融合云技術在高校教學機房管理中的效能提升研究

盧暢 徐光明

摘要：綜合性高校涉及多學科多專業的實驗上機任務，結合社會服務、網絡考試和上機培訓等復雜化應用需求，隨著計算機維護管理技術的不斷更新，對于機房管理效能的提升的要求也日益顯著。融合云技術的誕生為機房的管理提供了一種有效的解決方案，通過IDV等新技術在機房的不斷深入應用，通過不同維度的數據分析，得到了效能提升的有力驗證。從成本、能耗、效率等方面，通過數據采集、分析和統計，得出了融合云在高校教學機房的效能提升方面的事實，并建議向同行推廣使用。

關鍵詞：融合云;VDI;IDV;VOI;機房管理;效能提升

中圖分類號：TP308? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）14-0086-03

1 引言

為了順應行業和學科的不斷進化，多學科、多專業綜合性高校的教學需求的復雜多變，對于該類高校的機房管理需求也日新月異，尤其隨著實驗教學需求的要求不斷提升，也給機房的管理人員效能提升提出了更高的要求。本文所探討的研究成果基于以下事實：1）機房規模龐大，支撐了全校幾乎85%以上的實驗上機教學任務;2）由于經費預算有限，機房設備新舊程度的跨度巨大，無法實現機房的一次性全面更新;3）機房管理復雜，從公共課程到專業課程，每學期所承擔的課程種類達到了將近50個門類;4）機房的管理工作量巨大，每年機房管理人員所承擔的工作量總共達到了23萬人學時;5）機房功能靈活多樣，除了日常教學，還要滿足網絡考試、在線培訓、社會開放等多樣化需求.基于以上事實，在現有的有限設備條件和人力資源的條件下，與日益提升的機房需求深入挖掘之間，產生了越來越大的矛盾，只有有效提升機房管理的效能，才能基于現狀改善教學效果和體驗，滿足高校對于人才培養的基本要求。

2 機房管理技術進化簡要

隨著計算機軟硬件技術的飛速發展，高校機房的管理模式也經歷了多個階段，主要跨越了以下幾個歷程（機房設備基于統一的機器型號，具備統一硬件產品，單一的驅動程序）：

1）單機GHOST管理模式。通過安裝一臺模板機，俗稱“母機”，針對教學實驗上機要求的環境，事先安裝好包括操作系統，各類應用軟件，并設置和調試好各系統參數等，然后利用美國賽門鐵克公司的Norton Ghost軟件，進行分區備份，制作成統一的源映像文件。然后通過手工的方式對其他電腦進行復制還原操作，最后再修改包括IP地址在內的系統各參數。GHOST軟件也可以實現硬盤對拷的功能，機房管理人員也經常使用該功能實現機房實驗環境的安裝調試，但是此操作需要涉及機箱和硬盤的拆卸操作，對于管理人員的技術要求更高，存在一定的門檻。在效率提升的需求下，機房管理人員在系統參數設置環節增加了個性化的基于批處理的編程拓展開發，從一定程度上提升了機房管理的效能。

2）網絡同傳模式。隨著網絡技術的不斷發展，誕生了網絡同傳技術，機房管理由單一的線性模式逐漸過渡到了規模化的并發模式，技術人員在一定的網絡條件下（一般需要提供穩定且性能較好的網絡交換設備，能提供較高的網絡帶寬），事先安裝好一臺“樣機”，然后通過“軟”“硬”件的同傳技術，實現無差異化的系統復制，并且，該模式可以實現包括IP地址在內的系統參數的自動修改，大大提升了管理人員的工作效率，此模式在一定時期內，甚至目前的很多高校都廣泛使用，得到了同行的高度認可。

3）無盤工作站模式。出于對成本的控制，管理效能的要求提升，同時伴隨著新型網絡協議的不斷開發，一種叫無盤工作站的管理模式逐漸引入到了機房管理中，該模式是當前所謂的“云”模式的前身，實現了客戶端無存儲化的管理模式，利用PXE的網絡協議進行啟動，所有數據都通過中央服務器中的存儲設備進行分發管理，實現了高效的管理效果[1]。但是該模式對于網絡的要求較高，由于技術的兼容性較差，在復雜教學環境中的使用效果不盡如人意，只短暫地應用在Office等簡單教學中，目前基本上被“云”設備所代替。

