云桌面技術在經管類實驗室建設中的應用

令狐新榮

（貴州財經大學 貴州 貴陽 550025）

0 引言

經管類實驗室是利用全科的計算機技術，對某一學科或相關專業進行實驗研究，并在該領域內取得一定成果。電子科技和制造工業發展速度不斷加快、資源需求量越來越大以及高校辦學規模日益擴大等諸多因素，使得其對于實驗室建設的要求也日趨復雜化與智能化。近年來，國內各院校均針對如何提高儀器設備自動化程度而展開了大量的研發工作及應用，其中經管類技術便是被廣泛應用于全科實驗教學中的一種重要基礎性工程[1]。本文以經管類實驗室建設為主題，分析云桌面技術在經管類實驗室應用中的優勢，為經管云實驗室建設提出建議。

1 云桌面技術概述

云桌面是一種工作臺，它在用戶的電腦屏幕上呈現，不過實際上它是一種虛擬化的設備，一切的運算工作都在遠程服務器中完成[2]。云桌面一般是指普通的個人電腦或瘦客戶機器，如智能手機、PAD等。這種終端能夠使用瀏覽器和專門的應用軟件，連接到位于服務器上的個人桌面上，就如同一般的個人電腦那樣。云計算也是近年來IT科技的一種熱點與發展趨勢。維基百科也把云計算描述為一個以互聯網技術為核心的計算方法。云計算的核心理念就是虛擬化，大體上可以劃分為服務器虛擬化、存儲虛擬化、應用虛擬化、桌面虛擬化，桌面虛擬化是最貼近個人的一項技術，它主要是通過虛擬化技術來保證桌面應用的安全性和靈活性。無論何時何地，所有的裝置都可以登錄到屬于自己的電腦。而作為云桌面技術的基石，臺式機虛擬化技術也是一項完全建立在“云計算”之上的技術。

云計算桌面技術取代了傳統PC，采用了一種強大的服務器集群部署策略，將多種應用以虛擬軟件技術為核心，向不同的后臺用戶提供服務，實現了桌面和后臺服務器的連接。據調查，2014年至今，云桌面在大學實驗教學中的應用比例已達28.88%。云計算平臺技術為實驗室的建設與管理提供了極大的便利。使用瘦客戶端作為終端，可以極大地降低系統的建設費用；采用后臺服務器對各終端進行統一管理，無需對不同型號、不同批次的計算機進行區分，節約大量的工作；可以針對不同的教師，甚至是同一門學科的教師，提供不同的實驗環境，并可以在不同的課程中，安裝不同的軟件，讓不同的學生和教師可以自由選擇，而且不需要擔心兼容問題；同時，實驗室管理員也可以通過管理端遠程控制各個終端，便于對各個終端進行統一的監視與管理，極大地提高了工作效率。

2 云桌面技術在經管類實驗室建設中的意義

經管類實驗室的主要功能是對各種儀器、設備進行操作，其特點就是具有較高的技術含量，并且需要很好的控制[3]。而云桌面實驗系統則能夠實現以上所述要求。因此，在經管類實驗室建設中應用云桌面技術有著十分重要意義。（1）使用該軟件可以將常規實訓教學和專業理論課相結合，提高學生對知識點及相關概念體系有更深層次的理解，使課堂所學得以程序化、流程化，從而達到提高課堂教學效果的目的。（2）使用該軟件可以使實驗過程更加流暢。傳統實訓室通常是由實驗室統一配置，各工種間缺乏交流，而云桌面技術則能夠在短時間內實現師生之間、學生與學生之間的良好溝通和協作學習，加強對課程知識點及相關理論體系的深入理解，培養出綜合素質高且操作性強的人才。（3）該軟件能夠幫助實驗人員更加輕松地完成工作，提高工作效率和質量。云桌面技術在經管類實驗室建設中的應用，有利于實驗人員從傳統實訓室模式下解脫出來，實現教學任務信息化及創新性發展。

3 云桌面技術支持

利用云桌面的優勢，將云桌面技術應用于計算機實驗室的管理中，有利于計算機實驗室實現快捷化、信息化和智能化管理。

云桌面采用中心機房服務器虛擬化、本地終端桌面遠程訪問控制、網絡動態調配等技術構建平臺，采用虛擬機代替物理計算機作為實驗室教學環境，從而解決了傳統的計算機實驗室在建設、維護和管理過程中出現的問題[4]。計算機實驗室云桌面平臺的系統架構如圖1所示，可以分為三部分：虛擬桌面資源池、桌面虛擬化系統、終端設備。

