淺談云桌面技術在高校計算機機房管理中的應用與思考

◇廣東第二師范學院 黃思延

隨著教育信息化進程的不斷推進，高校計算機機房設備不斷增加，軟件不斷升級，機房設備運行、維護和管理問題日益突出。利用不斷成熟并得到普遍應用的云桌面技術，能比較好的解決高校傳統PC機房運行、維護和管理方面出現的諸多問題，并充分滿足教學方面不斷增長的新需求。本文針對高校傳統PC機房在運行、維護和管理中出現的問題和云桌面技術的應用優勢進行分析，并對云桌面技術在計算機機房管理中應用的可行性和出現的問題進行思考。

高校計算機機房是進行各項教學、實驗、考試以及自由上機的重要場所，使用率高，如何提高機房運行、維護和管理的效率是管理人員一直需要解決的問題，日益成熟的云桌面技術在計算機機房的應用是一個比較好的解決方案。

1 高校傳統PC機房存在的主要問題

1.1 硬件更新成本大、系統適應性差

隨著教育信息化的不斷深入，各高校都建設了大量的計算機機房。傳統的PC機房最主要的硬件是臺式電腦，每間機房一般是50～100臺電腦（大規模的機房有100臺以上），每一臺硬件配置較好的臺式電腦一般也要四五千元左右，使用壽命一般為3～5年，因為IT技術的快速發展，計算機操作系統和各類軟件版本不斷更新升級，使電腦的性能和硬件配置不斷提高，如果5年后繼續使用性能會逐漸降低，硬件的配置很難滿足教學所需要的軟件環境要求，從而影響教學的效果。而每次更新都需要大量的資金投入采購臺式電腦，這種反復采購、淘汰，然后再采購、再淘汰的方式會造成一定的資源浪費。

1.2 維護困難且工作量大，效率低

由于學校專業眾多和教材的不同，每個學期機房都需要收集各個教師教學所需求的教學軟件和各種考試所需要的考試軟件，然后都要在每個機房的每臺電腦對這些軟件進行安裝和調試，有時還需要在每一臺電腦上安裝多個操作系統，如果在使用的過程中機房的軟件發生變化，還需要重新進行更新和調試。在日常的維護工作中，由于使用的人員復雜，雖然機房中的電腦都采用了各種硬件保護、軟件保護以及其他系統恢復等維護方案，但是由于每個機房的電腦硬件品牌、型號和配置以及維護方式的不同，管理人員需要經常到機房檢查，處理每一臺電腦運行和操作時隨時出現的各種軟件和硬件以及網絡的故障，部分硬件出現損壞時會由于型號停產不能維修導致可以使用的電腦數量減少，有些電腦出現系統故障還需要重新安裝整個系統（包括操作系統，應用軟件和教學軟件等），這些維護的工作量是比較巨大的，需要花費大量的人力和時間，在管理人員比較少故障較多的情況下，故障的處理往往得不到及時的響應。

1.3 軟件兼容性差、安全性低

傳統的PC機房在日常的使用過程中，一般會在同一操作系統中預裝了大量的教學軟件其中有些是相同類型的不同版本，比如office 2010和office 2016，有些是不同類型的軟件，使用時會出現軟件之間不兼容或者軟件沖突，同時也會造成系統啟動和運行緩慢，甚至系統崩潰等問題。在使用的過程中，由于數據都保存在本地硬盤上，一旦硬盤出現故障，很容易造成數據丟失；另外在機房中經常使用網絡上網，使用U盤或其他外部存儲設備讀取文件和保存數據，很容易會使機房電腦中沒有保護的分區或者使用的U盤或者其他外部存儲設備感染病毒。