4）桌面云模式。隨著各大廠商虛擬化技術的不斷研發，出現了VDI、IDV、VOI、RDS等技術，借助于該技術，存儲（或者一部分存儲）和計算功能交給云服務器，借助于相關協議，終端與虛擬云桌面連接，通過云服務器對終端系統桌面和相關的應用程序等進行集中安裝和管理，真正實現一對多的高效管理。該模式也存在“胖”“瘦”終端的不同虛擬云桌面管理模式，各自都有優缺點，對于高校教學機房管理來說，無論選擇哪種模式，都無法完美實現效能的充分發揮，所以，融合云桌面的技術應運而生，該技術可以實現“胖”“瘦”兩種模式的綜合應用，針對不同的環境可以靈活采用，是目前機房管理的主流模式。

3 傳統機房管理痛點解析

1）教學機房的設置復雜，線路凌亂

基于同傳模式的大型高校機房，普遍存在更新頻次不統一，導致計算機型號不一致的情況。尤其是建校歷史悠久的高校，機房的管理從最初的公共類課程逐漸過渡到專業實驗課程比例逐年遞增的模式。該機房的結構布局普遍基于商用或者個人PC，通過地板下方走線（包括電線和網線）進行串聯，然后通過預先設置的孔洞從地板下方引到桌面，地面走線凌亂，難打理，為機房的衛生打理帶來了較大的困擾，更是存在漏電火災等安全隱患，不僅如此，在使用過程中，經常發生插頭脫落的現象，影響教學和考試活動的正常開展。有些高校采用了吊頂式反向設計，即從天花板進行布線，然后接入桌面，雖然解決了布線的難題，但是影響了機房的美觀，尤其是上課時，阻擋了學生的視線。

2）耗電量大，不夠環保

個人PC臺式電腦功率大約在300W[2]，對于一個100臺終端，日運行時長超過8小時的機房來說，按照一年運行200天計算，大約需要48000千瓦時，如果算上空調等設備，耗電量大大超標，不僅給學校的運行增加巨大的日常開支負擔，更是無法充分響應國家的節能減排號召，與時代發展不符。

3）機房管理效率低下，耗時耗力

隨著專業課程的不斷增加，各種系統和軟件的安裝要求也不斷提升，采用同傳管理模式的機房，需要在特定的時間段內采用全盤或者增量的方式傳送數據，為了避免影響正常教學秩序，經常會發生占用管理人員非正常上班時間的情況。并且，由于客戶端電腦的本質是一臺普通的PC機，在傳送工作過程中，會因為個別電腦故障導致傳送數據延時甚至失敗，最終影響了后續的實驗教學上機進程。

4）應急處理能力差，臨時情況很難安排

對于臨時突發情況，比如涉及機房大面積故障或者斷網斷電情況，需要更換機房，或者遇到有些應用軟件臨時安裝才能上課的情況，同傳的模式很難在課程間隙時間完美提供解決方案，靈活性較差。

5）其他問題，如網絡安全等

在實際管理過程中，還涉及數據安全、網絡安全、病毒入侵等各類問題[3]，由于教學機房的管理，必須實行開放式管理模式，各類存儲設備訪問、網絡訪問、數據分離等都成為管理的痛點，如有時為了學生的存儲數據需要，預留了一部分分區進行開放，但是也為病毒的入侵提供了條件，對管理人員后續的清除病毒工作帶來了巨大的麻煩。

4 可行性解決思路

針對以上的管理痛點，提出了以下解決思路：

1）統一規劃，合理布局;根據不同的房型結構，機房的整體規劃和線路布置應該采用個性化設計方案，在資金允許的前提下，應該采用單個接線板對應單個終端的一對一方式，所有線路應該采用套管的模式進行束線處理，保證布線的簡潔，而電腦桌椅應盡量采用開放式的設計方案，便于后續的維護拆卸等操作。

2）以節能環保產品逐步更新設備，另輔以自動化控制系統;隨著計算機集成化技術的不斷提高，在產品選擇方案中應充分考慮滿足性能要求的一體機產品[4]，該產品在兼容性、節能性和空間表現來看，具有明顯的優勢。在無人值守的大型復雜機房管理過程中，對于終端的維護應該提供自動化輔助方式，如機房管理信息系統，可以實現課表的編排，并實現自動化自助上機，減少管理人員的現場維護。

