基于超融合架構的桌面云教學系統設計與實現

陳澤恩

摘要：在我國社會現代化發展程度不斷提高以及科學技術能力不斷深入的背景下，計算機網絡技術憑借自身具有的多元化優勢在各行各業發揮了不可替代的作用。特別是在高校公共實驗室機房數量不斷增多的環境下，公共實驗室機房的日常維護和管理工作中存在的問題逐漸增多。作為云計算的一種應用形態，桌面云是在云計算技術以及大數據技術不斷發展過程中產生的，以超融合架構為基礎的桌面云應用與設計，能夠使桌面云技術的完善程度進一步提升。該文針對以超融合框架為基礎的桌面云設計與應用展開詳細分析，為我國現代化計算機技術水平的進一步普及提供積極幫助。

關鍵詞：超融合架構;桌面云;計算;應用

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）33-0141-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

在現代化教育領域，多媒體教學憑借自身具有的多元化優勢得到了普遍應用，作為高校開展多媒體教學的基礎平臺，多媒體基礎設施平臺的數量也越來越多。多媒體教學是否能夠正常開展，直接取決于公共實驗室機房的運行狀態是否正常，而相關技術架構直接決定了公共實驗室機房是否能夠處于正常運行狀態。根據實際調查研究能夠發現，很多高校開設的公共實驗室機房所使用的技術架構隨著相關設施設備數量的不斷提高，在管理和維護工作中存在的問題也越來越多。采取何種手段對高校公共實驗室機房建設模式進行探索，使高校公共實驗室機房具有的使用效率和管理效率得到進一步提升，已經成為目前高校開展信息教學過程中亟待解決的問題之一。為了有效解決這個問題，將桌面云技術合理運用其中，通過對桌面云技術進行有效設計，充分研究桌面云的應用方式，不僅能夠提高多媒體教師的使用效率和管理效率，而且還能確保公共實驗室機房的運行始終處于正常狀態，為學生學習現代化信息技術提供幫助。

1 超融合架構技術

對于超融合構架技術而言，主要指的是將一臺或多臺物理服務器進行整合，使其形成一個統一的資源庫，然后運用虛擬化技術對若干臺具有較為完整功能以及獨立功能的服務器進行模擬，使物理服務器的硬件資源得到充分應用。以此虛擬化的服務器作為底層構架，在此基礎上，延伸出儲存虛擬化和網絡虛擬化，然后利用所畫即所得的模式，對具體業務邏輯進行快速構建。其中儲存虛擬化主要指的是不同類型和分布在不同物理服務器中的硬盤在網絡組成分布式文件系統的作用下，以一個具有較高邏輯性的虛擬存儲單元的身份呈現出來，從而通過集中管理，為用戶提供統一分配使用權限。對于網絡虛擬化而言，主要指的是在物理網絡以及虛擬機之間建立一套具有較高完整性和邏輯性的連接、設備、服務，其中虛擬網絡安全設備主要包含虛擬路由器、分布式虛擬交換機、虛擬下一代防火墻。不僅能夠使虛擬資源的靈活拓展以及動態調度指令得到有效落實，而且還能確保全網流量實現可視化，相關配置具有較高檢疫性和直觀性，運營維護工作具有較高便捷性和靈活性。

2 超融合架構技術的優勢

2.1 集群優勢

根據對超人和構架技術展開的大量實際調查研究能夠發現，將多臺物理主機整合成一個管理平臺，加入其終端，從而形成一個內容豐富的資源庫，對各模塊展開統一管理。如圖1所示，這樣不僅能夠確保相關業務部署具有的復雜程度大幅度降低，而且還能進一步提升虛擬資源的空間范圍。通過對超融合構架技術的有效應用，能夠在很大程度上使資源的利用率得到提高，而且如果某一臺主機出現故障問題，其他主機依然可以對相關工作進行無縫對接，不會產生任何影響。

