基于云桌面技術(shù)的計算機實驗室管理應(yīng)用研究

◆李延香 袁輝 劉敏娜

（1.咸陽師范學(xué)院計算機學(xué)院 陜西 712000；2.陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院 陜西 712000）

計算機機房承擔著全校公共基礎(chǔ)課程實驗、專業(yè)實驗教學(xué)、課程設(shè)計及畢業(yè)設(shè)計等教學(xué)任務(wù)，也是各類計算機等級考試、計算機水平考試和學(xué)生上機考試的主要基地[1]。但是隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，實驗教學(xué)所需的軟硬件的種類、數(shù)量和性能要求也在不斷增加[2-3]，各類上機考試也需要計算機實驗室具有共享性和開放性[4]。

然而計算機實驗室由于分布較分散、計算機硬件性能參差不齊、更迭速度慢、集中管理維護困難、資源共享利用率低、誤操作、移動存儲設(shè)備的頻繁使用導(dǎo)致計算機容易出現(xiàn)死機、藍屏、病毒入侵、速度變慢、網(wǎng)絡(luò)癱瘓和系統(tǒng)崩潰[5]等諸多問題，已經(jīng)不能完全滿足計算機實驗教學(xué)的要求。如何快速高效的處理計算機常見故障恢復(fù)系統(tǒng)、提升計算機實驗室集中管理的效率、降低硬件建設(shè)成本，已經(jīng)成為我們迫切需要解決的問題，計算機云桌面技術(shù)應(yīng)運而生。

1 傳統(tǒng)計算機實驗室管理現(xiàn)狀分析

目前，大多數(shù)高校計算機實驗室仍采用傳統(tǒng)的部署方式，機房教學(xué)軟件種類多、教學(xué)軟件和環(huán)境更新升級頻繁[6]，病毒感染與軟硬件故障時有發(fā)生，機房管理人員需要重新部署操作系統(tǒng)、搭建教學(xué)環(huán)境、更新升級軟件、維護硬件、保障網(wǎng)絡(luò)通暢、排除故障[7]等工作，任務(wù)繁重且效率不高，致使機房的管理和維護壓力與日俱增，影響了師生日常實驗教學(xué)和科研工作的進行。傳統(tǒng)的計算機實驗室建設(shè)和管理已難以滿足教學(xué)科研的需要，并存在以下問題。

1.1 計算機實驗室分布分散，難以集中管理

為滿足教學(xué)需求，高校計算機實驗室分別建設(shè)在不同的樓層或教學(xué)樓之間，各教學(xué)終端物理位置較分散、不同實驗室中的計算機配置等級不一，需要根據(jù)各個實驗室的計算機性能參數(shù)和教學(xué)內(nèi)容進行單獨管理和維護，難以實現(xiàn)統(tǒng)一集中管理。

1.2 計算機實驗設(shè)備配置參差不齊、軟件安裝、更新維護困難

為了適應(yīng)課程的需求，每學(xué)期都要安裝或者更新軟件版本。傳統(tǒng)模式下，采用奧易硬盤保護卡的網(wǎng)絡(luò)同傳功能來實現(xiàn)操作系統(tǒng)的升級、應(yīng)用軟件的新增變更等操作。然而這種方式只適用于主板型號、網(wǎng)卡設(shè)置相同并且在同一個局域網(wǎng)內(nèi)的計算機。然而，高校規(guī)模的擴張，機房數(shù)量增加，新舊機房計算機配置很難統(tǒng)一，分批采購的計算機硬件配置差異較大且處于獨立的局域網(wǎng)。當需要新增軟件、安裝升級、網(wǎng)絡(luò)對拷、感染病毒、藍屏死機、計算機系統(tǒng)升級、系統(tǒng)維護時，實驗室管理員只能以每個實驗室為單位逐個機房進行更新、安裝和數(shù)據(jù)同傳，對拷中網(wǎng)絡(luò)掉線、中斷等現(xiàn)象時有發(fā)生，致使軟件安裝時工作量巨大、重復(fù)性工作多[8-9]，勞動強度大、耗時，維護更新難度加大。

1.3 數(shù)據(jù)共享性差

傳統(tǒng)計算機實驗室大多是一個獨立的局域網(wǎng)環(huán)境，PC 機一般會安裝不同的專業(yè)教學(xué)軟件，以適應(yīng)計算機專業(yè)課程的需求，實驗室按照實驗課表的安排，在特定的時間和特定的場所向師生提供相應(yīng)的教學(xué)服務(wù)，不能實現(xiàn)基于遠程的網(wǎng)絡(luò)實驗和資源共享，各實驗室資源利用率較低，造成實驗室閑置、資源浪費。

