基于云桌面的實驗室信息化管理實踐

摘要：傳統的實驗室管理模式信息化程度低，存在設備使用狀態無法監控、設備需要本地運維、設備維護工作量大、無法遠程控制設備、無法實現上機身份認證、無法監測軟件運行情況、無法監控學生上課行為等問題。針對以上問題，文章首先闡述了云桌面技術的概念和原理，其次結合本校實驗室管理的實際，分析了云桌面技術在提高高校實驗室及設備信息化管理水平中的應用實效。

關鍵詞：云桌面技術;實驗室管理;信息化

中圖分類號：TP308? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）07-0114-05

Practice of Laboratory Informatization Management Based on Cloud Desktop

WANG Lei

（Guizhou University of Commerce，Guiyang? 550014，China）

Abstract：The traditional laboratory management mode has a low degree of informatization，and there are some problems，such as the use status of equipments cannot be monitored，the equipments need local operation and maintenance，the workload of equipment maintenance is large，the equipments cannot be remotely controlled，the computer identity authentication cannot be realized，the operation of software cannot be monitored，and the behavior of students in class cannot be monitored. In view of the above problems，this paper first expounds the concept and principle of cloud desktop technology. Secondly，combined with the reality of laboratory management in our university，this paper analyzes the application effectiveness of cloud desktop technology in improving the informatization management level of laboratory and equipments in colleges.

Keywords：cloud desktop technology;laboratory management;informatization

收稿日期：2021-03-11

基金項目：貴州省教育廳青年科技人才成長項目（黔教合KY字〔2018〕271號）;教育部第二批國家級新工科研究與實踐項目（E-DXKJC2 0200524）

0? 引? 言

在應用型本科高校中，為加強對學生實踐能力培養，通常各專業實踐課程占比較大，故實驗室利用率較高，這對實驗室管理和維護水平提出了更高的要求。而傳統的實驗室管理模式信息化程度低，造成了實驗設備維護量大、維護不及時等問題，一定程度上影響了教學的正常運行，不利于教學質量的提高。因此急需提高實驗室管理及維護的信息化水平[1-6]。本文結合本校實驗室管理的實際，分析了云桌面技術在提高實驗室及設備信息化管理水平中的應用實效。

1? 云桌面技術原理

云桌面是一種基于分布式云計算存儲技術和虛擬化技術的應用，依托高度加密算法，通過客戶端設備或者其他網絡連接設備實現跨越平臺發展，可以根據業務場景的不同，定制標準化的系統模板。終端客戶端可以通過遠程桌面傳輸協議、虛擬磁盤讀寫指令、虛擬地址映射等多種技術實現模板的本地化呈現。云桌面可以有效地提高終端的操作系統部署與運維效率[7，8]。

目前云桌面有虛擬桌面基礎架構（VDI）、虛擬操作系統基礎架構（VOI）和智能桌面虛擬化（IDV）三種技術構架[8]。

VDI（Virtual Desktop Infrastructure）具有高響應能力和定制化特點，但需要流暢和穩定的網絡連接，并且所有資源依賴服務器端，圖形密集型應用不適用于該模式。VOI（Virtual OS Infrastructure）的特點是不全部依賴后端服務器資源，充分利用本地終端計算機的資源，對網絡和服務器的依賴性大大降低，即使網絡中斷或硬件故障時終端也可以繼續使用，服務器負責鏡像管理、鏡像上傳下載、終端管理，并下發操作系統鏡像給終端，計算任務完全由終端承擔。IDV（Intelligent Desktop Virtualization）中操作系統和軟件在后臺服務器的虛擬機上安裝，并將虛擬機文件統一下發到終端，并運行于終端，服務器不承擔計算任務。本校采用的是基于VOI構架的實驗室信息化管理系統，其技術構架如圖1所示。

2? 傳統實驗室管理模式及問題

傳統的實驗室及設備管理通常根據實驗室計算機的類型，采用保護卡的管理模式，如增霸卡、聯想保護系統、清華同方保護系統等，均采用本地分散管理的方式，存在如下問題。

2.1? 設備使用狀態無法監控

傳統管理模式中，由于采用的是本地分散管理的方式，要檢查設備運行狀態，需維護人員到實驗室現場逐臺開機進行檢查，無法對設備運行狀態進行實時監控，只有使用人員遇到故障時才能進行故障反饋，導致維護及時性差，影響正常的教學運行。

