面系統(tǒng)，完成授課及實(shí)驗(yàn)。應(yīng)用軟件的統(tǒng)一，摒除了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室不僅需要提前做好軟件環(huán)境的準(zhǔn)備工作，還需解決軟件與軟件之間，軟件與硬件之間的兼容性的問(wèn)題，它可以在任一時(shí)間任一地點(diǎn)使用同一桌面環(huán)境來(lái)進(jìn)行教學(xué)和實(shí)驗(yàn)。

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室在后期的使用維護(hù)中需要不斷更新、升級(jí)和修復(fù)軟件，安裝配置硬件，這些工作幾乎要在每臺(tái)計(jì)算機(jī)中運(yùn)行一次，不僅工作量大，成本也較高。高校的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)中心可以在云桌面技術(shù)的支持下，對(duì)各實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行統(tǒng)一管理，只需管理員在服務(wù)器上進(jìn)行相關(guān)的軟件升級(jí)、更新等維護(hù)操作，統(tǒng)一分配各項(xiàng)作業(yè)的執(zhí)行計(jì)劃，就可以讓全體用戶體驗(yàn)到良好的軟件環(huán)境，極大地減少了計(jì)算機(jī)維護(hù)帶來(lái)的工作量。

將云桌面有效地應(yīng)用到計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，主要實(shí)現(xiàn)了集中化管理功能，只需更新一個(gè)基礎(chǔ)的鏡像。如果授課內(nèi)容不同，可以根據(jù)課程內(nèi)容配置不同的基礎(chǔ)鏡像，再將不同的學(xué)生用戶分別連接到上述不同的基礎(chǔ)鏡像。如果需要修改其中的內(nèi)容，只要在基礎(chǔ)鏡像中修改，并重新啟動(dòng)云桌面的客戶端即可看到更新后的內(nèi)容。如果管理員不在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，在其他場(chǎng)所只需遠(yuǎn)程登錄管理平臺(tái)，就可以對(duì)云桌面的模板、應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。應(yīng)用云桌面技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室在后期維護(hù)中，只需更新可以提升云桌面性能的服務(wù)器和存儲(chǔ)資源介質(zhì)即可。

由于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的終端顯示的是在服務(wù)器上設(shè)置的虛擬桌面，而實(shí)際的數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在服務(wù)器上，利用云桌面的還原功能，當(dāng)客戶端設(shè)置為還原模式時(shí)，服務(wù)器將客戶端新增數(shù)據(jù)存于一個(gè)臨時(shí)的區(qū)域。當(dāng)客戶端重新啟動(dòng)，這一臨時(shí)區(qū)域的數(shù)據(jù)也一并刪除，以此實(shí)現(xiàn)它的還原功能。

4? ? ? 云桌面架構(gòu)部署

云桌面就是在虛擬化的服務(wù)器上生成若干個(gè)獨(dú)立的桌面操作系統(tǒng)，再通過(guò)專用的云桌面協(xié)議發(fā)送至各個(gè)終端。它將實(shí)現(xiàn)以下的基礎(chǔ)服務(wù)功能：

（1）用戶管理。分為管理員和普通用戶。管理員負(fù)責(zé)對(duì)云桌面的創(chuàng)建、配置、訪問(wèn)控制，對(duì)資源進(jìn)行有效的配置與維護(hù)。普通用戶可以注冊(cè)使用云桌面的各項(xiàng)資源。

（2）存儲(chǔ)管理。包含服務(wù)器數(shù)據(jù)池內(nèi)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)和終端設(shè)備上傳數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存、備份。

（3）軟件管理。所有應(yīng)用軟件的安裝與維護(hù)。

（4）平臺(tái)管理。按照用戶使用需求對(duì)平臺(tái)進(jìn)行管理與維護(hù)。

（5）安全管理。服務(wù)器內(nèi)系統(tǒng)的運(yùn)行，病毒的防護(hù)，數(shù)據(jù)的備份，賬號(hào)的安全管理和維護(hù)。

4.1? ?云桌面架構(gòu)

云桌面主要由終端層、控制層、接入層和調(diào)度層構(gòu)成。

（1）終端層包括客戶端的顯示、聲音輸出、鼠標(biāo)鍵盤的輸入。

（2）控制層主要控制傳遞鼠標(biāo)的點(diǎn)擊，鍵盤的輸入等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)客戶端對(duì)后臺(tái)的訪問(wèn)?？刂仆粫r(shí)間點(diǎn)流量的分流，以達(dá)到后臺(tái)多個(gè)服務(wù)器的負(fù)載均衡。

