基于虛擬化桌面的高校計算機實驗室管理模式研究

王蘭

摘 要：目前，高校計算機實驗室中設備數量大，教學、科研用軟件實驗環境各異，各個實驗環境的安裝與運行維護都需要耗費極大的人力物力。為提升管理效率，降低實驗室運行維護成本，該文就如何將云計算應用到實驗室的日常管理和維護中進行了研究，通過本校虛擬桌面建設項目的實施，闡明了云計算在計算機實驗室管理中應該具備的功能，并與傳統計算機實驗室管理模式進行了對比，為高校計算機實驗室管理模式轉變提供了理論到實踐的有益嘗試。

關鍵詞：云計算 虛擬化 計算機實驗室 實驗室建設管理

中圖分類號：TP308 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）03（b）-0201-04

The Research of Universitys Computer Laboratory Management Mode Based on Virtual Desktop

Wang Lan

（Chengdu University School of literature and Journalism，Chengdu Sichuan，610106，China）

Abstract：A large number of equipment exist in current Universities computer labs， the experimental environment for teaching and scientific research on these equipment are varied. This situation makes the installation and maintenance of these environment consume a great deal of manpower and material resources. In order to improve the efficiency of management， reduce the operation and maintenance costs of the laboratory， this paper studies how to apply cloud computing to the daily labs management and maintenance. On the basis of a virtual desktop project implemented in authors University， this paper clarified the functions which should be realized during apply cloud computing in computer lab management， and compared the new management mode with the traditional computer lab management mode. The practice and research in this paper provides a theory-practice beneficial attempt for the University computer laboratory management mode transformation.

Key Words： Cloud computing； Visualization； Computer laboratory； Laboratory construction management

隨著“互聯網+”的推進，社會各個行業對高校畢業生計算機應用能力的要求與日俱增。而學生計算機應用能力的提升，不僅僅是理論的學習，還需要大量的上機實踐練習。這對計算機實驗室的建設、維護和管理提出了嚴峻考驗。以往傳統的實驗室建設與管理方式日益無法滿足新形勢下教學、科研的需要，其不足之處如下：

（1）實驗室建設成本高。

隨著計算機技術的發展，專業課程所需的軟件更新頻繁，對計算機性能提出了更高的要求，大約每隔5年，計算機硬件性能就無法跟上操作系統和新應用軟件的要求[1]。設備的周期性購置，必然造成建設成本的提升。

（2） 實驗室管理分散，設備總量大，運維成本高。

通常一個實驗室一般有60臺左右的計算機，大的實驗室會有近200臺計算機，每臺機器都需要管理人員進行軟硬件的維護。特別是在每學期開學之初，實驗管理人員需要將實驗環境在每臺計算機上進行部署，耗時而費力。另一方面，由于設備數量大、使用頻率高、安裝軟件種類多、機器配置不統一、學生使用習慣不良等因素，每臺計算機也需要管理人員經常性的進行檢查和維護，造成運維成本的提升[2]。

（3） 實驗室利用率低，資源共享度低。

由于硬件設備資源的限制，不同專業的實驗室往往只安裝了與其專業相關的軟件，造成一個實驗室只能完成有限課程的實驗內容。另一方面，由于國有資產管理制度的限制，實驗室的資源只能在實驗室里才能使用，使得這些資源受到時間、場地限制，共享度較低[3]。

為解決這些不足之處，基于云計算的桌面虛擬化技術近年來逐步應用到高校計算機實驗室管理中，并得到了良好的效果[4]。

1 云計算與虛擬化桌面

1.1 云計算

云計算是一種按使用量付費的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網絡訪問， 進入可配置的計算資源共享池（資源包括網絡，服務器，存儲，應用軟件，服務），這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務供應商進行很少的交互[5]。利用云計算技術，可以使教學資源的集中化、系統搭建的簡單化變得易于實現[6]。

