云桌面技術在計算機實訓室建設管理中的應用

劉 明

天津中德應用技術大學 天津 300350

在教學活動中，相比于普通高校，應用技術類高校的計算機實訓室承擔著更多實訓類教學課程、組織在線考試、培養學生實踐操作技能等教學任務。在信息化時代背景下，隨著教學內容的改變，對計算機實訓室建設質量、管理水平提出更高要求，傳統計算機實訓室建設模式缺乏適用性、硬件設備使用壽命短、安全防護系數低、管理流程煩瑣等，而對云桌面技術的應用為計算機實訓室的建設管理提供了全新方向。

一、云桌面技術概述

(一)技術含義

云桌面技術也被稱為桌面虛擬技術，依托虛擬技術，對內存、顯卡等硬件設備加以虛擬化處理，通過網絡與虛擬服務軟件來支撐桌面操作系統運行，用戶通過PC機、手機、平板電腦等終端設備直接訪問云桌面系統，即可直接開展物流模擬、上機考試、用戶信息儲存管理等操作。簡單來講，云桌面技術向用戶提供一個可通過任何設備、在任何時間與地點直接訪問并執行統一操作的桌面系統。

(二)云桌面架構類型

現階段，在高校計算機實訓室建設方案中，常用的虛擬云桌面系統架構分為VDI虛擬桌面基礎架構、VOI虛擬操作系統基礎架構、IDV智能桌面虛擬化架構、RDS遠程桌面服務架構四種，不同類型系統架構的適用范圍、使用功能與用戶體驗存在差異性，需要根據實際需求加以選擇。

第一，VDI架構是一種采取集中計算、存儲方式的虛擬桌面架構，將全部客戶機數據在同一服務器端進行運算、管理，用戶訪問操作系統環境，此類系統便于集中管理、數據安全得到保障，具備桌面移動條件的優勢，但依賴于穩定的網絡環境，在網絡中斷連接情況下無法有效使用。

第二，VOI架構是一種分布運算、集中存儲的系統架構，并未在系統中設置硬件虛擬化層，用戶可根據自身需求，在本地緩存操作系統與程序軟件，實現在離線狀態下正常運行的目的，有著數據安全系數高、提供傳統PC機體驗、網絡環境不影響上機操作的優勢。

第三，IDV架構與VOI架構較為相似，均采取分布運算、集中存儲方式和具備離線運行條件，主要區別在于服務器端布置系統鏡像，在客戶機訪問云桌面系統時，直接經過本地虛擬機即可實現訪問，無須在運行期間持續傳輸、下載大量圖像資料。然而，采取IDV架構的云桌面系統存在客戶機性能要求高、保持客戶機相同配置、系統兼容性差的局限性。

第四，RDS架構是在RDP遠程桌面協議基礎上發展演化形成，適用于連接Windows系統的計算機實訓室，向用戶提供良好、穩定的桌面體驗，且數據安全性得到明顯改善。

二、云桌面技術在計算機實訓室建設管理層面的應用價值

(一)保障網絡與操作安全

在早期計算機實訓室使用期間，由于不當操作和訪問存在安全隱患的網站頁面，病毒通過網絡傳播入侵PC機，引發丟失信息和系統、程序、文件損壞等問題，并造成實訓資料與實驗結果丟失的后果。針對這一問題，部分高校采取配置還原卡與提供公用網盤的應對措施，在操作期間同步將數據資料上傳至公用網盤備份，在出現數據丟失、文件損壞情況時，自動下載備份資料數據。然而，由于在校內上外網速度穩定性較差，公用網盤的使用體驗不佳，時常出現數據備份失敗、網絡中斷問題，需要額外使用自備U盤自PC機本地拷貝數據資料，在下次實訓課堂上將數據導入，操作流程煩瑣，占用大量的教學時間，還有可能因U盤自帶病毒造成網絡入侵。

云桌面技術的應用，可以充分保障網絡及操作安全，規避潛在的安全風險，預防多種問題出現。一方面，云桌面系統應用到全新的NoDateUSB技術，在終端設備接入U盤等外接設備時，對外設進行數據安全校驗，將檢驗結果發送至服務器，在安全校驗通過后，再向用戶提供外設服務，開放一部分的訪問權限，反之，在安全校驗未通過時，用戶將無法正常使用外接設備，如系統拒絕執行向存在安全隱患U盤導入本地數據或服務器數據的指令。另一方面，云桌面系統屬于SDN網絡體系，構建具備獨立性特征的隔離網絡，對數據實施隔離保護，由數據中心將相關信息資料分配至對應的虛擬網絡，各虛擬網絡間不具備溝通、數據往來權限，保護效果等同于物理隔離。

