桌面云技術在高校計算機類實驗室建設中的應用

鄒永康

(重慶文理學院軟件工程學院， 重慶　永川　402160)

?

桌面云技術在高校計算機類實驗室建設中的應用

鄒永康

(重慶文理學院軟件工程學院， 重慶永川402160)

計算機軟硬件技術更新換代速度越來越快.各學校計算機實驗室擁有大量計算機，每年需要不少實驗運行經費進行軟硬件升級換代，因此應構建全新的實驗室建設方案，降低實驗室建設及維護成本，減輕教師工作強度，提高實驗教學效果.通過桌面云技術把各種教學資源放到云平臺上，師生用多種終端設備通過網絡訪問云端資源，可有效改善教學的時空環境，解決了傳統實驗室計算機更新換代快、實驗環境擴展性差、維護管理復雜等問題.

桌面云；虛擬化技術；Thinclient

大學計算機類課程實驗與課堂教學相輔相成，對學生動手能力要求較高，但不同的課程需要配置不同的實驗環境.一般是每個學生單機實驗，教師巡視答疑，分別查看學生的實驗過程.目前，計算機相關課程實驗教學改革的思路包括：根據學生的基礎情況實行分層教學；實驗實訓課程均衡分布，強化學生的綜合能力；增加實驗課程比例，提升工程化實踐能力；學生與教師教學過程雙向互動；改革考核方式；滿足學生實驗方式的個性化要求等[1].

在以往的高校計算機類實驗室建設過程中，幾乎都是采購計算機的模式，越來越多的學校感覺到使用成套計算機在實驗使用過程中會出現大量的問題，如后期維護工作量大、軟件硬件升級成本高、系統及數據維護管理困難、管理不集中等，而桌面虛擬化作為虛擬化技術又一個快速興起的潮流，越來越多的學校開始接受桌面虛擬化技術.該技術通過桌面虛擬化技術在遠程服務器上虛擬出若干臺虛擬機主機(VM ).用戶及管理員可以在該虛擬主機中安裝不同的操作系統、應用軟件、管理程序等.管理員可以根據用戶需求將一臺或多臺虛擬機分配給一個或多個用戶，用戶終端不一定需要部署性能較高的PC，而只需要一臺安全、易管理的云終端機就可以連接到數據中心的虛擬機并使用該虛擬機，通過網絡把服務器端的虛擬主機傳輸到客戶端并展現給最終用戶.

1　傳統計算機類實驗室建設存在的問題

我們對多所本科類、高職高專類院校進行調研，發現很多學校的計算機類實驗室建設過程中存在相似的問題，主要表現在5個方面.

1.1一個實驗室多用途，教學環境配置復雜

由于教學實驗室計算機數量不能滿足與課程一對一的配套，經常是一個實驗室承擔多門課程的實驗任務，而不同的課程又需要不同的系統配置和相關的應用軟件，由于不同系統環境下軟件配置不統一，越來越快速的軟件更新以及師生對于各種應用軟件的操作形式不同，經常造成應用軟件不能正常使用，甚至系統文件破壞，導致死機等[2].比如，實驗室教學對數據庫SQL Sever有在同一操作系統下使用不同版本的要求.一臺計算機上往往需要安裝多個操作系統，每個系統下又要安裝多個應用軟件.軟件安裝過多不僅影響機器的運行速度，還會分散學生在實驗過程中的注意力，同時給實驗室管理帶來相當大的難度.

1.2實驗用計算機投資大，淘汰速度快

為了滿足高校師生教學和科研的需求，計算機實驗室建設規模普遍較大，硬件設備的一次性投入動輒幾十萬甚至上百萬，學校需要使用計算機實驗室的課程較多，使用頻率非常高，PC 機零部件損壞概率增大，同時各種系統及軟件更新換代速度加快對計算機性能要求越來越高等原因，學校每3至5年就需要對計算機進行更新換代，但顯示器等部件通常還能正常使用，如果全部更換又會造成資源的極大浪費，也給學校有限的資金帶來壓力.

