桌面云在智慧校園建設的應用研究與發展設想

張鈞泰

[摘 要]在中職學校中，隨著專業課程的增多，慕課、反轉課堂等網絡教學方式的應用以及移動辦公、多校區業務等應用模式的增多，教學機房、多媒體教室規模不斷擴充，更新維護量大，已成為管理員極其繁重的工作。另外在大數據的環境下，數據的穩定、可靠、安全也成為目前學校面臨的新挑戰。通過桌面云技術可以滿足上述需求，進一步加快建設智慧校園的步伐。筆者針對中職學校桌面云應用與發展設想進行闡述。

[關鍵詞]云桌面；桌面云；智慧校園；中職

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.04.120

[中圖分類號]TP393 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2016）04-0-03

0 引 言

全球信息化技術在爆炸性的發展，目前，已出現多種現代計算機技術，如云計算、物聯網、大數據等，而且“十三五”規劃也提出了教育信息化，軟件的應用引領信息化的改革，許多學校充分利用先進技術，帶動現代教育和管理的發展，進一步提高教學科研水平。

新一代的信息化技術以及桌面云技術為實現智慧校園提供了強有力的支撐，如何讓桌面云技術為智慧校園建設提供助力，使教育信息化技術更好地為師生提供優質的資源和訪問體驗，實現智慧校園的快速發展是學校面臨的新挑戰。桌面云技術已逐漸成熟，相比傳統PC的應用方案，它能夠確保教師日常辦公業務的正常運行、有效管控和維護云桌面系統，節能減耗，實現綠色辦公。另外它還具有考慮冗余能力、高可靠性等特點，在智慧校園建設中越來越受青睞。

1 學校計算機實訓室、辦公設備現狀分析

中職學校計算機實訓室共10個，承載著全校所有專業的計算機課程，包括計算機應用基礎、CAD繪圖、汽車商務營銷、物流和GPS應用等課程。首先，采用傳統的硬盤還原卡，對不同專業的教學、考試、操作等場景，分別定義種類繁多的操作系統模板。在傳統模式中，每間教室只能支持某種特定的模板，一旦場景應用發生了變更，學校需要投入大量的人力、物力、財力以滿足教師和學生對計算機教學和應用的剛性需求，從而造成重復建設，導致教學資源大量閑置和浪費。其次，計算機已成為學校各專業教師授課和學生操作的基本工具，但日常需要的各種教學桌面都不得不由具備相當IT專業技能的人員協助發布和更新，同時IT管理人員又要花費大量的精力用來調試與安裝。這會讓管理的教師們通宵加班、叫苦不迭。再次，在中職學校，學生動手能力都比較好，敢于嘗試，經常會把操作系統搞壞，或者因為中病毒而導致系統崩潰，無法繼續應用于教學。最后，基于保護卡的統一發布和管理，每次更新模板或是添加刪除應用程序時，不得不面對傳輸成功率低、更新時間長的困境。同樣的，辦公使用的電腦，由于外部存儲設備頻繁使用，網上流氓軟件泛濫，一般使用者時常會操作不當，導致系統受病毒感染或損壞，導致維護人員的維護量激增。

要改變高故障率，降低維護成本投入，完善網絡教學平臺，為學生提供靈活的學習模式，建立為學校的教學、管理、科研和服務提供良好的信息化平臺，必須尋找一種新的技術，滿足學校桌面虛擬化（以下簡稱桌面云）項目的建設需求，涵蓋所有PC的桌面云交付，為各類用戶提供全面的、個性化的校園桌面服務。桌面云技術的所有應用程序、桌面、數據均運行于數據中心，客戶端設備弱化為訪問終端，管理員僅需在數據中心內即可實現對用戶應用、桌面的統一運維，這包括日常的故障排查、補丁更新、軟件安裝、系統升級等各項操作，簡化了客戶端的運維管理工作，實現集中化、高效、統一的桌面IT運維。

2 桌面云技術帶給學校信息化發展的變革

桌面云技術是基于服務器的一種計算模式，它能夠提供與目前用戶使用的PC一樣的各種功能，比如：流暢地播放視頻、通過即時通訊軟件進行多媒體通信（包括雙向語音）、流暢地觀看帶有flash的網頁、高清視頻播放，同時使用各種外設如USB設備、串并口、打印機、安全認證設備等，無需改變用戶的使用習慣。用戶可以通過不同類型的網絡，如高帶寬的LAN、低帶寬的WAN、Internet/3G等，在任意時間、地點訪問自己的桌面系統，相當于隨時隨地都帶著一臺電腦在身邊。桌面云技術與傳統的桌面系統相比，有著顯著的特點。