1.4 系統(tǒng)安全性差

傳統(tǒng)實驗室都是利用硬盤保護卡或者還原卡對局域網(wǎng)內(nèi)的PC機硬盤分區(qū)進行全盤保護，然而不少來自U 盤等移動存儲設(shè)備的頻繁使用和局域網(wǎng)ARP 病毒，硬盤保護卡也無法有效地防護，操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件本身存在的系統(tǒng)漏洞，計算機在使用過程中易出現(xiàn)藍屏現(xiàn)象，導(dǎo)致軟件無法使用、系統(tǒng)頻繁死機、磁盤盤符被改變、數(shù)據(jù)丟失、磁盤訪問時間增長、占用系統(tǒng)資源。局域網(wǎng)保護模式下，殺毒軟件病毒庫和系統(tǒng)漏洞無法自動更新，不能及時有效地防止病毒入侵和操作系統(tǒng)的升級，影響了正常實驗教學(xué)的實施。

2 云桌面技術(shù)分析

2.1 云技術(shù)

云技術(shù)（Cloud technology）也稱云計算（Cloud Computing），是基于互聯(lián)網(wǎng)的一種計算方式。云就是網(wǎng)絡(luò)[10]。百度百科介紹：云技術(shù)是在廣域網(wǎng)或局域網(wǎng)內(nèi)將硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)等系列資源統(tǒng)一起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的計算、儲存、處理和共享的一種托管技術(shù)。以網(wǎng)絡(luò)為載體，將傳統(tǒng)計算機客戶端組合成強大的計算機系統(tǒng)，構(gòu)建統(tǒng)一的“云”處理與計算能力，減少終端用戶信息處理的負擔。借助各種商業(yè)發(fā)展模式，云技術(shù)已隨處可見，可移植到手機、掌上電腦、GPS、云桌面等應(yīng)用服務(wù)。

云技術(shù)使用虛擬化技術(shù)，將服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備整合起來，形成虛擬資源池[11]，統(tǒng)一管理、分配計算資源池中的資源為用戶提供服務(wù)。

2.2 云桌面

云桌面是云計算技術(shù)虛擬衍生技術(shù)[12]的一種典型應(yīng)用。云計算平臺安裝云桌面系統(tǒng)，各種應(yīng)用集中在云平臺，依靠服務(wù)器集群集中服務(wù)，任何與網(wǎng)絡(luò)相連的終端設(shè)備都可遠程調(diào)用訪問跨平臺的應(yīng)用程序及客戶桌面。云桌面技術(shù)就是將計算機系統(tǒng)中的桌面內(nèi)容存儲在云端，以虛擬化的形式，可實現(xiàn)終端與云平臺的遠程資源共享和集中管理。這一技術(shù)革新打破了傳統(tǒng)計算機設(shè)備系統(tǒng)空間的束縛、提升了傳統(tǒng)計算機系統(tǒng)中桌面空間的合理利用度，強化了信息數(shù)據(jù)的安全。

3 云桌面技術(shù)在機房管理中的應(yīng)用

3.1 云桌面計算機實驗室的優(yōu)勢

計算機實驗室采用云桌面技術(shù)，可實現(xiàn)實驗室的集中管理、桌面快速部署、統(tǒng)一配置、數(shù)據(jù)資源的遠程共享和個性化存儲及擴展，提高了數(shù)據(jù)的安全性及桌面接入的便捷性，降低硬件購置成本、綠色節(jié)能[13]，故障率、運維成本和勞動強度降低，實驗室使用率得到提升，彌補了傳統(tǒng)管理模式的缺陷與漏洞，確保實驗教學(xué)環(huán)境的穩(wěn)定。表1為云桌面計算機實驗室與傳統(tǒng)計算機實驗室各技術(shù)優(yōu)勢比較。

