云桌面技術(shù)在高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中的應(yīng)用研究

金陵科技學(xué)院 王 貴

云桌面技術(shù)作為一種以云計(jì)算技術(shù)為依據(jù)提出的全新虛擬化技術(shù)手段，不僅能全面管理高校實(shí)驗(yàn)室儲(chǔ)備資源，而且可以方便后期維護(hù)和部署。因此，本文在了解云桌面技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)當(dāng)前高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)要求，分析如何從系統(tǒng)構(gòu)成和功能模塊科學(xué)利用云桌面技術(shù)。

1 云桌面技術(shù)分析

通過利用云桌面技術(shù)在服務(wù)器虛擬端模擬構(gòu)建大量獨(dú)立存在的桌面，促使用戶在連接網(wǎng)絡(luò)后，正常訪問屬于自己的個(gè)性化桌面，而終端設(shè)備只是用來(lái)展現(xiàn)個(gè)人桌面，所有與數(shù)據(jù)有關(guān)的操作都必須要在后臺(tái)進(jìn)行。這一技術(shù)形式與傳統(tǒng)意義上的PC有相同的操作體驗(yàn)。觀察分析云桌面技術(shù)原理可知，一方面用戶可以利用云終端鏈接系統(tǒng)的管理系統(tǒng)，而系統(tǒng)會(huì)對(duì)其進(jìn)行身份認(rèn)證，只要成功就能進(jìn)入到相應(yīng)的虛擬桌面中；另一方面用戶操作數(shù)據(jù)的所有行為都要在后臺(tái)進(jìn)行，且數(shù)據(jù)中心會(huì)根據(jù)屏幕變化量對(duì)外發(fā)布指令，而后將具體圖像傳遞到云終端的桌面上。

2 如何在高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中應(yīng)用云桌面技術(shù)

2.1 構(gòu)建系統(tǒng)平臺(tái)

第一，方案架構(gòu)。本文基于高校實(shí)驗(yàn)室分析建設(shè)的云桌面教學(xué)系統(tǒng)，其主要分為三部分：首先是云終端，其次為傳輸管道，最后是云數(shù)據(jù)中心。因?yàn)楸敬蜗到y(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)服務(wù)器和桌面實(shí)施了虛擬化處理，所以系統(tǒng)在運(yùn)行中具有極高性能和安全性。

第二，硬件。這一方案主要分為四層：首先是終端層，其次為負(fù)載均衡接入控制層，再下一層是桌面會(huì)話管理層，最后是云資源管理與調(diào)度層。四者結(jié)合到一起為高校實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建了一條較為完善的云桌面機(jī)房教學(xué)平臺(tái)。

第三，軟件。如圖1所示，其為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件組成部分，其中虛擬化的基礎(chǔ)平臺(tái)屬于服務(wù)器運(yùn)行和數(shù)據(jù)儲(chǔ)備管理的重要內(nèi)容。通過在網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)建具有同一性的虛擬化層，有助于在整合資源的基礎(chǔ)上實(shí)施共享，并按照用戶需求進(jìn)行科學(xué)分配。這樣不僅能提升硬件資源的應(yīng)用效率，而且可以方便管理系統(tǒng)中的物理資源。結(jié)合實(shí)踐案例分析可知，虛擬化的基礎(chǔ)平臺(tái)主要用來(lái)儲(chǔ)存、計(jì)算以及網(wǎng)絡(luò)調(diào)度等工作，在整體平臺(tái)運(yùn)行期間能充分保障內(nèi)部的科學(xué)性和安全性。除此之外，軟件架構(gòu)中還包含云管理軟件和云桌面管理軟件這兩方面內(nèi)容。

圖1 軟件架構(gòu)圖

網(wǎng)絡(luò)。這一內(nèi)容主要分為三層：首先是云終端，其次為客戶數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，最后是桌面云網(wǎng)絡(luò)。而結(jié)合實(shí)踐案例分析可知，從云桌面的通訊網(wǎng)絡(luò)角度入手，又可以將其劃分為業(yè)務(wù)、管理以及儲(chǔ)存著三類網(wǎng)絡(luò)，雖然彼此之間存在限制，但依舊可以在平臺(tái)運(yùn)行期間保障其安全性和穩(wěn)定性。以儲(chǔ)存網(wǎng)絡(luò)為例，要想保障鏈條冗余的可行性，必須要從多條渠道來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且通過服務(wù)器來(lái)連接儲(chǔ)存網(wǎng)絡(luò)與設(shè)施，促使兩者進(jìn)行正常的信息傳遞。同時(shí)，在虛擬化平臺(tái)中，讓儲(chǔ)存設(shè)施轉(zhuǎn)變?yōu)閮?chǔ)存資源，可以讓虛擬機(jī)正常運(yùn)行。