2.2 虛擬化優勢

對于超融合構架技術而言，不僅能夠使一臺或多臺服務器以一個資源庫的方式呈現出來，而且還能通過對虛擬化技術的有效應用，將無數個具有較高完整功能的服務器進行抽象轉換。因此相關人士可以通過對這一物理服務器相關硬件資源的充分利用，提高運行、維護、管理效率。

2.2.1 服務器虛擬化

將多臺物理服務器組建成統一化的資源管理系統，通過虛擬化技術的應用，將抽象性的服務器模擬出來，要求服務器的功能較為完整，多臺服務器之間獨立存在，通過服務器虛擬化技術，能夠有效運用物理服務器所具有的內在硬件資源，全面提高超融合框架的管理質量和運行效率。

2.2.2 存儲虛擬化

將固態盤、機械盤等不同類型的硬盤，從現有的物理服務器中進行虛擬化操作，借助網絡技術的便利性，將其組合到一起形成分布式的文件管理系統，并實現邏輯轉化，使其變為虛擬存在的存儲單元，實現用戶的集中管理和統一分配。

2.2.3 網絡虛擬化

在虛擬機和物理網絡之間構建完整的邏輯性網絡設備，負責進行網絡數據連接，提供便捷式的技術服務，將虛擬的網絡安全設備建立在該模塊，進行VXLAN 等網絡增強協議的簽訂，簡化網絡管理流程，助力網絡拓撲的可視化發展。

3 桌面云應用價值

3.1 集中化管理

在運用傳統桌面辦公模式的過程中，其具有的使用成本中管理成本和維護成本占據了較大部分。其中管理成本涉及內容較多，包括轉硬件的備份成本、數據恢復成本、修復成本、升級成本、安裝配置成本等。這些工作在傳統桌面的使用過程中需要在每一個桌面上只做一次，導致工作量和工作復雜性極高。將桌面云技術代替傳統桌面應用，通過其具有的集中化管理特征，能夠使信息運維工程師只需對控制中心進行管理，即可完成對成百上千虛擬桌面的有效管理。此時在對所有桌面系統進行更新的過程中，只需要對一個基礎鏡像模板進行更新，就可以使其他桌面同步完成該項操作。

3.2 高安全性

對于桌面云而言，是一種云設計的應用形態，是云計算技術和大數據技術在不斷發展與推廣過程中產生的結果，通過對基于超融合架構桌面云系統進行全面設計和有效應用，能夠確保該技術得到進一步完善。該系統具有較高的安全性，主要表現在具備能夠為身份認證提供具有較高安全性和可行性的解決方案，使系統能夠對目標用戶進行認證并給予授權，能夠為用戶的角色進行設定，幫助用戶進行相關內容的添加、刪除以及密碼設置，對不同角色賦予不同權限，為用戶修改具體內容提供權限。

如圖2所示，想要保證系統的安全穩定運行，需要組建業務網，創建虛擬桌面進行業務系統的合法訪問，互聯網網絡構成，需要保證每臺虛擬機（VM）都配備獨特的IP地址，并借助服務器業務口與外部環境建立連接關系，建立終端接入網，實現對虛擬桌面網絡的終端訪問，擺脫對虛擬機IP的過度依賴。

3.3 低成本

運用傳統辦公模式的過程中，由于相關設備的生命周期難延續，還會受到環境問題、氧化問題、顯卡問題的影響存在各種不良現象。特別是計算機設備頻繁地開關機操作，無法保證系統具有較高安全性。利用桌面云對教學軟件和辦公桌面進行集中化處理，不僅能夠使相關數據資源的使用率進一步提高，有效降低運行維護的復雜性，使管理工作得到有效簡化，最大程度降低碳的排放量，提高教師和學生的工作效率與學習效率，而且還能確保借力的桌面資源庫具有較高彈性伸縮特征，使學生和老師能夠隨時隨地實現對網絡資源、存儲資源、計算資源的分配或回收。