3.2 云桌面計算機實驗室的應(yīng)用

咸陽師范學(xué)院計算機學(xué)院實驗中心實驗室分布在1號和3號教學(xué)樓的不同區(qū)域，考慮實驗室現(xiàn)狀，目前只在軟件實驗室安裝云計算管理平臺，采用雷風電子iStreamDesktop 云桌面系統(tǒng)，配備PowerEdge R730 機架式服務(wù)器2 臺（英特爾至強2*E5-2640CPU，64G 內(nèi)存，企業(yè)級固態(tài)硬盤120GB+SATA 12T 硬盤）；雷風電子iStreamBox S60云終端虛擬桌面瘦客戶機66 臺（Ⅰntel J1900 主頻2.GHz，4GDDR3內(nèi)存，128G SSD 硬盤，支持Windows7 以上操作系統(tǒng)）；H3C S1248 48 個10/100M/1000M 自適應(yīng)RJ45 端口、支持MDⅠ/MDⅠX 自適應(yīng)功能防雷千兆交換機2 臺；iStreamDesktop 云桌面軟件系統(tǒng)66 套等設(shè)備。

iStreamDesktop 如圖1，桌面云系統(tǒng)利用本地虛擬化技術(shù)和專有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將操作系統(tǒng)、Tomcat7.0、J2EE、MyEclipse、VMware、Visual studio2012 等各種應(yīng)用軟件集中部署在集群服務(wù)器中，將所有軟件上傳至云存儲服務(wù)器，以此作為云端教育資源，供教學(xué)環(huán)節(jié)調(diào)取，客戶端軟件運行在云終端設(shè)備上，無需安裝任何其他管理工具，就可以高效、安全、便捷地訪問各種應(yīng)用軟件，從而構(gòu)建出具備集中管控、安全可靠的信息化平臺。

表1 云桌面計算機實驗室與傳統(tǒng)計算機實驗室各技術(shù)優(yōu)勢分析

圖1 iStreamDesktop 云桌面系統(tǒng)

云桌面虛擬技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)資源管理動態(tài)化，根據(jù)實際課程需求添加流桌面鏡像，并采取升級、刪除等方法，使不同階段的實驗課程需求得到滿足。教師可快捷發(fā)布各類教學(xué)資源，方便課程存儲、共享和檢測；學(xué)生通過云客戶端遠程訪問連接云桌面，進行操作系統(tǒng)的終端應(yīng)用，如進行網(wǎng)絡(luò)安全病毒植入實驗、匯編語言實驗、高級程序設(shè)計實驗、數(shù)據(jù)庫實驗、組裝與維護實驗、編程應(yīng)用測試、課件下載、上傳提交作業(yè)考試等。可實現(xiàn)跨平臺跨區(qū)域訪問云終端系統(tǒng)，如手機、iPad 以及Android、ⅠOS 操作系統(tǒng)的便攜式電腦作為虛擬終端，學(xué)生通過B/S 模式輸入自己的賬號即可登錄到云桌面系統(tǒng)進行作業(yè)。實驗教學(xué)過程中，如需要安裝升級應(yīng)用軟件，只需在云端服務(wù)器進行軟件的安裝、備份與更新部署即可，云桌面開機后可自動生成最新的桌面操作系統(tǒng)。支持各種移動存儲設(shè)備、并口、串口、調(diào)制解調(diào)器、打印機，掃描儀、聲卡、智能卡、藍牙，紅外接、無線網(wǎng)卡等設(shè)備的接入，可實現(xiàn)云終端操作系統(tǒng)的自動還原、更新和防止ARP 攻擊，能夠記錄終端計算機上網(wǎng)的URL 痕跡，圖形化狀態(tài)監(jiān)控界面，實驗員能實時查看當前服務(wù)器系統(tǒng)狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、內(nèi)存和磁盤狀態(tài)，系統(tǒng)運行狀態(tài)，根據(jù)云桌面中出現(xiàn)的問題，進行重啟、重置、延長使用時間等動態(tài)調(diào)整，快速恢復(fù)云桌面系統(tǒng)，降低運維復(fù)雜度、提高運維效率。

4 結(jié)語

云桌面實驗教學(xué)平臺的建成，使我院軟件機房的管理和實驗教學(xué)管理提升到了“云時代”，摒棄了傳統(tǒng)計算機應(yīng)用模式效率低下，速度緩慢，難于維護系統(tǒng)和更新軟件等弊端，實現(xiàn)了集中管理、集中存儲、分布式計算的模式，安全高效，實驗室的建設(shè)成本降低，優(yōu)化了實驗室管理效果，提升了實驗室資源的利用率和實驗室整體管理水平，有效保證了實驗課程的順利進行。借助云平臺，希望融入計算大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等其他相關(guān)專業(yè)實驗、教學(xué)和科研內(nèi)容，發(fā)揮“云”優(yōu)勢。