1.2 虛擬化桌面

桌面虛擬化是一種典型的云計算應用，它能夠在“云”中為用戶提供遠程的計算機桌面服務。通過在遠程服務器上運行用戶需要的操作系統和應用軟件，利用專門的桌面交付協議將操作系統桌面視圖按圖像方式傳送給用戶終端設備上，從而達到邏輯視圖與物理計算機隔離。通過桌面虛擬化技術，用戶在個人終端上只需發出指令，通過網絡傳輸，所有的計算和存儲都由遠程服務器完成。而服務器上的計算、存儲資源可以為多個用戶共享，并根據用戶需求進行資源的分配、交付。這樣的方式，可以極大提升資源利用率，降低實驗室整體建設、運維成本[7]。

1.3 虛擬化桌面的技術架構

目前市場上虛擬化桌面的主要技術架構可以分為：虛擬桌面基礎架構VDI（Virtual Desktop Infrastructure）和虛擬操作系統基礎架構VOI（Virtual OS Infrastructure）[8]。

1.3.1 VDI架構

VDI不會給每個用戶配置一臺運行了操作系統的桌面PC，而是通過中心機房的服務器上運行操作系統，將用戶的桌面進行虛擬化。用戶通過客戶端設備的客戶計算協議與服務器上的虛擬桌面進行連接，從而達到如同訪問本地桌面一樣的效果。

VDI可以讓用戶在任何地方連接到他們在服務器上的虛擬桌面，而管理人員也更易于管理位于中心機房服務器上的虛擬桌面。目前，國外知名的虛擬化廠商VMware、思杰、微軟都極力推薦此架構。

1.3.2 VOI架構

VOI不僅可實現基于服務端的遠程虛擬OS、APPS、UserProfiles的按需交付，也可實現基于客戶端的本地緩存OS、APP及UserProfiles，這樣不僅僅可利用終端本地資源處理計算及圖形密集型應用，比如：如音視頻、大型設計及工業軟件等，也可支持各種計算機外設以適應復雜的應用環境及未來的應用擴展。同時，對網絡和服務器的依賴性將大大降低，即使網絡中斷或服務器宕機終端也可繼續使用，數據可實現云端集中存儲，也可實現終端本地加密存儲，且終端應用數據不會因網絡或服務端故障而丟失。目前，由IBM推出的VOI正成為VDI的有力挑戰者。

1.3.3 VDI與VOI的選擇

VDI與VOI都有著自身的優勢和特點，如表1所示。在桌面虛擬化建設中，選擇何種技術，需要根據用戶自身的業務要求和兩種技術的特點進行判斷[9]。

高校計算機實驗室主要進行計算機教學實驗，業務流程相對較為簡單。同時，由于經費預算受限，在實際建設中，選擇VDI技術成為高校計算機實驗室建設的一般選擇[10]。

2 桌面虛擬化在實驗室建設和管理的應用

學院現計算機專業實驗室現有計算機350臺，分布在6間實驗室。這些計算機大部分都已經超過使用年限，每年運行維修經費在15萬左右。由于性能成舊，很多計算機專業實驗所需的大型軟件運行速度難以達到師生的要求，而如果要更換這些設備已到達教學的要求，需要投入經費約140萬。為此，筆者所在學校選用了桌面虛擬化的方式進行實驗室改造。總投入90萬左右，主要購置云服務器15臺，各類交換機10臺，虛擬化桌面軟件350套等。通過項目的實施和運行，在不升級原有計算機硬件的基礎上，通過虛擬化桌面的方式，完全解決了專業實驗所需各種軟件的流暢運行，通過一年的運行，得到了師生的一致好評。

2.1 實驗室桌面虛擬化系統結構

整個系統將云服務器通過虛擬化技術，生成指定的虛擬桌面，然后利用遠程桌面顯示協議，通過網絡將服務器端的桌面發送給機房的終端設備。實驗室管理人員通過任意瀏覽器訪問管理平臺，對服務器集群和所有桌面進行管理維護。整體結構如圖1所示。

