基于云桌面技術高校機房建設方案

山東農業大學信息科學與工程學院 賀安坤 周筑南 王婷婷

文章分析了目前高校機房管理中存在的問題，介紹了云桌面技術的優勢，提出了一種基于云桌面技術的機房建設方案。該方案能夠顯著提高計算機機房的信息化水平，能夠更好的為計算機課程的實驗教學、實訓、大學生創新創業等服務。在實際應用中效果良好。

隨著信息技術的不斷發展，高校各專業培養方案里都設有計算機公共課，除計算機類專業外還有很多其他專業增加了計算機類課程。因此計算機實驗室已成為了學校實驗、實踐及實訓的重要場所，也是大學生創新創業的重要場所。為了滿足日益增多的計算機實驗教學，機房的建設規模也越來越大，軟硬件投入也越來越多。傳統機房建設方案成本高，且使用周期短、存在計算機品牌、型號和性能的差異，從而增加運維難度，同時還存在資源分散、利用率低、資源共享困難等問題，顯然已不能滿足實驗教學和實訓要求。因此研究建設高效的機房是非常必要的。隨著云計算技術的發展，高校機房逐漸由傳統的建設管理模式，轉向基于桌面虛擬化技術的集中云管理輕量化客戶端模式。從而實現資源充分利用、按需分配資源、隨時隨地獲取資源；在管理方面具有實施相對容易、管理成本較低、擴展性強、運行維護的成本低等優勢。因此，云桌面技術在高校機房管理中越來越普及，也是將來發展得必然趨勢。

1 傳統機房管理存在的問題

傳統的機房管理過程中主要存在以下幾個問題：

（1）硬件配置參差不齊：由于計算機采購的數量和時間不同，導致各機房之間出現不同機型，難于集中管理，硬件更新速度慢，機器逐漸老化，系統的安裝和維護越來越困難。

（2）機房運維成本高：計算機硬件的質保超過3 年后故障率不斷升高，硬件的維修成本逐漸增加，新版軟件越來越大，新技術課程和相應軟件對計算機的配置要求越來越高，維護和管理難度隨之增加。

（3）資源共享困難：各個機房的計算機不能很好地實現資源共享,致使各個機房的建設和維護都基本相同，造成大量人力、物力、財力的浪費。

（4)安全性低：機房的交換機及網線更新不及時，有的甚至老化，網速慢，系統及軟件更新用時長，學生使用U 盤頻繁，對系統安全造成很大威脅。數據保存在本地計算機上，這樣很容易造成數據信息泄露，數據的信息安全性低。

（5）用戶體驗差：學生與教師互動性不強，學生的疑問不能及時得到老師的答復，只能在有限實驗課上完成老師布置得的實驗任務。老師課堂外無法了解學生的學習情況，無法得知學生對知識掌握情況。

2 云桌面優勢

2.1 云桌面介紹

云桌面技術是云計算的一個重要分支，是一種基于虛擬化技術的終端操作系統交付與管理方案，能夠針對實驗教學、實訓的各種場合，量身定做所需要的應用模板。終端用戶可以方便的利用遠程桌面傳輸協議、虛擬化磁盤讀取指令、虛擬地址映射等多種技術手段，實現模板的本地化呈現。用戶無需考慮本地設備的硬件配置、軟件的安裝以及數據計算和存儲的問題，從而完成客戶端的輕量化實現。通過這種架構徹底忽略用戶終端的軟硬件差別，同時滿足使用者在任何地點、任意時間來使用桌面進行學習，從而顛覆了以往以設備為中心的桌面使用方式，轉化為以人為中心的桌面使用方式。

近幾年，在高校信息化建設中已將云桌面技術廣泛應用于實驗教學和辦公中，目前云桌面主要有三種主流技術架構：（1）虛擬桌面基礎架構（Virtual Desktop Infrastructure,VDI），該結構為智能分布式計算帶來出色的響應能力和定制化的用戶體驗，并通過基于服務器的模式提供管理和安全優勢，但VDI 需要流暢、穩定的網絡連接，尤其是大部分資源依賴服務器端，客戶端是輕量級的。（2）虛擬操作系統基礎架構（Virtual OS Infrastructure,VOI）技術最顯著的特點是不全部依賴后端服務器資源，而是可以充分利舊用戶終終端計算機資源，以處理計算及圖形應用，同時對網絡和服務器的依賴性大大降低，即使遇到網絡中斷或硬件故障時終端也可以繼續使用。（3）智能桌面虛擬化架構（Intelligent Desktop Virtualization，IDV）最早是由英特爾提出，IDV 的數據存儲集中在服務器，鏡像存儲在本地，減少了服務器的負擔，因此離線是可用的，但是安全性會略低于VDI，由于IDV 的終端配置高，計算分布在終端，整體性能優于VDI，但終端成本大大增加。

2.2 云桌面優勢

云桌面方案的優勢就是可以根據個性化需要，提供相應的教學環境。老師與學生通過網絡平臺登錄云桌面，并針對實驗內容和教學方式等選取最適宜的桌面場景，以便更好的推進實驗教學的實施。同時，通過云桌面還可以進行遠程教學的開展，教師在任何時間、不同地點均能輕松登錄云桌面。可以隨時把預先設計好的教學課件以及相關資料上傳到云端平臺，以實現教師對教學課件內容的講解。云桌面技術還能改善資源共享、降低維護成本、增加安全性、實現節能和減排。具體優勢如表1 所示。

