云桌面技術在信息化教學中的應用研究

常 磊

（河北化工醫藥職業技術學院，河北 石家莊 050026）

0 引言

隨著信息化教學建設的不斷深入，信息服務越來越復雜化，而承載信息服務的IT軟硬件運行情況與業務的捆綁也越來越密切，此時對于IT部門的終端運維管理、數據安全、系統穩定可靠等方面的要求也隨之提高。

近幾年信息系計算機大類專業報考人數逐年增加，現有的多個計算機實訓機房已投入使用數年，加上硬件參數相對較低。在大量教學班級同時開課使用的情況下，目前各計算機實訓機房都已超負荷運行，導致設備資源故障率變高，且不能及時返修，嚴重影響到學校教學進度的正常推進，迫切需要改善信息化軟硬件教學資源緊張的環境。

根據信息化教學資源建設的具體需求，通過建設基于虛擬化技術的云桌面實訓室，很大程度提高我校的信息化教學資源水平，逐步解決當前在校學生人數增加產生的計算機實訓機房不夠用的困難，進一步推進信息化教學改革，提高信息化教學水平。在減少IT運維投入和硬件資源成本的基礎上，實現整體信息化教學資源的交流共享和集中化運維調度[1]。虛擬化云桌面技術在高職信息化實訓室建設的應用中是非常必要的[2]。

1 虛擬化云桌面技術在信息化教學中的應用

1.1 虛擬化云桌面技術

基于虛擬化技術的云桌面實訓室建設方案是將桌面終端所需的存儲和計算資源（硬盤、內存、網絡、CPU）統一生成在數據中心的云服務器上[3]，通過kvm技術將物理資源虛擬化，學校根據課程的要求定制不用配置的云主機類型，將云桌面服務發送到云終端。云桌面機房主要由虛擬化服務器和云終端組成，服務器負責數據運算和存儲，云終端負責顯示和鍵鼠輸入，兩者之間利用網絡傳輸協議來傳遞數據[4]。

1.2 云桌面技術在信息化建設中的優勢

云桌面技術是一種基于虛擬化方案的終端操作系統交付與管理方案[5]，可以根據教學需求的不同，定制多平臺的操作系統模板。實訓室云終端通過虛擬化傳輸協議、軟件定義存儲、軟件定義網絡等技術實現遠程虛擬機系統的本地顯示。云桌面服務器管理平臺能夠顯著提高實訓室系統部署和運維的效率。跟傳統的臺式機實訓室比較，基于虛擬化技術的云桌面實訓室在信息化教學中的優勢如表1所示。

表1 云桌面與傳統PC對比

1.3 云桌面實訓室網絡拓撲圖設計

核心機房部署部署出口路由器、核心交換機、匯聚交換機等基礎網絡設備；核心機房部署實訓用云服務平臺服務器、桌面云服務器集群、存儲網絡、虛擬桌面控制軟件等桌面云相關架構設施。在核心機房的核心交換機上單臂部署虛擬桌面控制器VDC平臺，VDC平臺負責對所有接入的桌面云終端進行身份認證、權限劃分、桌面分發、集中控制、策略下發等；核心交換機下接服務器群，服務器群負責對所有虛擬桌面的建立。在服務器群上安裝云桌面后臺管理系統，該系統負責對用戶分發的虛擬機的創建、系統創建、應用創建。云桌面實訓室網絡拓撲規劃如圖1所示。

圖1 云桌面網絡拓撲

1.4 云桌面實訓室系統架構

本虛擬化云桌面方案具有高穩定性和高擴展性的特點，應用目前行業主流的云桌面虛擬化技術，實現云桌面虛擬化實訓室建設方案，該方案主要包括以下幾個方面。

1.4.1 云桌面實訓室高可用架構

云桌面虛擬化系統采用網絡資源、計算資源和存儲資源分離的架構設計，使系統具有很強的可靠性。計算節點服務器負責云主機的定制、分發和網絡分配，存儲節點服務器負責系統模板卷和用戶數據卷的創建、下發以及節點內數據的熱遷移。本方案采用核心鏈路雙擊熱備機制，可解決計算節點服務器與存儲節點服務器、計算節點服務器與網絡節點服務器發生故障導致的宕機問題。控制、計算、存儲、網絡各節點服務器通過雙路徑負載均衡技術實現系統架構的高性能，各節點服務器之間采用雙萬兆網卡綁定技術，保證通信網絡的高可用性。

1.4.2 服務器節點管理平臺

在每個服務器節點安裝部署后臺虛擬化管理軟件，把虛擬化服務器的CPU、內存、磁盤、網卡等硬件資源進行動態調度管理，在邏輯上生成一個底層物理資源池，用于為后臺云主機提供硬件資源。根據教學課程安排，按需創建對應的云主機課程模板，每個云主機課程模板可定制不同的桌面軟件環境。

1.4.3 云桌面虛擬機控制軟件

虛擬機控制軟件平臺通過高效網絡傳輸協議向云終端發送教學桌面，管理平臺集成精細化的資源權限調度機制，為云終端接入用戶提供認證和硬件資源使用權限。虛擬機控制平臺能夠對虛擬云主機進行全生命周期管理，包括新建、開啟、關機、重啟、銷毀、快照、克隆等操作。

1.4.4 云終端管理平臺

云終端管理平臺同時支持基于arm架構和x86架構的硬件終端設備，云終端具有功耗低，開機速度快，不占空間等特點，可以設置云終端與遠程服務器聯動，定制無操作自動關機的時間。通過云終端管理平臺可以遠程對設備進行開機、喚醒、重啟、關機、編號等操作，對云終端設備靈活管理和部署。

1.4.5 云資源集中管理平臺

虛擬化云桌面集中管理平臺提供了對整個高可用架構中的網絡、計算、存儲等資源的統一管理和調度。通過瀏覽器能夠訪問到集群中任何一臺云服務器，集群中任何一臺物理服務器都可以設置成控制節點身份。集群中創建的云主機是基于快照技術，不會產生高并發的數據流量，保證集中管理平臺的高可用。云桌面虛擬化實訓室系統架構設計（見圖2）。

圖2 云桌面實訓平臺架構

2 結語

基于虛擬化技術的云桌面實驗實訓平臺，為學校信息化教學提供了有力保障，降低了實訓室硬件故障率，通過云桌面的快速部署和服務器節點的集中化管理，有效減少了實驗員老師維護桌面系統的工作量，機房排課更加合理和靈活。同時，使得學校信息化教學軟硬件資源的利用率更高，運維方式更加便捷和多樣化，在保障教學桌面安全穩定的基礎上，實現信息化數據中心的自動化和智能化運維，對信息化教學資源建設具有重要意義。