（3）接入層是一個(gè)會(huì)話的窗口。對(duì)各用戶的身份進(jìn)行認(rèn)證，只有認(rèn)證成功方可登錄虛擬云桌面。還可以對(duì)用戶進(jìn)行添加、刪除等操作，設(shè)定其角色，不同的角色設(shè)置不同的權(quán)限。該層還配置了云桌面管理系統(tǒng)，用于管理員的管理與維護(hù)。

（4）調(diào)度層是利用云計(jì)算技術(shù)，將后臺(tái)的多個(gè)服務(wù)器虛擬成為若干個(gè)獨(dú)立的云桌面，并為前臺(tái)的云桌面提供計(jì)算和存儲(chǔ)服務(wù)。

4.2? ?云桌面的部署

為保證云桌面系統(tǒng)的高可靠性，首先需構(gòu)建完善的服務(wù)器集群，以其中一臺(tái)作為主控服務(wù)器。建議采用適用于高密度計(jì)算的模塊化基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)器，能在要求極為苛刻的數(shù)據(jù)庫(kù)、技術(shù)計(jì)算和虛擬化環(huán)境中提供強(qiáng)大的計(jì)算動(dòng)力，處理繁重的工作負(fù)載。建議配置如下：英特爾至強(qiáng)E5-4600 v4處理器，2個(gè)英特爾QuickPath互連（QPI）鏈路互連6.4 GT/s;高速緩存每個(gè)內(nèi)核2.5 MB;內(nèi)核數(shù)量選項(xiàng)：10;內(nèi)存最高可配3 TB（48個(gè)DIMM插槽）： 16 GB DDR4（最高2400 MT/s）。

客戶端是需要個(gè)獨(dú)立的嵌入式操作系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)可利用資源的最大化，架構(gòu)中還支持對(duì)傳統(tǒng)桌面做出諸如安裝插件等操作的改造，以便于它們有能力運(yùn)行在服務(wù)器上。建議配置如下：英特爾酷睿i7-7700T 處理器;內(nèi)存8 GB 2 400 MHz DDR4;2.5英寸 256 GB SATA Class 20 固態(tài)硬盤，本地硬盤預(yù)裝WIN7 64位系統(tǒng)，以備網(wǎng)絡(luò)不通暢時(shí)教學(xué)使用。

云桌面采用千兆以太網(wǎng)進(jìn)行布線，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有匯聚交換機(jī)、接入交換機(jī)、防火墻。每個(gè)實(shí)驗(yàn)室皆通過(guò)接入交換機(jī)連接匯聚交換機(jī)，訪問(wèn)云桌面的服務(wù)器集群。通過(guò)設(shè)置服務(wù)器物理機(jī)和虛擬IP來(lái)劃分若干個(gè)安全子域，再設(shè)置虛擬局域網(wǎng)的訪問(wèn)控制權(quán)限，使得實(shí)驗(yàn)室可以在教學(xué)的過(guò)程中相互獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)了每個(gè)虛擬局域網(wǎng)和服務(wù)局域網(wǎng)可以相互訪問(wèn)，但為了提高安全性，不同的虛擬局域網(wǎng)之間不可相互訪問(wèn)。

在特定的應(yīng)用場(chǎng)景下，云桌面架構(gòu)提供了應(yīng)用程序，它通過(guò)共享服務(wù)的方式來(lái)提供桌面和應(yīng)用，同時(shí)，它還可以在特定的服務(wù)器上提供更完善的服務(wù)。

云桌面中會(huì)涵蓋像用戶信息、訪問(wèn)信息等大量數(shù)據(jù)資源，為保證教學(xué)資源的安全性，不將上述信息泄露，還需對(duì)該信息進(jìn)行行之有效的管理。建議將其數(shù)據(jù)生成二維表格，選擇合適的數(shù)據(jù)源，構(gòu)建一個(gè)完整的數(shù)據(jù)庫(kù)，為教學(xué)提供便利條件。

5? ? ? 結(jié)? ? 語(yǔ)

基于云計(jì)算和虛擬化的云桌面，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)資源的集中利用，安全節(jié)能，方便了計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理員對(duì)實(shí)驗(yàn)室的維護(hù)與管理，改變了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀，同時(shí)也提升了學(xué)校的信息化建設(shè)水平。

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