2.2 實驗室桌面虛擬化功能實現

高校計算機實驗室的主要目標是服務教學和科研，桌面虛擬化的建設是為了給教學科研提供更便捷的管理。為此，我們提出如圖2所示的功能。

2.2.1 云端管理功能：解決傳統機房管理人員運維工作量大的問題

管理員通過基于WEB的圖形化集中管理平臺，可以在任意聯網的終端設備上訪問管理平臺，實現對物理服務器的管理；虛擬機的創建、刪除和修改；虛擬機系統和軟件的安裝；用戶行為的統一管理等。在辦公室內便可以部署或管理所有機房，實現遠程集中管理，降低管理維護難度。

2.2.2 設備管理功能：解決社會化考試時對設備的特殊要求

一些社會化考試時會遇到諸如禁止USB使用等要求，為此，需提供對設備管理的功能，可對桌面進行USB的使用權限設置；同時可以對終端設備進行管理，實現了對終端設備的計算機名修改、IP地址修改、遠程開關機等。

2.2.3 桌面使用調度功能：解決教學、考試等多場景的自動切換

在實際教學中，不同的專業需要的實驗教學場景不同，為此，需要提供各種場景的切換功能，保證管理員可以根據不同的教學需求，方便快捷的進行用于支持不同專業的教學場景，例如可以支持不同的操作系統場景、不同的應用軟件場景。同時，為今后實驗室的自動化管理，提供根據課表自動切換桌面的功能，以保證學生上課時能自動進入到與課程配套的實驗環境中。

2.2.4 安全保障功能：解決系統還原和資源分配

為教學運行中，隨著學生安裝各種軟件，桌面的操作系統會出現各種各樣的問題，對管理人員而言，解決這些不帶普遍性的隨機問題是沒有多大意義的。為此，需要在管理中提供快速的系統還原功能，方便管理人員在系統遇到問題時，直接恢復到系統最初安裝時的狀態，保證教學的正常運行。同時，虛擬化桌面應提供“快照”和系統備份功能，保證單臺服務器出故障后能快速遷移到指定的正常服務器上運行。

傳統的計算機實驗室由于受硬件條件的限制，對一些性能要求較高的軟件無法正常運行，限制了實驗室所能承接的實驗類型。而虛擬云桌面可以通過資源的彈性分配，將用戶桌面所對應的內存、CPU等在服務器性能滿足的條件下進行升級，從而無需更換終端硬件而達到升級軟件的功能。同時，虛擬化桌面還應提供“動態遷移”功能，以保證管理員可以手動或自動將虛擬機遷移到其他服務器，“負載均衡”功能，以自動平衡各服務器的利用率，在保證業務流暢的同時，資源彈性使用，最大化的利用服務器硬件資源。

2.3 實驗室桌面虛擬化管理與傳統方式優劣對比

通過桌面虛擬化項目的具體實施與應用，該文總結出桌面虛擬化管理模式與傳統管理模式的優劣之處，具體情況如表 2所示。

3 結語

通過桌面虛擬化項目中四個功能模塊的實現，有效的解決了以往實驗室管理難以解決的一系列問題，有效的降低了管理人員工作量，提升了管理效率，降低了計算機機房建設和運維成本，為后期計算機實驗室的現代化管理奠定了堅實基礎。

參考文獻

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[2] 何均健，黃志宏.淺談高校桌面虛擬化的實施[J].網絡安全技術與應用，2014（7）：193-194.

[3] 曾陽艷.基于虛擬云技術的實驗室建設和管理[J].電腦知識與技術：學術交流，2015，11（18）：47-49.

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[5] 雷葆華.云計算解碼[M].2版.電子工業出版社，2012.

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[8] 王峰，江峰，李朝陽. 虛擬桌面及關鍵技術分析[J]. 電信技術， 2011，1（1）：26-28.

[9] 兩種主流桌面虛擬化的對決[EB/OL]http：//www.vesystem.com/Article/ShowInfo.asp InfoID=224.

[10] 蘇文莉，葉晟，錢蔚.地方應用型本科院校云計算實驗室建設的研究[J].科技視界，2016（15）：143.