(二)控制計算機實訓室建設成本

計算機實訓室的建設成本來自硬件配置、軟件采購、運營管理三方面，各方面建設成本都較高。其中，硬件配置成本高的原因在于需要配置大量的計算機設備，盡管優先采購價格適中的低配計算機，但在計算機使用期間，受到自身老化、不規范操作、環境條件等因素影響，實際使用壽命僅為5～7年，遠低于其標準壽命，頻繁更換硬件設備而產生高昂成本。軟件采購成本高的原因在于，需要在各臺PC機上均采購、安裝正版軟件與操作系統，包括ERP軟件系統及各種工具軟件、模擬軟件等，因重復采購這類系統軟件而產生高昂的成本。運維管理成本高的原因在于，采取人工巡查、故障診斷、設備檢修等方法開展維護保養工作，由于配置大量物理設備，要求高校需要組建一支規模龐大的管理團隊，產生高昂人力成本，同時，因物理設備時常出現故障問題，還需儲存大量的備品備件，備品采購、庫存成本也將納入運維管理成本范疇。

相比之下，對云桌面技術的應用，將同時從硬件配置、軟件采購、運維管理三方面著手，將計算機實訓室的前期建設與總體使用成本控制在合理范圍內，減輕學校的財務負擔。首先，在硬件配置方面，配置少量的高配置計算機來取代大量低配置計算機，雖然單臺計算機的采購價格有所提高，但硬件設備的總體配置成本明顯降低。同時，云桌面系統對硬件設備的性能要求較為寬泛，硬件設備的使用年限由5～7年增長至8～10年。其次，在軟件采購方面，僅需單次采購各類型操作系統與軟件產品，依托云桌面系統創建虛擬機鏡像模板，根據學生數量批量生成虛擬機，學生提前登錄賬號來下載實訓資源、加裝操作程序與軟件即可，無須反復采購。最后，在運維管理方面，管理內容由物理設備維護轉變為云端服務器集群維護，學校建設一支專業性極強、精簡的管理團隊即可滿足計算機實訓室管理需要，節省大量的人力成本。同時，隨著物理設備種類與數量的減少，僅需配置少量備品備件。

(三)資源靈活分配

不同專業實訓課程對CPU、內存等硬件設備的性能要求不一致，為滿足全部專業實訓教學需要，在計算機實驗室建設方案中普遍選擇預留冗余性能的建設思路，安裝高配置硬件設備，設備性能沒有得到充分利用。與之相比，云桌面系統具備自動分配計算機資源的功能，由用戶向系統提出申請，在申請審批通過后，向用戶分配相應的計算機資源，或是根據所下載操作系統與軟件程序來判斷資源需求、生成資源配置方案。例如，在開展計算機應用、圖形設計類實訓教學活動時，向用戶分配更多的計算機資源，而在開展經營管理類實訓教學活動時，向用戶分配少量計算機資源即可。

(四)連續性開展實訓教學活動

在傳統計算機實訓室使用期間，受到課程時長限制，無法一次性完成實訓教學活動，而是需要分多次進行，學生使用U盤等外設在計算機中導出實驗結果與相關資料，在下次實訓課堂上，在初始化的實操軟件上重復開展前期已完成操作，操作流程較為煩瑣，還將占用一部分的教學時間。其根源在于，為滿足其他用戶的使用要求，在計算機重啟后，會對操作系統與軟件程序執行初始化操作，清除歷史操作記錄。云桌面技術的應用，向用戶提供定制服務，在用戶認證通過后，系統將用戶信息、系統及軟件程序操作過程上傳至云平臺儲存，在下次登錄后，進入專屬實訓環境，直接顯示上次退出賬戶時的系統界面，不會對操作系統和軟件程序執行初始化操作，無須重復開展前期操作。

三、云桌面技術在計算機實訓室建設管理中的應用策略

(一)優化云桌面系統架構

云桌面系統呈現出硬件資源集中、承載大量終端用戶接入的趨勢，具備了實訓室集中管理、實時管理的條件。相比之下，傳統管理方法較為落后，工作流程煩瑣，要求管理人員重復開展PC機狀態檢查、調試等基礎性工作。因此，為實現硬件資源統一管理、虛擬/物理桌面實時監控的管理目標，切實提高管理水平及效率，應對云桌面系統架構進行優化改進，采取設計數據中心、提供桌面連接服務、支持多類型客戶端接入的具體措施。