3）充分發揮網絡優勢，實現集中化批量遠程管理;通過特定的技術手段，實現遠程精細化管理，大幅度減少管理人員現場處理的必要性，精簡人力資源配置，提升管理效率。

4）提升數據傳輸效率，實現碎片化高效管理;盡量縮減系統維護安裝的時間，使其能在限定時間內完成相關操作，用以適應特殊突發情況的實驗需求，如臨時課件軟件安裝等，保證實驗的保質保量順利完成。

5）逐步完善集中化管理模式，保證數據的安全科學統一存儲管理;采用物理、邏輯上的內外網隔離技術，有效保證了內網數據的泄露隱患，保證了數據存儲的安全性，也能提高網絡在病毒傳播上的預防作用，提高機房使用的健壯性，令教學實驗順利開展。

5 融合云技術解決方案

在目前最新的虛擬云桌面相關產品中，單獨的VDI或者IDV模式等[5]，都只能在特定的條件下能較好體現自己的優勢，但是基于公共和專業課程混合的實驗上機教學體系中，單純的模式顯得力不從心，所以，本研究解決方案采用了融合云的技術價格，把各種云桌面技術進行整合，提供給機房管理人員的集中化管理模式。

1）融合云技術介紹

融合桌面云是基于VDI、IDV和 VOI多種技術架構融合的綜合管理方案，能實現對機房的終端進行集中化、大規模的統一管控，是目前為止較為理想的綜合管理模式。 融合云桌面平臺采用B/S架構的單一融合管理模式，實現對不同終端設備，三種架構桌面進行統一部署、管理和運維，可支持程序使用控制、網絡訪問限制、設備使用控制等，并可查詢相關操作記錄。系統部署的示意圖如圖1。

云融合平臺可以實現鏡像分層技術，實現對云桌面環境的軟件及補丁統一更新，用戶自行安裝的軟件、環境變量、配置文件、個性化數據等均不會受到影響[6];可以實現USB設備重定向，將終端的USB設備重定向到云桌面中，USB設備傳輸加密，兼容性與識別率高，通過傳輸協議的優化，壓縮比高，傳輸占用帶寬小;內外網隔離技術支持物理隔離、邏輯隔離的不同模式，隔離內外網的數據訪問，保證內網數據不泄露;針對VDI桌面，在斷網情況下，云終端可以自動切換到實系統，在極端情況下場景仍可提供桌面環境，保證不同場景業務的連續性;多桌面保護還原技術實現扇區級別的保護還原，即使在系統遭受破壞或映射關系丟失時，也不會造成數據丟失，還原的速度快，磁盤讀寫影響小;VGPU顯卡虛擬化技術，兼容了各大廠商的顯卡，將顯卡按需切割并透傳到云桌面中，大幅度提升桌面圖形圖像處理能力，并可實現桌面顯卡資源的彈性分配[7]。

2）融合云技術具體解決方案對比分析

①技術產品應用成本核算對比

本項比較是基于產品的原價格與后續的維護保養總成本，因為各大高校機房的管理體制與模式不盡相同，所以可能會存在較大差異，本研究數據來源于浙江某大學機房運行積累。浙江某大學的機房管理模式采用專人管理，電腦的維護比較到位，不涉及校外外包維護服務，完好率也基本上達到了100%，產品的保修年限基本上都是3年，本研究設定使用期限為6年左右，過期后的維保主要集中在以硬盤和鍵盤鼠標等易耗品為主的個別硬件上，融合云桌面一體機的結構緊湊，使用了SSD固態硬盤，所以在故障率方面比個人PC有著一定的優勢，大概測算數據如表1，內容僅供參考。