2.1 良好的用戶體驗，不受時間、空間限制的靈活訪問

虛擬桌面是在后臺部署和運行的，帶給用戶的使用體驗與傳統PC是一樣的，比如：流暢地播放視頻、流暢地觀看帶有flash的網頁及各類應用，使用各種外設等。用戶只要有網絡，就可以隨時隨地連接到虛擬桌面。由于桌面軟件都是在服務器端運行，用戶的客戶端設備可以使用各種操作系統和配置的硬件設備（如筆記本、PC機、瘦客戶機、各種智能手機、PDA、iPad等）來訪問桌面或應用和數據。

2.2 實現智能監控、集中管理，提高監測能力，快速排除故障

桌面云技術簡化設備的運行管理與維修維護，讓管理人員具備了監測能力，可以評估最終用戶狀態和排除故障，準確找出問題，并能快速反應，調整受到影響的服務質量。服務器還能提供冗余的虛擬桌面，從硬件軟件上雙重保護，確保設備在線運行。操作系統采用單一模板部署，用戶自行安裝的軟件和數據重定向特定的個人盤，當操作系統更新時不會影響用戶安裝的軟件和個人數據。在更新與維護操作時，管理員只需在后臺服務器上完成配置，統一下發，即可一次更新所有虛擬桌面。對于需要更新計算機中的防病毒軟件、系統補丁、安裝軟件等情況，這一優勢非常明顯，所以云桌面即滿足用戶個性化需求，同時減化管理員工作量。

2.3 建立高效、快速、靈活、可發展的桌面系統

桌面云技術可以實現桌面系統集中快速部署，使用戶的操作系統和所有應用程序及數據處理都在后臺服務器統一安裝、運行。當需要增加一臺虛擬桌面時，只需幾分鐘就可以自動在后臺實現資源的分配與部署。

2.4 全方位的安全堡壘防護

從硬件上，專用服務器的硬盤陣列技術能提高數據的安全性，以避免由于硬盤損壞而導致數據丟失，穩定性與耐用性比桌面PC的高。從軟件上，桌面和應用全部運行在數據中心的服務器上，集中進行安全管控，減少了由于用戶硬盤故障造成的損失，也防止用戶數據被非法訪問或取走涉密信息。另外，基于角色的權限控制，可以通過制定嚴格的訪問策略，細粒度地控制最終用戶對桌面應用的訪問權限，例如：是否可以打印、復制粘貼或將文件保存到本地，不怕教師、學生隨意安裝卸載軟件帶來的問題，不再擔心流氓軟件和病毒，提高計算機實訓室的應用安全性。更能針對關鍵應用系統的用戶操作錄像審計，跟蹤和記錄用戶操作過程，方便回溯，無論硬件還是軟件應用都達到立體防護，保障安全。

2.5 桌面云技術降低信息化成本、減少了能源消耗

增加服務器成本雖然讓桌面云前期投入增大，但終端用戶直接使用瘦客戶機替代傳統PC。使用的終端數量越多，平均成本越低。而且瘦客戶機對未來系統的升級、更新等操作能最大程度地減少終端設備的更新。它生命周期更長且軟硬件免維護，最大化減少客戶端的維護管理工作，并有效節省運營成本，所以長遠來說既能減少投資，更能節約維護成本。另外，從能源消耗角度分析，桌面虛擬云完全使用瘦客戶機做終端，而瘦客戶機的功耗只有普通PC機的四分之一，能有效減少電力能源的消耗，降低計算機、空調等用電設備的維護費用，減少二氧化碳排放，符合國家節能環保，綠色辦公的大方向。

3 桌面云在智慧校園中的應用

在中職校智慧校園建設中，實現對學校現有500臺電腦環境改造，其中包含5個教學機房300臺電腦、一個電子閱覽室60臺電腦、100臺課室電腦和40臺圖書館共用查詢電腦的桌面虛擬化，通過10臺桌面云服務器，即可管理學校500臺終端的所有教學實驗環境、考試環境、辦公環境等的云交付，滿足其他現有公共機房及電子閱覽室、課室等未來教學應用的本地化計算性能需求。