1.3病毒肆虐，安全問題突出

實驗室作為教學科研的公共場所，不同學生和老師的存儲設備交叉使用，造成病毒的不斷擴散，不但加重了實驗室管理人員的維護工作量，而且妨礙了計算機的正常運行，影響了正常的教學與科研.現行計算機病毒往往還具有自我傳播與變異的能力，對于這些惡意程序，很多殺毒軟件都不能完全清除，同時還存在文件被誤刪的問題，實驗數據及文件安全無法保證[3].

1.4教學時間、空間環境受限

目前，計算機實驗教學課程多采用集中實驗授課方式，且有嚴格的上課時間，學生在上課時間內不能完成學習任務，由于實驗教學環境的不可轉移性，他們不得不中斷實驗任務，課后的再學習和實驗也只能是紙上談兵，這樣勢必會使實驗效果大打折扣.同時，不同的應用軟件對于操作系統的要求也不相同，特別是很多正版商業軟件需要注冊使用，學生很難或無法在個人使用的計算機上安裝相應的教學軟件，配置與實驗室相同的實驗環境，課后實驗無法實現.

1.5人力資源緊張，運維難度很大

一方面，由于計算機實驗室的使用對象發生改變或是軟件的更新升級，每學期初，管理員都要大面積地重裝系統、安裝調試應用軟件，工作量相當巨大.如果機房的計算機使用年限較長，軟件安裝速度會變得很慢，計算機管理員經常需要提前一周上班才能完成.另一方面，機房的計算機不進行還原保護，則計算機軟件會頻遭破壞，如果全盤保護，限制過多，又不利于學生靈活安裝、更新所需軟件，影響教學過程和教學效果[4].

2　建設方案探析

2.1平臺整體架構

桌面虛擬化應用是一個系統工程，需要對服務器、網絡環境及協議、終端設備及軟件兼容性等方面做系統的測試，整體桌面云方案是由云終端Thinclient、虛擬桌面控制器OVD、虛擬機管理平臺OVP、服務器存儲設備等組成，實現將用戶的桌面應用統一部署到服務器上，用戶的個人數據也集中存儲，然后通過網絡(局域網或廣域網)將個人桌面系統快速交付給用戶，用戶可以通過各種不同類型的終端設備如瘦客戶機、筆記本、手機等隨時隨地接入學習，打造一種新型的全開放學習新模式.

圖1　桌面虛擬化云平臺整體架構

2.2虛擬機管理平臺OVP

以Thinputer OVP虛擬機管理平臺為例，OVP平臺實現用戶服務器的集中管理和提供虛擬機的高可用性.虛擬化是一個抽象層，它將物理硬件與操作系統分開，從而提供更高的資源利用率和靈活性.虛擬化可實現裝有不同操作系統(如Windows Server2003 Server 和Linux)和應用程序的多臺虛擬機相互獨立地并行運行在同一臺物理機上.

圖2　OVP 虛擬化平臺系統架構

虛擬機是通過軟件來虛擬實現物理機的過程，它擁有與實體機一樣的虛擬硬件(例如：內存、CPU、網卡和硬盤等)，操作系統和應用軟件就加載到這些硬件上.不管服務器和終端采用什么物理硬件，操作系統都將它們視為一組兼容、標準化的硬件.OVP 平臺采用了開放性的系統架構及模塊化的設計，特別針對虛擬化需求對內存管理進行優化，融合了硬件輔助虛擬化、集群、存儲以及Web 技術，構建一個安全、高效、易于管理和擴展的虛擬化管理系統.

2.3虛擬桌面控制器OVD

與OVP協同工作，內置服務提供集中式的桌面用戶認證，無論操作系統是Windows還是Linux，可以將桌面作為一種按需服務隨時隨地交付給任何用戶，自動化的桌面管理，控制OVP進行創建、更新、還原虛擬桌面等操作.在不依賴于虛擬機的網絡情況下將虛擬桌面安全、快速、可靠地交付到云終端，不管他們是固定計算機還是移動終端.

2.4云終端Thinclient

無論是體積小巧、功率低的瘦客戶機，還是PC機、筆記本、智能終端，都能作為云終端Thinclient的軟件載體，隨時隨地連接到虛擬桌面進行辦公應用，只要輸入個人賬號就可以訪問個人的虛擬桌面，實現桌面跟我走、應用跟我走、數據跟我走，未來做到每個學生和老師都有一個屬于自己的云桌面.