4 桌面云教學系統設計與實現

4.1 桌面云方案的選擇

根據實際調查研究能夠知道，能夠對桌面人方案進行有效解決的措施較少，大部分是從桌面虛擬化方案轉變而來，目前主要有的 VMware Horizon View、Citrix XenDesktop，開源的 Ulteo、eyeOS。其中，VMware 與 Citrix主要是在VDI的基礎上構建而成，也就是每一臺用戶的桌面都有一臺對應的云端虛擬技術面，該項技術目前具有較高的成熟性。eyeOS 是 Web Desktop，主要是通過瀏覽器對用戶的桌面進行模擬，從而對Web程序進行運行，因此并不能作為桌面兒的真正操作系統，所以用戶體驗感較差。Ulteo主要是以VDI為基礎，能夠對桌面云系統進行拓展，能夠為用戶在平板電腦或移動手機等任何設備的云端服務器上下載Linux 與 Windows程序。Ulteo主要是通過對程序代管技術的有效應用，在同一桌面下確保Linux 與 Windows能夠共同執行命令[1]。

4.2 桌面云教學系統架構設計

公共實驗室機房的核心技術主要以Ulteo為主，分為客戶端和云端，相關服務器能夠通過對客戶端規模大小的確認，對資源進行合理的擴展和整合。基于超融合架構的桌面云系統不僅能夠對用戶與應用程序進行有效分組，而且還能確保分組之后的用戶能夠與外部LDAP、Active Directory進行集成對應。同一分組中，用戶可以結合自身的實際喜好與需求對云桌面進行個性化配置，從而在計算機中建立一個私人的文件空間。通過這樣的方式，能夠將具有相同需求的教師劃分到同一組，使這些教師能夠同時對同一云桌面進行訪問，從而使教師能夠更加便捷地實現自身動態化需求[2]。

4.3 桌面云教學系統實現

對于公共實驗室機房的云桌面系統而言，相關服務器主要運行集中在云端，云端的基礎設施涉及內容較多，主要包括儲存、網絡、計算。將開源OpenStack作為桌面云的操作系統，使底層物理設備以計算資源庫的狀態呈現，從而展開統一的管理與使用。Ulteo環境部署主要在OpenStack云平臺生成的虛擬機上運行，以形式最簡單的運行環境為例，一共需要架設兩臺服務器，將文件服務器、Linux應用程序服務器、Web Portal、規劃管理安裝在第1臺服務器中，將Windows應用程序安裝在第2臺服務器中。

4.3.1 “私有桌面云+共有云存儲”的輔助教學

想要實現傳統教學模式的創新，就需要憑借學校現有的云平臺技術，完善防火墻等安全網絡措施，在教學過程中憑借域名訪問進行網絡接入，桌面云的外部接入能夠構建計算機操作平臺，為學生營造一個良好的教學環境，打破傳統教學時間與空間的限制，全面提高計算機專業學生的基礎操作能力。

4.3.2 云平臺保證學生作業連續性

如圖3所示，在教學開展的過程中，通過云平臺技術的操作，能夠憑借遠程技術操控，將在校期間的實驗操作與學生的課后作業任務開展，建立便捷式連接，全面提高學生的計算機操作能力，教師要保證實驗教學的連續性，避免出現學生作業間斷問題，尤其是一些整體性要求較強的編程連續作業任務，不需要通過數據內容復制和數據庫的遷移，就能夠實現對數據庫的連續操作。

4.3.3 通過云平臺接入利用校內資源

出于對數據資源使用安全的考量，一些企業內部的資源信息具有不對外開放性，但在實訓教學開展的過程中，可以通過安全的云技術接入，能夠更好地運用校內軟硬件資源，保證教學流程的多元化。

4.4 教室桌面云管理

第一，對應用程序服務器進行注冊。注冊安裝在系統中的 Linux 與 Windows應用程序服務器，并將安裝的服務器轉換到生產狀態。

第二，對用戶與用戶組進行創建。可以對Ulteo的本地用戶進行創建，并將這些用戶進行分組，也可以通過與外部的 LDAP、 Active Directory進行集成，對其中的用戶與用戶組進行使用。