中職學校的桌面云方案主要有以下幾個應用場景。

第一，集中應用場景。教學電腦機房原有13個，其中大部分教學任務以基礎軟件使用教學、專業課程軟件教學為主，沒有大型3D應用，因此，先把5個電腦都已經比較舊，不能使用主流操作系統及軟件的電腦機房，采用利舊的方案更換為桌面云。由于云桌面底層操作系統只需要Linux核心就可以，占用資源小，抗病毒能力強，軟故障機率小，故此完全能利用原有電腦改造為云桌面系統。

第二，地點零散，多VLAN分布應用場景。這分為兩種：①分布在各棟樓層中的教室（多媒體課室），中職學校共有100個教室，每個教室都配有電腦，方便教師教學使用。但每位教師的需求各不相同，使用的軟件也亂。以傳統的PC配以保護卡的模式，運維人員經常需要加班加點，疲于奔命地更新分布在各棟樓層的PC，增加超大的工作量也難以一一滿足所有教師的軟件需求。而且教師上課會使用U盤，大量的病毒傳播也從這里開始，使用桌面云系統可以解決上述問題。②辦公使用電腦，它屬于部分集中但會多VLAN分布的應用場景，教師日常辦公，很多時候使用不同的業務系統，現在的B/S結構的應用系統對瀏覽器有各種各樣的不同要求，讓用戶無所適從，使用過程中會有這樣那樣的問題。操作系統在感染病毒或崩潰時，恢復時間較長，影響辦公效率；在系統癱瘓時用戶數據容易丟失，給用戶帶來無法估量的損失。為了解決這一系列的問題，可以通過桌面云系統的方法，如快照功能，在分鐘級別的時間內快速恢復崩潰的系統。通過統一部署功能，一次性為所有教師安裝軟件，解決軟件應用問題。在桌面云系統中用戶數據存儲在服務器，集中進行安全管控，減少了由于用戶硬盤故障造成的損失，也防止用戶數據被非法訪問或取走涉密信息。

第三，移動辦公應用場景。教師下班備課、異地培訓或假期間，可以通過該系統接入學校內部網絡繼續開展工作。桌面云系統可以滿足用戶移動辦公的需求，用戶無論在任何地點、使用任何終端設備（如家用PC、筆記本、iPad平板電腦、iPhone智能手機、Android系列平板及智能手機等）均可安全高效地接入學校內網，訪問學校內部應用，很好地滿足了移動辦公及在家辦公的應用需求。

所以，中職學校選擇桌面云系統技術優化信息化建設，讓信息技術為教學科研帶來更多的便捷，創造更好的體驗。

4 中職學校實施桌面云系統的方案

4.1 桌面云系統主要構成部分

作為實現桌面云系統的主體，方便未來擴容，中職學校放棄傳統的VDI架構，采用超融合架構，虛擬桌面、虛擬化服務器、虛擬化分布式存儲均融合為一個軟件包內置于底層虛擬化平臺Hypervisor中。能將一臺物理服務器虛擬化成多臺邏輯上獨立的虛擬機，不用綁定操作系統便可搭建虛擬化平臺，采用Hypervisor精簡結構，基于Intel VT /AMD-V以上X86指令集架構的處理器。集群采用分布式架構，多集群模式下，可實現父子集群功能。管理人員可通過總部集群統一管理所有分支集群，每個集群的管理信息為分布式存放，分支集群用戶訪問總部集群可自動重定向到用戶所在集群驗證和訪問。

云桌面系統能在統一的Web頁面中，對用戶、虛擬計算機、模板、腳本、進行全面便捷的管理。可將傳統VDI架構需集中存儲的桌面數據，分散放置在各臺服務器的本地存儲中，不僅提高了數據讀寫速度，提升了用戶體驗，而且進一步分散了數據損壞丟失的風險，從而加強了數據的安全性。中職學校桌面云系統整體架構設計如圖1所示。

4.2 桌面云硬件平臺

服務器采用10臺DELL PowerEdge R720、雙路6核CPU、160GB內存，雙固態硬盤，一做系統緩存，二做模板緩存，配置4路千兆以太網卡。桌面云系統采用分布式存儲結構，分布在10臺服務器中，每臺服務器可支持50個云桌面在線運行。云桌面終端一部分是利舊以節省成本，另一部分采用瘦終端，統一使用1 000M網絡連接。

5 桌面云在智慧校園中的發展與設想

5.1 每位師生職工分配云桌面并與企業云盤無縫融合

為校內所有師生職工按用戶，每個人分配一個云桌面，首先是辦公、備課、上課、做作業等，只要有網絡，用戶可以在任意終端設備上通過自己的賬戶來訪問自己的資源，資源隨人走，解除了人與設備的關系，使所有師生在內網任意地點、任意終端設備均可開展學習與辦公，實現桌面永遠在線，工作與學習都可無間斷進行。其次，以先進的信息技術推動教學研究的改革，如慕課、反轉課堂等新教學手段也可依賴云桌面實現。