3　應用優勢分析

3.1運維成本大幅降低

桌面云模式可以縮短80﹪的桌面上線周期，實現桌面環境快速就緒，還可以將故障排查速度至少加快8倍，讓單個管理員可以輕松管理1 000臺以上的終端，極大地減少整體運維成本.

3.2節能減排，綠色學習

傳統的PC包含了顯示器每小時耗電量為250 W，而瘦客戶機+顯示器每小時僅為60 W，在部署規模為1 000臺時，每單位時間可節省64﹪的電力消耗.按一天10 h、每年有240個工作日、每0.66元一度電折算成電力費用，每年至少可節省25萬元.另外，瘦客戶機的小巧、無污染、無噪音可為我們打造一個綠色的學習環境.

3.3實現與PC一致的使用習慣

用戶在啟動或者重啟虛擬桌面時，可以看到整個操作系統的開機畫面，可以進入安全模式或者BIOS來進行操作，與使用PC的開機體驗完全一致.云桌面可以選擇開啟開機自動連接，不需要重復輸入賬號密碼，直接打開云終端，即可自動進入云桌面，且可實現在計算機實驗所需的多操作系統任意切換，同時傳統PC將學習地點固定化，而當前學習環境下需要隨時隨地進行學習.桌面云能較好地適應這種模式，通過多元化的終端設備，在任何地點都可以安全、高效地接入到學習桌面.

3.4實現統一的云終端管理

采用“云終端+云桌面”的部署模式，除了對虛擬桌面的統一部署和管理外，它為管理人員提供易用的組織管理、控制和云終端設備的OS鏡像、軟件分發、補丁更新及運行狀態監控，無論是瘦客戶機，還是傳統PC機的管理方式都一樣.

4　結語

實驗教學在高校中的地位非常重要，在培養學生實踐能力、操作能力、工程應用及創新能力等方面發揮著巨大的作用.但對計算機的維護更新、費時費力的各種軟件應用環境配置，時空限制和防不勝防的病毒讓人頭疼不已.基于桌面云技術的實驗教學環境架構解決了當前計算機實驗教學環境面臨的諸多問題.通過云技術和虛擬桌面技術結合對常用操作系統、應用軟件和教學資源進行集約化管理，構建和諧、開放、多維互動的實驗環境，師生可利用各種低配的終端設備開展個性化的教學實驗和學習活動，真正實現教學模式的創新.

[1]於曉明, 沈安東. 計算機實驗教學改革的探索與實踐[J]. 實驗室研究與探索, 2010, 29(4): 83-85.

[2]吳建善. 基于云平臺的機房教學環境建設[J]. 價值工程, 2013(25): 188-189.

[3]林飛躍, 林先津. 云桌面在教學管理中的應用[J]. 實驗室研究與探索, 2013, 32(10): 337-339.

[4]陳志宏.基于云計算的虛擬桌面平臺的設計與實現[D].上海:復旦大學,2012.

[5]王玉芬, 郭曉娟. 云計算對高校教學資源影響解析[J]. 實驗技術與管理, 2010, 27(5): 111-113.

(責任編輯穆剛)

Exploring on the application of cloud desktop technology in the constructing computer lab in university

ZOU Yongkang

(School of Software Engineering, Chongqing University of Arts and Sciences,Yongchuan Chongqing 402160,China )

The upgrading speed of technologies on computer software and hardware is quicker and quicker, and the computer labs in all universities have a large number of computers, which need more cost to upgrade every year. A new plan to construct lab can reduce the cost of building and maintenance, alleviate the work strength, and improve the effect of experiment teaching. By means of cloud desktop technology to put the various resources on cloud platform so the teachers and students can use various ending-devices to access the cloud resource on network, which can improve the time and space environment efficiently, resolve some problems include the fast upgrade speed on computer in traditional lab, poor expansibility on lab environment, complexity of maintenance management.

desktop cloud; virtualization technology; Thinclient

2015-04-08

重慶市教委科學技術研究項目(KJ1401117)；重慶文理學院科研資助項目(Y2014RJ34).

鄒永康(1967—)，男，重慶永川人，副教授，主要從事計算機應用方面的研究.

TP308

A

1673-8004(2016)05-0119-04