1.設計數據中心

在數據中心端打造全部服務器中心管理節點，由數據中心完成虛擬機資源分配、管理、配置等任務，并由虛擬機承擔服務器組件運行。如此，管理人員對數據中心進行直接管理，即可完成龐大數據流、硬件資源與終端設備的管理任務。

2.提供桌面連接服務

為滿足實訓教學與實訓室管理工作的開展需要，應在系統架構中設計桌面連接服務功能，開發用戶認證與服務器連接程序，在用戶訪問云桌面系統時，輸入賬號密碼來認證用戶身份，在認證通過后向虛擬系統或RDS主機發送控制指令，與服務器保持連接狀態。同時，要求云桌面系統具備用戶訪問限制、自動分配程序軟件、統一管理遠程桌面、用戶與虛擬桌面實時連接、單點登錄等使用功能，由系統自動管理方式替代人工管理。

3.支持多類型客戶端接入

在終端設備上下載View Agent軟件，使用該軟件保持客戶端、數據中心端以及虛擬應用程序的連接狀態，用戶可以在任何時間、地點與選擇各類型設備來訪問云桌面系統。同時，還將在客戶端提供連接監視與訪問本地終端連接設備等使用功能，便于實訓室管理工作開展。

(二)云桌面系統計算資源規劃

提前收集與分析學生數量、各類實訓課程使用軟件程序等基礎資料，判斷不同情境下所需要的計算資源，以及各桌面系統最少占用的CPU資源，按照1.5倍容量計算CPU資源，按照4GB內存來設計單個桌面系統。同時，遵循高可用性原則，額外設置單臺或多臺物理服務器提供冗余資源，滿足特殊情況下的使用需要。例如，在計算機實訓室建設方案中，按200個虛擬桌面用戶進行計算，單個桌面系統最少占用800MHz CPU資源，采取1.5倍計算方式，CPU資源與內存資源需求量分別為106666MHz和800GB。理論層面上，配置4臺搭載2路8核CPU的物理服務器即可滿足200個虛擬桌面的承載需要，單臺服務器提供204.8G內存和33280MHz CPU資源，為應對突發情況，最終選擇配置5臺服務器。

(三)圍繞云桌面技術建立全新計算機實訓室建設管理體系

在應用云桌面技術的背景下，計算機實訓室的建設要求、管理內容及范圍、使用情況均發生明顯改變，如果仍實施舊有的建設管理方法，不但會影響管理者、教師與學生的使用體驗，同時，還有可能引發服務器癱瘓、系統崩潰等一系列問題出現，造成不必要的損失和影響實訓教學活動開展。

因此，為充分發揮技術優勢，必須遵循實際出發原則，圍繞云桌面技術來建設全新的計算機實訓室建設管理體系。一方面，在實訓室建設層面，分階段多次對原有計算機實訓室進行改建，不得急于求成，在分次改建過程中要充分利用原有軟硬件設施的剩余利用價值，總結經驗，待經驗完善、時機成熟后，再擴大計算機實訓云平臺的建設規模，將其推廣至全校范圍。例如，在硬件改建方面，既要配置全新的客戶端設備，包括高配置計算機、云終端盒子等，同時也要統計舊有可使用的低配置計算機與學生自備計算機，將使用年限少于8年、開機后可進入云終端盒子的低配置計算機作為客戶端接入，向自備計算機的學生提供網絡接口，將高配置計算機的配置數量控制在合理范圍內，避免出現設備閑置浪費問題。另一方面，在實訓室管理層面，管理人員提前與各類實訓課程教師進行溝通，了解實訓課程中需要使用到的操作系統及軟件程序，依托云平臺來批量下載、調試各類操作系統和軟件，教師與學生在訪問云桌面系統時，直接在對應功能欄切換或下載所需系統軟件即可，避免因教師學生操作錯誤而引起系統崩潰。同時，將計算機實訓室管理內容由單臺計算機維護和運行環境管理調整為云端服務器集群維護，重點開展云端服務器防攻擊、防病毒和穩壓等方面工作。

結語

綜上所述，云桌面作為一種新型應用模式，在營造個性化實訓平臺、資源分配、網絡安全保障等方面有著極為突出的優勢，也是計算機實訓室的必然發展趨勢。各高校尤其應用技術類高校應對云桌面技術予以高度重視，從實際出發與高可用性原則，依托云桌面系統分布建立起新一代的計算機實訓室，為師生提供一流的計算機實訓環境。