企業云盤是私有共享文件的集合，教師職工與學生每人可分配一個獨立的使用空間，持久使用，學生有自己的作業空間，教師職工有自己的工作空間，無論云桌面在哪里或桌面發生故障時，均不會影響云盤內的數據。然后云盤也具有獨立訪問的功能，如通過瀏覽器、手機、iPad等終端進行訪問，并且數據發生變化應該是相互同步，達到互相融合。那么用戶就相當于隨身帶有U盤，只要有網絡，U盤就在身。云桌面與云盤的相互融合，即可單獨使用，也能相互補充，把智慧校園的功能發揮到極致。

5.2 多應用場景混合使用及異地多活數據中心

桌面云系統從使用場地分類主要有集中、部分集中、零散3種，從網絡結構上分為內網、外網。在這兩大類的組合下共有6種應用場景，通過這6種場景混合使用，可實現安全高效、靈活移動辦公，提升用戶工作效率和便捷性，同時也能滿足電腦機房的集中應用，批量更新，減輕管理人員的運維壓力。

此外，在外網是否能建設異地多活數據中心，讓多個校區互聯，同時也能起到容災熱備的作用，大大提高云系統的可靠性。但在這方面帶寬的消耗也必須考慮，壓縮圖像的功能，減少以流媒體的方式傳輸等技術手段必不可少。

5.3 網絡丟失處理辦法及內外網安全隔離

桌面云可以說是極度依賴網絡環境的，在集中式應用的教學場景里，物理設備的損壞，導致丟失網絡連接，所有桌面云都無法訪問，這種問題能否解決呢？筆者設想在這種電腦機房集中應用場景下，瘦終端可采用X86結構，帶有32GB固態硬盤，安裝WindowsXPe/WES7及必要的教學軟件，配合投影機等多媒體設備，以保障正常教學。

在網絡安全應用場景中，特殊部門，如財務、檔案保密等，他們的桌面、數據服務是需要與其他用戶隔離，按用戶需求，特殊部門需要內部組網，與平時的辦公及互聯網業務隔離，但同時他們也需要一個桌面處理辦公及互聯網業務，通過虛擬化云桌面組建內網私有云桌面，通過Vlan等方法實現邏輯隔離，用戶的應用、桌面、數據與終端設備無關，那么可以使用兩個賬號，一個是用于部門內部私有云，一個是內部云桌面使用，而且瘦終端成本低，部署與維護都優于傳統PC。

5.4 未來按用戶來分配云桌面時，服務器如何擴容才能保障用戶體驗

國外桌面云系統如思杰、VMware等方案，由各種復雜的硬件及各種第三方軟件組成，整個安裝實施步驟復雜，某一個環節出現問題就會影響整個項目的進度及穩定性。當需要進行傳統桌面虛擬化系統擴容時，各組件、系統相互牽連，往往需要重新評估和升級，不然無法滿足現有業務需求。作為用戶，希望系統支持無縫線性按需的擴容功能，線性投入和完整的集群管理，在一臺X86工業標準服務器中，安裝桌面云系統，并以此為基礎單元實現線性、海量擴容，擴容時只需增加服務器和軟件許可，無需對原有硬件進行升級或擴容，做到即插即用，從而降低整體成本。

5.5 可否結合實際情況展開校企合作項目

中職學校與企業合作已形成多個訂單班，以桌面云為引子，能否在汽車商務營銷、物流等多個服務類行業的訂單里，與企業深度合作，與企業的一線運營系統對接，利用桌面云快速部署，無縫網絡連接的特點，把計算機機房變為真正的營銷售后服務點、物流訂單客服部等場所，讓學生在學校就能完全與企業一線工作相融合，提高實習效果，增加學生的社會適應力與競爭力。

6 結 語

桌面云技術能讓桌面系統具有部署速度、，高可靠，高安全性，桌面、應用及數據統一管理，且不受時間、地點的限制就能使用桌面資源，所有桌面運行速度穩定和流暢，達到傳統PC的使用體驗。還能同時適用于多種應用場景，滿足教學機房、所有教學教室、日常辦公、移動辦公等，更能使管理員在繁重的維護工作中解放出來。中職學校共啟用500個云桌面，計劃后繼的信息化建設中，以用戶數為設計藍本，每個師生均分配1個云桌面。

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