2 云桌面及云桌面技術在計算機機房管理的應用優勢

2.1 云桌面及云桌面技術應用結構

（1）云桌面又稱桌面虛擬化，是基于分布式云計算存儲技術，集成互聯網精華應用，依托高度加密算法，為互聯網各個層次用戶提供最便捷、最豐富、最安全、最貼心的服務。虛擬云桌面有VDI（虛擬桌面基礎架構）、RDS（遠程桌面服務）、IDV（智能桌面虛擬化架構）和VOI（虛擬操作系統基礎架構）四種典型架構。VDI架構為集中存儲、集中運算的虛擬桌面架構，該架構是把所有的客戶機數據運算都集中在服務器管理，客戶桌面接收的只是操作系統環境；RDS架構僅限于Windows操作系統桌面的連接，是很流行的云桌面技術；IDV架構為集中存儲、分布運算的架構，該架構下服務器端存放系統鏡像，客戶機通過本地虛擬機運行虛擬桌面，不需要大量的圖像傳輸，支持系統離線運行；VOI架構為集中存儲、分布運算的架構，該模式是在服務器端存儲數據，在客戶機上運行桌面，客戶機只需在啟動時從服務器將操作系統和應用加載到本地緩存即可使本地計算機能正常使用，該模式也支持離線運行，支持集中安全管理，桌面性能完全保持傳統PC的體驗。同時支持本地機器無硬盤啟動。

（2）針對傳統PC機房存在的主要問題，我們可以構建簡單的云桌面系統，采用簡單的云桌面技術解決（參見圖1），主要由網絡設備，云服務器/云主機和機房云終端組成。網絡設備包括匯聚交換機和接入交換機等，主要是對云桌面設備進行網絡管理和連接。云服務器/云主機包括云平臺管理系統和云存儲等，通過網絡設備向機房云終端提供虛擬化的云桌面操作環境或者將操作環境加載到云終端，并對這些環境進行統一管理。機房云終端包括教師機云終端和學生機云終端，功能是云終端設備（云終端設備可以是瘦客戶端、平板、手提電腦等）通過網絡連接云服務器/云主機，然后將云服務器提供的虛擬化操作環境通過講臺多媒體設備或顯示屏等呈現到前端或者將虛擬化環境或操作環境進行加載、運行并且通過講臺多媒體設備或顯示屏等呈現到前端。

圖1 簡單的機房云桌面技術應用結構

2.2 云桌面技術在計算機機房管理中的應用優勢

（1）降低運行成本，系統適應性強。在使用云桌面技術的機房，硬件設備使用可以達到5～8年，若需要更新換代，只需要對云服務器/云主機的硬件配置進行更新或者新增云服務器/云主機，一般不需更換機房云終端設備，因為在使用云桌面技術的機房中，計算能力一般來自云服務器/云主機，只要網絡正常，配置較低的云終端都能連接到云服務器/云主機，硬件資源可以隨時交付和回收，也隨時根據教學的不同需求通過云服務器/云主機靈活調整，以適應不斷更新的軟件和教學的需求，大大降低了因為云終端硬件配置不足造成的硬件替換，提高了云終端設備的使用周期，同時節約了采購云終端設備的成本。

（2）云管理模式，簡化管理。使用云桌面技術的機房采用了云服務器/云主機對云終端桌面的統一部署（包括硬件部署、網絡部署、存儲部署以及各種環境部署等[11]）和統一管理（包括用戶管理、存儲管理以及軟件管理等[7]）的云管理模式，實現了校園網絡的云桌面資源統一調度與管理，各種軟件的安裝、更新以及硬件的維護等日常工作基本上都集中在云服務器/云主機上進行，同時管理人員還可以隨時通過校園網絡連接云服務器/云主機的云平臺管理系統對整個云桌面系統運行情況進行遠程監控（VDI架構和RDS架構），出現問題及時處理，不需要像傳統PC機房中花費大量的時間對機房的每一臺電腦進行軟件安裝、調試和更新（特別是每臺電腦安裝多個操作系統的情況）以及硬件維護等，大幅度簡化了傳統PC機房的復雜管理，減少了大量的日常維護工作和人力成本，有效提升管理效率。