由于融合云桌面機房對于網絡的要求比較高，這里增加了機房原老舊網絡改造的成本增加，如原機房已經實現1000M到桌面的網絡性能，則無須考慮改造升級。

基于以上的綜合因素考慮，升級一個100臺終端全新的融合云機房，總成本投入大約553000～600000元之間，比傳統的投入要高出大約36.5%。

②技術產品應用能耗核算對比

隨著計算機集成水平的逐漸提升，性能同樣出眾的一體機已經在各高校機房中普遍采用，本融合云桌面方案也是基于一體機的產品做出能耗核算效能比較，具體如表2，本表的數據統一按照額定功率計算，但是實際運行過程中，功率會有一個波動區間，大概基于額定功率的30%～50%，所以PC模式的實際功耗會大幅度下降，融合云模式需要有服務器的后臺支撐運行，所以也要增加一部分功耗，最終的表現來看，融合云胖終端模式的能耗為傳統PC的50%左右，在用電成本上，融合云產品優勢明顯，能充分響應國家節能減排的號召，符合綠色環保要求。

③技術產品應用管理效率對比

采用多架構融合技術的桌面云在使用了一個學年后，從多個維度進行了管理效能量化指標衡量并測算，具體如表3所示。

從相關數據可以明顯看出，融合云架構管理模式在特定產品的加持下，可以大幅度提高機房管理效率，從而可以實現碎片化管理機房的可能性，對于突發性需求變化也可以從容應對，提升了機房管理的彈性[8]。不僅如此，在實際管理過程中，涉及眾多專業化軟件的安裝服務時，基于規模化授權的安裝模式，融合桌面云模式的個性化安裝效率明顯優于傳統PC模式。

3）融合云技術應用效果教師反饋數據驗證

融合云桌面機房經過一個學年的投入使用，針對機房使用特點，制定了相關網絡問卷，通過發放給機房授課的資深教師（此類教師都有過傳統機房和融合云機房使用的經驗，所承擔的課程既包括公共課，也包括各個學院的專業課程，所使用的軟件分布較廣，可以形成有效對比），總共形成了32份答卷。問卷設置分別從機房環境、系統運行的速度、穩定性、電子教室使用的功能性和便捷性，以及與傳統機房使用的總體使用感受來比較，具體形成報告如表4。

根據問卷數據，可以得出明顯的結論：無論承擔哪門課程的教師對于融合云機房的總體使用效果非常認同，認為融合云機房能夠為他們提供較好的實驗平臺環境，大幅度提升了教學效果和體驗。但是由于個別的軟件對于機器的性能要求較高，在限定的資金投入下（學生端無配置獨立顯卡），所以無法100%滿足。

6 結束語

從融合云技術產品的投入與使用整個過程，再到最終的應用效果評價來看，雖然在建設初期的一次性成本投入上比傳統PC模式高出1/3左右，但是在壽命期內的整體維護成本可以得到有效控制，最突出的是，該方案在提升綜合復合型教學機房使用效能上有顯著的效果，并且可以實現碎片化的突發需求管理，保證了教學考試等秩序的順暢開展，融合云機房方案可以大幅度減少管理人員的數量，減少現場處置故障的時長，是未來該類機房的升級改造的趨勢，值得在各大高等院校中大力推廣使用。

參考文獻：

[1] 雷顯臻，張晶.多種架構的桌面云模式選型及融合場景解決方案研究[J].智能城市，2020，6（20）：16-17.

[2] 劉全，黃維平.基于云桌面的高校計算機機房建設模式研究[J].中國地質教育，2020，29（4）：11-15.

[3] 姚倩.基于VOI模式的教學機房多環境管理系統的設計研究[J].中國信息技術教育，2020（S3）：171-173.

[4] 謝胡林.基于多種模式的云桌面技術在高校各類應用場景的研究[J].電腦與電信，2019（11）：46-48.

[5] 張海峰，狄明遠，朱光明.基于融合模式的高校教學桌面云建設模式研究[J].信息與電腦（理論版），2021，33（17）：238-241.

[6] 肖光華.云桌面與傳統PC在高校信息化機房建設中的比較研究[J].軟件導刊（教育技術），2019，18（8）：91-93.

[7] 莊月青.云桌面在高校教學的應用研究[J].科技經濟市場，2021（8）：139-140.

[8] 高沙沙.云桌面在教學實驗基地的實際應用[J].福建電腦，2021，37（2）：128-130.

收稿日期：2022-03-09

作者簡介：盧暢（1979—），男，浙江臺州人，高級實驗師，碩士，研究方向為計算機技術在各個領域的應用;徐光明（1978—），男，浙江紹興人，工程師，碩士，研究方向為信息管理和數據庫應用技術。