表1 云桌面技術優勢Tab.1 Advantages of cloud desktop technology

3 云桌面建設方案

云桌面技術的架構選用就高校來說，計算機實驗室擔負著不同的實驗教學、實訓、學生創新和考試等任務，根據學校不同的要求，不同的應用場景應采用不同的云桌面解決方案，以實現投資最合理、資源使用最充分以及運行維護最簡單。VDI 架構方案對服務器和網絡的要求較高，但是后期升級運維及升級管理方便，非常適合公共機房建設，文章討論了一種基于VDI 技術的機房建設方案。在實際運行使用中，效果良好。

3.1 系統整體架構

VDI 云桌面架構是深度融合桌面虛擬化和服務器虛擬化技術，將計算、存儲、網絡資源集中到后臺數據中心，實現統一調度管理，將資源的利用率最大化，通過云終端即可快速實現云桌面一站式交付解決方案。通過使用服務器虛擬化和桌面虛擬化技術來生成多個虛擬機，客戶端設備可以像訪問本地安裝的桌面一樣訪問桌面。VDI將計算資源部署在服務器上，進行集中管理。整體架構如圖1 所示。

圖1 系統整體架構Fig.1 Overall system architecture

3.2 系統主要功能模塊

3.2.1 服務器虛擬化系統

通過將服務器物理資源抽象為邏輯資源，將一臺服務器轉化為多臺甚至上百臺獨立的虛擬主機，打破物理界限，使CPU、內存、硬盤、I/O 等硬件成為動態管理的“資源池”，從而提高資源的利用率，簡化系統管理，實現服務器集成。主要功能如下：

（1）實現CPU 虛擬化、網絡虛擬化、硬盤虛擬化、顯卡虛擬化；

（2）生成多臺虛擬電腦主機，虛擬硬件配置可按需求動態調整；

（3）虛擬電腦主機可以在多臺服務器上遷移；

（4）將多臺物理服務器變成可統一管理的資源池。

3.2.2 桌面虛擬化系統

桌面虛擬化是指將用戶的終端系統（也稱作桌面）進行虛擬化，從而實現桌面使用的安全性和靈活性。用戶可以通過手機、筆記本電腦等聯網設備，在機房以外，任何時候來訪問桌面。在具體機房建設中，為了滿足公共課和其他計算機類課程的需要，設置公共教學桌面和個性桌面兩種。

（1）公共教學桌面：公共教學桌面是針對計算機公共課實驗教學定制的場景桌面，針對于公共機房、實訓機房、語音機房等公共桌面資源場景，實現桌面與終端的一一綁定，用戶在使用過程中無需通過身份驗證即能訪問場景開放的資源，提升公共桌面資源場景用戶體驗。

（2）個性桌面：個性桌面是針對于具有個性化需求、對資源和數據具有一定安全和權限要求的場景，實現桌面與用戶的一一綁定，用戶在使用過程中需要通過身份驗證才能夠訪問的個人資源，同時個人資源無法被其他用戶訪問，確保環境的個性化和數據安全需求。

3.3 桌面管理平臺

桌面管理平臺包括云桌面管理模式、鏡像管理、多系統發布、桌面級管理、智能排課、權限管理等，具體如下：

（1）云桌面管理模式：支持終端掛載多個操作系統，實現系統的還原與不還原切換。終端設備可以設置為模板，添加的終端可自動同步模板參數。同時對終端設備進行統計和管理，包括MAC 地址、IP 地址、系統版本等。

（2）鏡像管理：提供鏡像版本功能，對鏡像可創建不同版本號，不同版本可以安裝不同軟件，管理員可自由指定使用某一版本，支持版本合并。終端可以掛載多個鏡像，用戶能夠自由選擇所需的環境。

（3）支持多種系統發布：支持Windows7/10 系統、Windows Sever、Linux 系統等鏡像發布。具有鏡像修復功能，系統崩潰后在管理平臺能夠快速還原或修復。

（4）桌面級管理：支持批量創建、修改、刪除云桌面群，支持已創建的云桌面與機房自動關聯，無需手動配置；云桌面群支持多種模式，有隨機還原桌面、靜態還原桌面、靜態不還原桌面等。

（5）智能排課：支持智能排課系統，可通過配置使云桌面與課表聯動，自動切換至所需鏡像，老師上課前無需花大量時間準備環境，學生亦無須等待系統切換或其他環境準備操作，更加符合教學管理要求。

（6）權限管理：支持分權管理，管理員能夠自定義管理權限。管理員可批量創建用戶或導入用戶，用戶可自動與域用戶同步。分級管理明確，平臺具有很好的管理機制和穩定性。

系統功能模塊還包括預警系統，用以全面了解云桌面、云服務器、網絡傳輸資源的使用情況、性能和運行狀況，對萌芽異常進行預警，提前解決避免事故的發生，并對故障原因進行分析，提供初步解決方案。

4 結語

云桌面技術對于高校機房的建設具有非常高的應用價值，能夠充分發揮其技術優勢，有效避免傳統機房存在的問題，從而更好地提高資源的使用效率。當然，云桌面技術也有它的缺點，體現在對服務器和網絡要求高，如果服務器資源不足，網絡帶寬不足、不穩定都會直接影響云桌面的使用。

引用

[1] 張建華,羅應機,肖中正.云桌面技術在計算機實驗教學中的應用研究[J].電腦知識與技術,2021,17(19):114-115.

[2] 閔昌兆.云桌面技術在高校計算機實驗室建設中的運用[J].輕工科技,2021,37(4):83-84.

[3] 鄧文鋒.基于云桌面技術的計算機實驗室應用研究[J].電腦知識與技術,2021,17(13):200-201+204.

[4] 夏王霞.云桌面技術在計算機機房管理中的應用[J].數字技術與應用,2020,38(2):40+42.

[5] 劉凱,閆東.高校計算機實驗室信息化建設探討[J].電腦知識與技術,2021,17(21):209-210.

[6] 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.