（3）系統穩定，兼容性好，使用安全。由于云服務器/云主機采用虛擬化技術（虛擬化技術是一種資源管理技術，具體包括服務器虛擬技術、存儲虛擬化技術、平臺虛擬化技術，本質是打破計算機實體結構間不可分割的障礙，將服務器、內存、存儲等物理設備進行虛擬化，提高計算能力和數據存儲利用率，從而最大化利用物理硬件，節約資源[7]），可以根據不同需求向機房云終端提供不同的虛擬化環境（包括教學、實驗、考試和上機）并能快速進行部署和切換，避免了傳統PC機房臺式電腦在同一操作系統下安裝大量教學軟件造成的軟件沖突（特別是相同類型不同版本的軟件沖突）和使用問題。通過云服務器/云主機可以對各個終端虛擬云桌面的系統安全補丁進行統一安裝和升級，在云服務器/云主機增加云存儲，設置云終端禁止使用USB等外部存儲設備，教師和學生通過網絡登錄云服務器/云主機中的云存儲進行數據的存取，降低了計算機引入病毒的風險。

3 云桌面技術在計算機機房應用的思考

3.1 云桌面技術在計算機機房應用的可行性

不管是從IT技術發展的趨勢還是從教育信息化發展來看，云計算、虛擬化和虛擬桌面等技術已經成為了現在及未來教育信息化方向。隨著云桌面技術的不斷成熟，機房采用云桌面技術從管理、維護、設備（包括云服務器/云主機和云終端）的更新、云終端設備或者機房數量的增加等各方面考慮，長期回報率高，而且具有易于部署、易于管理和易于使用等優點，相比于傳統PC機房具有很明顯的優勢，目前有很多高校都建設和使用以云桌面技術為架構的機房代替了以臺式電腦為主的傳統PC機房，解決傳統PC機房在管理和維護中存在的各種問題，具有高可行性，對于采用新興技術提高教育服務水平是具有應用研究的現實意義。

3.2 云桌面技術在計算機機房應用出現的問題

（1）前期的投入成本高，一般建設云桌面技術機房比傳統PC機房投入成本要高，云桌面數量至少要達到200臺以上，才有可能比PC機成本低[8]。因此，我們在前期建設之前要進行認真調研，科學立項，根據教學的需求進行分析和規劃，選擇合適的云桌面技術架構，對系統資源進行合理配置，才能保證后期投入應用的順利進行并達到良好的應用效果。

（2）對云服務器/云主機和網絡的依賴性強，要求高，采用VDI架構和RDS架構的云機房由于采用集中管理、集中運行，維護和管理都集中在云服務器/云主機，云終端本地不參與所連接的桌面的運算工作，云終端僅僅只是連接和顯示的作用，而且云桌面的連接和使用完全是靠網絡傳輸來實現的，如果云服務器/云主機或者網絡（包括網絡設備和線路）出現故障或者問題，都會造成所有或者部分的云終端都不能使用的情況。另外，一些教學需要高清視頻播放或者三維設計（RDS架構和IDV架構不支持3D渲染，VDI架構需要使用顯卡虛擬技術支持3D[12]）使用，視頻編輯等大型軟件操作時對云服務器/云主機和網絡的要求非常高，因為如果云服務器/云主機性能不好或者網絡帶寬不夠，云桌面在圖像傳遞、復雜圖形處理或者高清視頻推送等方面會出現圖形軟件運轉或者視頻操作時卡頓等現象[9]。因此，在應用時要考察機房的網絡環境，加強云服務器/云主機的性能（最好能配置備用的云服務器/云主機），并確保網絡的暢通和有足夠的帶寬。

（3）采用IDV架構和VOI架構的機房由于是將虛擬化系統或者操作系統在加載到云終端設備運行，所以不支持監控協助，數據安全性較低，云終端設備需要承擔維護工作。

綜上所述，云桌面技術在機房的應用是具有可行性的，有效解決了傳統PC機房中運行、管理和維護中的問題，隨著云桌面技術的不斷成熟，云桌面技術在高校計算機機房會不斷得到應用和推廣。但是云桌面技術也有不足之處，在應用時也會存在問題，學校應該根據機房的實際情況，合理建設和使用云桌面技術機房，充分發揮云桌面技術的優勢，才能使機房的管理和維護更具智能化。