虛擬桌面技術在高校實驗室機房升級改造中的應用研究

孫宇　張衡

摘 要：主要針對高校實驗室現狀，討論了虛擬桌面技術在實驗室機房改造過程中的應用，及其對實驗室功能方面的完善和提升。尤其對應于文科型大學及綜合型大學的文科類實驗室具有極強的實用性及高效性。本文首先介紹了國內高校目前主流的兩種實驗室機房的系統結構，并分析了其相對的優點和缺點。然后引入了虛擬桌面技術的概念，討論了由虛擬桌面技術所支持的第三代實驗室機房的一些特性和基本工作原理，并將其與上一代由無盤系統所支持的實驗室機房來進行對比，進而找出虛擬桌面技術的優勢及先進性。在文章的最后部分指出了這一技術現階段所存在的一些不足，并展望了未來的發展趨勢。

關鍵詞：虛擬桌面 VDI RDP

中圖分類號：TP31 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（c）-0025-02

Research on the Application of Virtual Desktop Technology in the Upgrade of University Computer Room

Sun Yu Zhang Heng

（Liaoning University Integrated Experimental Center of Liberal Arts，Shenyang Liaoning，110136， China）

Abstract：Mainly for the status of College laboratories，the application of virtual desktop technology in the process of the transformation of university computer room is discussed. Virtual desktop technology has a strong practicality and high efficienc， especially for the Liberal Arts Laboratory of comprehensive university. This paper describes the structure of the current system of two laboratory room mainstream domestic universities， and analyzes their relative advantages and disadvantages.Then introduced the concept of virtual desktop technology， discussed by the virtual desktop technology supported by the third generation of laboratory room some of the features and the basic working principle and the previous generation supported by the diskless system for laboratory room contrast， and then find out the advantages of virtual desktop technology and advanced.In the last part of the article points out some deficiencies that exist at the present stage of this technology， and the prospect of future trends.

Key Words：Virtual desktop；VDI；RDP

近年來隨著各大高校實驗教學水平的不斷提高，大多數學科都擁有了自己的專用實驗室或即將籌建自己的專用實驗室。但是在這些實驗設施投入使用的過程中，也存在著一定的問題，比如實驗室利用率的問題，有些專業學生人數較少，或者實驗課課時較短，這樣勢必就會導致實驗設施空置，造成浪費。而另外一方面，還有一些專業，實驗課時有限，由于實驗室機房資源的有限性，現有條件下僅能保證老師上課的需求，而學生自己在平時課下練習的時候缺少相應的環境支持。

1 高校實驗機房使用現狀及發展

解決實驗室利用率的問題，可以考慮多個專業共用一個實驗室，即建立通用實驗室。這類通用實驗室的基本技術構架主要有兩種，即有盤系統以及無盤系統，這也是我們國內大多數高校實驗機房現階段所采用的主流的兩種解決方案。有盤系統顧名思義就是指系統內的每個終端節點都帶有硬盤存儲設備。這類實驗機房，可以將其看作是第一代實驗機房。其特點是系統穩定性比較好，數據安全性在采用硬盤保護卡的前提下也是相對較好的，但是缺點就是不易于維護，而且相比于無盤系統還要多出了硬盤的開銷。隨著技術的發展第一代的有盤系統所支撐的實驗機房慢慢的被更易于維護的無盤系統所逐漸替代。在這里可以把由無盤系統所支持的實驗機房看作是第二代實驗機房。而無盤系統是指由無盤工作站所組成的局域網系統，就是說局域網內的所有工作終端都不安裝硬盤，而教師上課教學所需要的軟件安裝全部在服務器端，所有的工作終端和服務器共處于一個局域網內。這樣每當工作終端開機后，會通過網絡首先請求服務器端傳送預先指定的系統鏡像。在鏡像被加載之后無盤終端可以像有盤終端一樣工作，區別是無盤終端一般無法把軟件運行的結果存儲在本機的硬盤上，通常需要老師和同學自備優盤或其他的存儲設備。而無盤系統相對于有盤系統的優點首先在于更好的可維護性，更加節省了人力，其次是在成本上由于省去了各個工作終端的硬盤也要比優盤系統更低廉一些。但是無盤系統相對于有盤系統也有一個非常重要的缺點，就是系統的穩健性要低于有盤系統，在投入使用的初期這個劣勢還不是十分的明顯，但是到了后期會體現的非常突出。這是因為無盤系統的基本工作原理導致的，因為無盤工作站是由網卡的啟動芯片（Boot ROM，該邏輯已經鑲嵌于主板的BIOS中）以不同的形式向服務器發送啟動請求。服務器在收到請求信號后再根據不同的機制向工作站發送必要的啟動數據。工作站在下載完這些必要的啟動數據后，系統控制權再由Boot ROM轉移到內存的某些特定區域繼續引導操作系統[1]。而上述的這個過程是要依賴局域網來進行數據傳輸的，所以局域網內的任意一個環節都可能對整體的穩健性構成影響。比如網內的交換機，路由器，服務器，甚至于網線等等。任意一個環節的故障都可能導致對整體系統的性能的影響。所以當設備投入使用一定時期后，無盤系統的故障率會激增，遠高于有盤系統。