2.2? 設備維護工作量大

主要表現為以下幾點：（1）需要到實驗室本地進行系統安裝、軟件安裝、開機等維護工作，增加維護人員負擔;（2）維護過程中需逐臺開機、逐臺安裝操作系統、逐臺安裝驅動、逐臺修改IP地址等，維護工作量大;（3）無法遠程控制設備，上課前需要維護人員去現場開機，下課后需要維護人員去現場檢查關機狀態，逐臺關機;（4）易發生IP地址被學生修改、發生錯亂、沖突等，導致無法上網，需逐臺修改IP地址;（5）系統同傳不穩定，同傳速度慢，導致維護時間長，維護不及時;（6）由于無法保存系統模板，導致操作系統和各類軟件重裝次數頻繁。

2.3? 無法實現上機身份認證

在使用計算機過程中，學生開機即可使用，沒有對學生使用情況進行身份認證，存在以下問題：（1）無法完成學生上機時長、實驗室使用等情況記錄與統計;（2）無法監控學生計算機桌面，無法監控學生上課行為，了解其學習情況;（3）無法跟蹤學生上網痕跡，存在網絡安全風險。

2.4? 無法監測軟件使用情況

對各類軟件的使用時長和使用人員情況無法進行監測，導致對軟件利用率，學生使用軟件進行學習等情況無法進行有效的評價。同時如果學生訪問內容與實驗內容不一致，也無法進行評定判斷，無法監測學生學習效果。

3? 云桌面平臺部署

本校既存在大量的舊實驗室、舊計算機，也存在需要新建的實驗室，新采購的云終端，部署過程中，要考慮平臺在基礎設施層、管理平臺層、桌面層、終端層、用戶層方面管理功能，如圖2所示。

3.1? 基礎設施層部署

基礎設施層硬件包括服務器集群、存儲設備、網絡設備、顯卡等硬件的部署，需根據實際的機房數量和計算機數量部署以上硬件設備，并充分考慮未來三年內本校計算機增加量，保留一定冗余量。根據本校實際情況，按3 000點終端需求，配置的服務器參數為：Intel Xeon E3處理器，內存容量64 GB，存儲容量為480 GB固態硬盤、16 TB機械硬盤。服務器資源使用情況可進行實時監控，如圖3所示。

另一方面，基礎設施層還包括云計算層，主要是教學桌面資源池的部署，包括各類系統的日常教學桌面、語言教學桌面、計算機等級考試桌面、期末機考桌面、學科競賽桌面等的部署。

3.2? 平臺層部署

管理平臺部署的內容包括資源集群管理，桌面管理、場景管理、模板管理、終端和教室管理、資源概覽統計、桌面監控、課表計劃、權限管理、終端運維、上機管理、軟件情況分析等。目前，本校管理平臺部署的內容包括65個實驗室，2 900臺終端，共含桌面數2 900余個，場景148個，模板64個，如圖4所示。

3.3? 桌面層部署

桌面部署主要包括教學桌面和個人桌面，目前此系統僅用于實驗室的管理，根據實際情況，僅部署了教學桌面，包括日常教學桌面、語言教學桌面、計算機等級考試桌面、期末機考桌面、學科競賽桌面等，如圖5所示。

3.4? 終端層和用戶層

從圖4中可以看出，在終端層，本校部署了2 900臺終端，其中含云終端500臺，胖終端2 400臺;在用戶層，對65教室進行了部署，其中64間為公共和專業實驗室（機房），1間為100臺多媒體教室希沃一體機組成的虛擬教室。

4? 云桌面管理系統應用實效

系統自部署完成，投入使用以來，運行情況穩定，提高了實驗室管理的信息化水平和管理效能，主要應用實效有以下幾點。

4.1? 設備運行狀態監控

通過管理平臺，可以實時監控每個教室的使用情況，終端計算機的運行情況，桌面的使用情況，軟件的使用情況;通過對設備運行狀態的監控，及時發現實驗室設備故障問題，提前進行維護處理，降低上課時段的設備故障率，保障正常的教學運行。終端設備運行狀態監控的實現方式為：通過安裝底層軟件對硬件進行虛擬化，設置IP地址后，在校園局域網環境中，服務器平臺即可識別終端桌面運行情況;軟件運行狀態監控的實現方式為：將終端所安裝的應用軟件打開后產生的進程名稱錄入管理臺，當師生打開軟件后，管理臺即可通過獲取進程數據，實現對軟件運行情況的監控。數據監控情況如圖6所示。