資源。以往的桌面服務(wù)資源分配形式大都是兩種，一種是指單機(jī)多用戶，另一種是指多機(jī)多用戶。前者屬于所有用戶公用一臺(tái)性能強(qiáng)的服務(wù)器，而后者要想滿足多位參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生需求，必須要安排多個(gè)服務(wù)器作為基礎(chǔ)。對(duì)比兩種方案分析可知，假設(shè)學(xué)生所需資源雷同，那么選用后者很容易造成資源浪費(fèi)，但若是學(xué)生同時(shí)選用第一種方法就必須要考慮性能和配置等要求。為了解決兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，本文概述案例針對(duì)資源配置提出的設(shè)計(jì)方案，需要利用云計(jì)算和虛擬技術(shù)作為依據(jù)，高校師生可以在訪問客戶端和運(yùn)用云端資源的基礎(chǔ)上解決上述難題。

第六，鏈接克隆。利用鏈接克隆技術(shù)，有助于本系統(tǒng)在減少資源占據(jù)空間的基礎(chǔ)上，構(gòu)建全新的虛擬化磁盤，相應(yīng)的操作系統(tǒng)可以共同應(yīng)用這一母景象，并由此構(gòu)建多個(gè)差分磁盤。同時(shí)，這一技術(shù)的數(shù)據(jù)傳遞速度也非常快，一臺(tái)鏈接克隆虛擬機(jī)的時(shí)間可以達(dá)到12s。除此之外，這一技術(shù)也能用于提升資源的復(fù)用率，能按照動(dòng)態(tài)的方式將所需內(nèi)容科學(xué)分配給所有用戶。在這一過程中，所有終端都具備固定的虛擬賬戶，只要開機(jī)就能登陸應(yīng)用。將其運(yùn)用到高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中，有助于學(xué)生在不輸入賬戶和密碼的基礎(chǔ)上直接進(jìn)入，操作起來(lái)非常簡(jiǎn)便和有效，同時(shí)也可以有效控制外界病毒的威脅，促使后續(xù)維護(hù)工作更為快捷。

2.2 功能模塊分析

第一，終端層。這一層次主要用來(lái)為高校師生提供用戶桌面、鼠標(biāo)、鍵盤的具體內(nèi)容，同時(shí)用戶終端可以經(jīng)過桌面接入網(wǎng)進(jìn)入到對(duì)應(yīng)的桌面上，促使師生在同桌面進(jìn)行信息傳輸。而利用管控USB等外界設(shè)施的應(yīng)用，可以為虛擬機(jī)重新提供定向。這一層的客戶端設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是虛擬桌面服務(wù)器帶來(lái)了云桌面，而數(shù)據(jù)運(yùn)算等工作都是在服務(wù)器上進(jìn)行的，因此高校師生可以在實(shí)驗(yàn)操作過程中，經(jīng)過客戶端進(jìn)入服務(wù)器上的專屬桌面。在這一系統(tǒng)中，用戶既能在完成身份認(rèn)證以后，快速進(jìn)入后臺(tái)的云數(shù)據(jù)中心，又可以對(duì)桌面環(huán)境和服務(wù)器實(shí)施全面管控。

第二，控制層。通過在用戶層和虛擬桌面之間構(gòu)建負(fù)載均衡及接入網(wǎng)關(guān)平臺(tái)，這樣有助于為實(shí)驗(yàn)室建設(shè)管理提供兩項(xiàng)功能，一方面可以為虛擬化桌面帶來(lái)接入網(wǎng)關(guān)和SSL加密的HDP協(xié)議，并由此入手讓用戶與虛擬機(jī)的連接更加穩(wěn)固和安全；另一方面可以讓網(wǎng)頁(yè)界面的節(jié)點(diǎn)展現(xiàn)出負(fù)載均衡的功能，此時(shí)結(jié)合硬件的負(fù)載均衡器可以正確利用服務(wù)器的處理技能，讓大量網(wǎng)頁(yè)界面達(dá)到負(fù)載均衡的效果，最終在提升服務(wù)有效性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)分擔(dān)流量的目標(biāo)。