第三，對應用程序進行分組和分組。對云桌面需要使用的程序進行選擇并分組，使程序組和用戶組之間存在對立關系，然后為具體用戶可使用程序的范圍進行定義，在此基礎上，對程序組進行發布[3]。

4.5 教室桌面云面應用

對于云桌面的教學系統而言，能夠為移動設備以及PC端的訪問提供支持，其中包含種類多元內容豐富的教學方式不僅能夠使多媒體基礎教學需求得到充分滿足，而且還能使教師與學生的泛在學習需求得到充分滿足。通過對云桌面教學系統的有效應用，能夠使Linux 與 Windows在同一桌面環境下充分整合和運行的目標得到有效實現，能夠使相關課程的教學效率得到進一步提升[4]。

4.5.1 接入終端

桌面云接入終端需要以相關設備為基礎，建立能夠獨立操作的數據系統，通過安全協議簽署，將其與服務器桌面云設備建立連接關系，同時，在運行過程中為了有效運用現有的桌面云資源，需要充分應用IT資產，對移動設備和網絡桌面進行必要插件的安裝，使其能夠與運行狀態下的服務器桌面建立連接。

4.5.2 網絡接入

桌面云能夠為用戶提供多元化的接入方式，用戶可以在有線局域網和無線廣域網的連接過程中，選擇適合自己的連接方式，在這里為了保證網絡連接的安全性，推薦使用安全連接方式。

4.5.3 控制臺

控制臺能夠配置運行狀態下的虛擬桌面服務器，通過網絡連接設置和存儲設備配置的操作流程，充分發揮出控制臺的多樣化配置功能，同時，控制臺能夠實現對服務器運行狀態的全程監控，監督服務器基礎性能指標的變化規律，定時將服務器的使用情況反映到用戶面前。

4.5.4 應用程序

結合實際教學過程中，對桌面云設計的根本要求，進行標準桌面應用程序的部署，以控制臺管理員的身份，將教學過程中需要用到的軟件，發送到虛擬操作界面，學生只需要通過桌面連接就能夠進行軟件使用，構建真實性較高的虛擬實驗環境，同時，為學生帶來良好的學習體驗，具備與傳統桌面完全一致的使用流程。

5 結束語

在高校公共實驗室機房數量不斷增多的過程中，由于各種因素導致多媒體教學效果始終無法達到令人滿意的程度。因此為了將這些問題有效解決，將運用開源軟件構建的云桌面教學平臺合理結合其中，憑借其具有的快速部署以及較低成本等優勢，能夠使高校在維護和管理公共實驗室機房過程中，相關工作具有的復雜性得到大幅度降低。與此同時，基于超融合架構的桌面云技術能夠為高校開展多媒體教學提供多元化的教學方式，有效實現提高多媒體教學質量的目的。因此相關人士不僅要加強對桌面云技術在高校多媒體教學中具有重要性的重視力度，而且還要通過對桌面云技術進行不斷探索，明確了解桌面人在使用過程中存在的問題以及導致相關問題產生的原因。在此基礎上，采取多元化的有效措施將存在的問題逐一解決，進一步提高桌面云技術性能的同時，有效實現提高高校信息化教學質量的目標。

參考文獻：

[1] 尹勁梅.基于超融合架構的機房建設淺析[J].電腦知識與技術，2016，12（30）：9-10.

[2] 孫志，趙宏強，王鵬.使用桌面虛擬化技術構建多媒體教室[J].中國教育網絡，2013（16）：58-60.

[3] 李海東，邱嘉懿.基于超融合架構的廣電融媒體服務云平臺研究[J].中國傳媒科技，2019（8）：19-21.

[4] 于鋒，張海波.論桌面虛擬化技術植入多媒體教室管理的效能[J].浙江水利水電專科學校學報，2013（2）：60-63.

【通聯編輯：代影】