4.2? 降低設備維護工作量

主要體現為以下幾點：（1）采用集中、遠程管理的方式，通過控制器可以對實驗室計算機進行遠程喚醒開機和關機，維護人員不用到實驗室現場即可完成開關機操作，提高了工作效率;（2）操作系統模板在服務器端統一安裝和保存，某個實驗室需要安裝系統時，只需為該實驗室創建所需桌面即可，減少了操作系統安裝的次數，降低維護人員工作量，提高系統安裝效率;（3）各類應用軟件、驅動程序等可以在服務器端進行安裝，安裝、更新完成后統一下發到所需實驗室即可，實現云端批量安裝，無須維護人員到實驗室現場進行安裝，實現遠程維護，提高工作效率;（4）終端部署完成后，IP地址不會發生錯亂，避免了由于IP地址沖突而導致的無法上網問題，降低了維護人員工作量;（5）系統桌面下發速度快，在100 MB網絡環境下，下發速度能夠達到3 Mbps，下發一個教室的桌面（約64個）約需20分鐘;在1 000 MB網絡環境下，下發速度能夠達100 Mbps，下發一個教室的桌面（約64個）約花7分鐘;系統同傳速度較傳統的管理方式提高了2—7倍，提高了設備維護的及時性;（6）可通過課表計劃功能，錄入課表信息，實現課前自動開機，課后自動關機功能，保障正常教學運行，減少維護工作量，減少電能浪費等。

4.3? 實現上機登錄身份認證

實現上機登錄的主要作用體現為以下幾點：（1）教師和學生在使用計算機時，需輸入工號、學號及密碼才能進入系統，避免無權限的人員使用計算機，保證設備使用安全性;（2）上機登錄認證實現了與本校網上辦事大廳的對接，與師生今日校園共用一套登錄賬號及密碼，方便師生使用;（3）能夠對學生進入實驗室使用設備時長進行統計，使用的軟件進行統計，作為評價學生階段性學習情況的依據;（4）實現對學生上課桌面的監控，判斷學生使用軟件內容是否與課堂教學相關，作為學生上課行為評價的一項參考內容;（5）使實驗室上網行為可追蹤，實現對網絡安全風險的有效監控。

4.4? 軟件使用情況分析

通過將安裝在計算機上的各類應用軟件錄入系統，可對軟件的使用情況進行記錄，具體體現為以下幾點：（1）對各應用軟件的使用時長，使用人員情況進行監測，對比各軟件的使用情況，作為實驗室所采購軟件使用評價的依據;（2）根據學生使用軟件類型及時長情況，判斷學生訪問內容與實驗內容的一致性，作為學生實驗過程評價的依據;（3）根據學生使用軟件的類型及時長，一方面可分析學生學習的內容與專業的一致性，另一方面可分析學生學習的積極性和主動性。具體分析如圖7所示。

4.5? 實驗室使用情況統計

一方面，通過對學生使用計算機時長的統計，根據設備的IP地址可找出設備所在的實驗室編號名稱等信息，實現對實驗室使用情況的統計;另一方面通過網上辦事大廳與教務系統進行對接，獲取教務管理系統的課表信息，實現對實驗室使用情況及利用率的統計。有助于掌握實驗室使用情況，為合理安排使用實驗室，平衡實驗教學資源使用，提高實驗室利用率提供依據。如圖8所示。

5? 結? 論

本文首先介紹了云桌面技術的原理及技術構架，并對傳統的實驗室管理模式存在的問題進行了分析;其次對本校云桌面平臺部署的內容進行了詳細介紹;最后對云桌面管理系統投入使用后，達到的應用效果進行了總結。

綜上所述，基于云桌面的實驗室管理系統能夠實現以下功能：（1）對軟硬件設備運行狀態進行實時監控;（2）降低設備維護工作量;（3）實現上機登陸身份認證;（4）對軟件使用情況進行分析;（5）對實驗室使用情況進行統計。極大提高了實驗室管理的信息化水平，提高實驗室管理工作的實效性，為推動高質量實踐教學提供保障。

根據系統運行的實際情況，下一步需要做以下的改進工作：（1）完善上機登陸時所需的師生基礎數據;（2）完善軟件使用分析部分報告導出功能;（3）完善實驗室利用率統計算法。

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作者簡介：王磊（1986.09—），男，穿青人，貴州畢節人，講師，碩士研究生，研究方向：物聯網工程相關教學科研、實驗室管理、實踐教學管理。