那么是否能有一種解決方案，既能有良好的可維護性，又兼顧到系統的穩定性，同時還能保證學生自己在課下練習。這就引入另外一種解決方案，虛擬桌面解決方案。虛擬桌面概念（Virtual Desktop，簡稱VD）最早由廠商VMware提出，現在已實現標準化。其特點是對所有的桌面信息進行統一集成管理，同時保證用戶的使用性能[2]。理論上用戶可以通過虛擬桌面技術的支持，用手機、電腦或平板，在任意網絡支持的環境下訪問自己網絡上的個人桌面系統。這樣由虛擬桌面技術支持的實驗機房就可以完美的解決可維護性和系統穩定性的問題了。可以在現有的條件基礎下對實驗室進行升級改造，實驗室的客戶端可以是有盤也可以是無盤的，如果是有盤的，那么即使網絡的某個環節發生問題也一樣可以通過本機的硬盤系統啟動機器，都絕對不會發生機房內設備全部癱瘓而無法使用的情況，哪怕是無盤的客戶端，只要能夠提供互聯網接口，不管是有線的還是無線的，都可以通過互聯網訪問服務器上對應的桌面[3]。此外學生還可以在其他的互聯網環境下用個人電腦或手機來訪問自己的桌面。所以也可以把這種更加優化的由虛擬桌面技術所支持的實驗機房看做為第三代實驗機房。

2 虛擬桌面系統的技術構架

虛擬桌面基礎構架（Virtual Desktop Infrastructure，縮寫為VDI）這一架構是基于微軟的遠程演示協議即RDP協議而擴展產生的。遠程演示協議可以通過TCP/IP進行數據傳輸，并且保證客戶端支持多種資源的緩沖及圖片數據的壓縮處理。關于虛擬桌面系統的整體架構可以從以下幾個方面來討論[4]。

（1）基礎構架，基礎構架主要支持多臺設備的物理資源共享，允許在單個服務器上生成多個虛擬服務器，客戶端通過對虛擬服務器的訪問來實現資源的共享。

（2）桌面配置，在基礎架構的基礎上生成了操作系統的鏡像并將其提供給虛擬桌面。在用戶每次啟動了自己的虛擬桌面后，其操作都會通過網絡傳送給后臺的虛擬服務器，虛擬服務器會通過這些操作信息對基本的操作系統的鏡像進行擴展，以保證在用戶下一次啟動虛擬桌面時這些改動會體現出來。

（3）用戶定制，允許用戶按照自己的需求來定制自己的工作環境。不同的用戶會有不同的應用需求，這些特定的應用將由控制器負責識別分配給不同的用戶。把應用和桌面系統的鏡像分別管理可以極大的簡化維護，減少數據信息的負擔。這樣也能極大的滿足用戶的個性化需求，是之前的無盤系統所無法做到的。

在此需要特別提到的是，虛擬桌面系統雖然和無盤系統類似都是由前臺的客戶端進行操作而在后臺的服務器端進行數據保存，但是其中有個本質的區別就是在無盤工作站上進行的操作都是本地操作本地執行，即操作系統實際上是在客戶端的無盤工作站上面運行的。無盤工作站在每次開機后都由網絡啟動并從服務器上下載操作系統鏡像然后在本機上運行，每次關機時一般不保留操作運行的結果，除非是對后臺服務器端的鏡像進行更新修改，否則在下次運行時服務器端發送過來的系統鏡像是跟以前一致的沒有任何區別，而同一組群內所有客戶端工作站上所加載的鏡像也都是一致的沒有任何區別。而對于由虛擬桌面技術支持的系統則完全不同，每次系統啟動后操作信息由前臺的客戶端通過網絡發送給后臺的服務器端，并且由后臺與虛擬桌面所對應的虛擬服務器所執行，這些操作所帶來的變動也由虛擬服務器所保存。所以虛擬桌面技術支持后臺執行，這是兩者之間的一個顯著的差別，然后再來看看這兩代系統之間在其他方面的對比[5]。

3 由虛擬桌面技術所支持的系統對比無盤技術所支持的系統（見表1）

4 結語

通過上面的比較不難看出虛擬桌面技術所支持的系統在上述所比較的幾個方面的表現全都要優于無盤系統。如果說還有不足的話，那么首先就是其對服務器性能的要求較高，因為基本上絕大部分數據都在后臺服務器端運行的。此外還有一點就是對網絡帶寬的要求較高，但是在互聯網高度普及的今天這個問題必將會在可預期的時間內得到解決。不難想象以虛擬桌面技術為支撐的第三代實驗機房必將是各大高校未來積極發展的方向。

參考文獻

[1] 吳蘭華.高校計算機實驗機房建設中虛擬化技術的應用分析[J].學園：教育科研，2011（16）：35.

[2] 宋海光，盧暢.虛擬云終端在機房建設中的可行性研究[J].電腦知識與技術，2013（1）：219-221.

[3] 陳紹煌.高校計算機實驗機房建設虛擬技術應用淺析[J].信息與電腦：理論版，2014（2）.

[4] 陳澤恩.虛擬技術在計算機實驗機房建設中的應用與分析[J].湖北科技學院學報，2014（5）：13-14.

[5] 宋蕾.虛擬技術在高校計算機機房實驗室中的應用[J].實驗室研究與探索，2013（6）：274-278.

[6] 高飛.虛擬化桌面技術在高校機房管理中的應用[J].中國現代教育裝備，2013（23）：15-17.