第三，管理層。在設(shè)計(jì)本層時(shí)，要利用桌面管理和投送軟件來(lái)達(dá)到目標(biāo)。結(jié)合實(shí)踐案例分析可知，兩者都是利用提供開放和標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議接口，與多個(gè)設(shè)施彼此互通。以網(wǎng)絡(luò)入口服務(wù)器為例，其作為兩者最為關(guān)鍵的功能之一，高校師生可以在Web登陸界面中提出登陸的請(qǐng)求，而輸入好的用戶信息會(huì)傳遞到桌面控制器中，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器會(huì)將桌面控制器帶來(lái)的虛擬列表提供給師生，確保他們擁有直接進(jìn)入的渠道。同時(shí)，可以利用虛擬專用網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)讓這一服務(wù)器達(dá)到負(fù)載均衡的目標(biāo)。另外，要在服務(wù)器上安裝多個(gè)桌面控制器的IP地址，促使服務(wù)器同樣也能對(duì)控制器實(shí)施均衡處理。此時(shí)，用戶輸入的所有信息都是經(jīng)過加密處理的。

第四，調(diào)度層。云資源管理與調(diào)度層要以云管理和虛擬化基礎(chǔ)作為基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)，并利用虛擬化的管理軟件科學(xué)劃分計(jì)算資源，這樣不僅能為高校師生提供所需虛擬機(jī)，而且可以按照不同權(quán)限優(yōu)化管理功能。而在云操作平臺(tái)的軟件邏輯組成中，CNA屬于計(jì)算節(jié)點(diǎn)的代理，VRM屬于虛擬資源管理。在這一過程中，軟件具備基礎(chǔ)虛擬化功能，具有服務(wù)器、計(jì)算以及儲(chǔ)藏等特征，也會(huì)為云管理軟件提供所需接口。一般來(lái)講，所有云操作系統(tǒng)軟件都包含一對(duì)主備管理節(jié)點(diǎn)VRM，且兩者對(duì)應(yīng)著一個(gè)物理站點(diǎn)。而物理站點(diǎn)可以將多個(gè)服務(wù)器分成HA資源池，且其對(duì)應(yīng)著同類的調(diào)度對(duì)策，此時(shí)要利用熱遷移有關(guān)的調(diào)度策略，必須要讓資源池主機(jī)CPU同制。

第五，桌面管理。基于高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的云桌面機(jī)房應(yīng)用系統(tǒng)的總體流程圖中，所有用戶都屬于域用戶，將它們歸類到某一個(gè)用戶組當(dāng)中，可以利用AD對(duì)云桌面實(shí)施管控，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的權(quán)限。同時(shí)，所有虛擬機(jī)都要?dú)w類到某一個(gè)桌面組當(dāng)中，且構(gòu)建相應(yīng)的桌面組實(shí)施后續(xù)分配。一般來(lái)講，如果桌面的分類為“專有”時(shí)，要用來(lái)發(fā)放完整復(fù)制的桌面，所選分配方式屬于靜態(tài)用戶的情況下，一臺(tái)虛擬機(jī)可以讓多名師生共同操作。但若是為單用戶的情況下，那么一臺(tái)虛擬機(jī)只能讓一名學(xué)生操作，換句話說這臺(tái)虛擬機(jī)是這位學(xué)生的專屬機(jī)。

結(jié)語(yǔ)：綜上所述，云桌面技術(shù)的出現(xiàn)為我國(guó)高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展提供了更多機(jī)遇。尤其是在現(xiàn)如今的社會(huì)環(huán)境中，為了獲取更多全面發(fā)展的優(yōu)質(zhì)人才，如何在控制成本消耗的基礎(chǔ)上，增加高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)比例是現(xiàn)如今教育革新關(guān)注的焦點(diǎn)。通過合理利用云桌面技術(shù)構(gòu)建全新的實(shí)驗(yàn)室管理平臺(tái)，不僅能提高教育投資回報(bào)概率，而且可以提升后續(xù)維護(hù)和部署的效率。需要注意的是，云桌面技術(shù)不僅能運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工作中，還可以引用到高校其他區(qū)域，如電子閱讀室、移動(dòng)辦公等，這些都能在一定意義上促進(jìn)高校的科技化和信息化發(fā)展步伐。