3.1 虛擬桌面資源池

服務器配置在中心機房，將服務器的CPU、磁盤、內存、I/O等硬件資源集成動態管理的“資源池”，將一臺服務器虛擬成N臺服務器，提升了服務器的資源利用率，發揮了服務器集群的高可靠性與高穩定性，實現了透明負載均衡處理、故障自動切換備用、存儲容量適時可調、動態智能遷移數據、系統自動重構配準等功能。

3.2 桌面虛擬化系統

為桌面終端用戶提供統一身份與認證、統一資源訪問與控制、統一用戶桌面創建與啟動等功能，實現以更低成本、更穩定、更安全地交付、反饋和控制桌面資源，虛擬出N個云桌面操作系統實現人性化的點對點服務。

3.3 終端設備

終端是一個嵌入式操作系統的設備，使用服務器配置的資源，通過TCP/IP協議遠程訪問運行在服務器上的虛擬桌面，通過輸入外設在虛擬桌面上的操作，向服務器發送操作指令并返回響應，完成終端的作業機制功能。

4 對云桌面技術的需求

4.1 硬件方面

桌面虛擬化是一個系統工程，需要主機、上網條件、網絡、終端設備，以及軟件兼容性等系統協同發揮作用。首先把整個系統的所有桌面軟件都統一配置在主機上，整個系統的所有資料也都集中存放，然后客戶就能夠在任何時候、任何地方，使用瘦客戶機、筆記本電腦、手機等終端設備進行使用和訪問[5]。經管類實驗室通常會擁有多種桌面數據庫，在開展系統構建的實踐中，必須按照具體要求以及客戶對軟件選擇和應用現狀來選取各個類型的資源。（1）對于數據管理平臺和信息管理系統來說，通過云終端將各組設備存儲到云端服務器上，以文件形式存入并能被訪問或定制后可以與其他相關應用連接；而采用了基于分布式服務于桌面資源庫系統的云臺，則可直接在網絡中進行操作控制及運行監控等功能。（2）對云臺的控制來說，由于經管類實驗室都有很多資源庫，因此在進行數據管理平臺及信息管理系統建設時，需要根據用戶需求選擇不同類型或型號的桌面資源，并通過云終端將各設備存儲到服務器上、且能被訪問或者定制后可以與其他相關應用連接。由于經管類實驗室大都有多個桌面資源庫，在進行系統建設時，需要根據不同需求選擇相應類型和型號的虛擬機及存儲器。

4.2 軟件方面

以ThinputerOVP虛擬化系統的管理平臺為例，該平臺能夠完成對所有用戶服務器的統一集中管理，并為虛擬化系統進行了高可用性。虛擬式是一個把物理硬件和操作系統完全分開的抽象層，使它具備了很大的資源效率和靈活性，通過虛擬化系統可以讓多臺虛擬機相互獨立地在同一個物理主機上工作，比如WindowsServer2003Server和Linux等操作系統。經管類實驗室中的軟件大多以數據處理為主，但因為桌面計算能力限制，以及對于數據的長期保存、運算方面還存在著諸多不足。例如：（1）對設備資源要求過高。經管類實驗系統是一個集信息儲存和分析及操作于一體、在綜合環境下進行管理與控制的一體化復雜工作系統，它需要大量且種類繁多功能齊全的軟件來支持其正常運行并實現實時監控和動態變化，因此，在經管類實驗室中，需要有一套完整的、自動化程度高且性能良好的軟件來支持。（2）系統缺乏實用性。由于桌面計算能力有限及對人員要求過高等原因，本實驗主要以數據處理為功能核心進行設計與開發工作，同時結合實際情況加以改進和完善其不足，使之能夠滿足用戶在不同環境下、不同實驗室間的需求。（3）系統功能單一。經管類實驗室主要是為企業提供數據的儲存、管理及分析，其本身不具備完善性，因此，在本實驗中只選擇一個較為成熟和穩定且能滿足需求的軟件進行應用設計與開發工作。

4.3 管理方面

經管類實驗室的管理方面，采用基于云桌面技術的實景模擬系統。通過虛擬儀器，對人員、設備和物品進行全面監控。在實驗過程中使用了多臺電腦同時控制多個功能模塊組成一個完整的管理系統；以單片機為核心單元建立了數據采集與傳輸網絡，并將其集成到實驗室內的局域網上實現遠程操作及相關信息存儲等工作流程平臺；采用基于管理方面的云桌面軟件架構設計，通過實景模擬系統對人員、物品和設備進行全面監控。系統在進行實景模擬時，通過對人員、設備和物品的監測，實現了資源共享及信息采集，滿足實驗室安全管理需求。

5 云桌面技術的應用

5.1 云桌面VDI、IDV和VOI三種模式

（1）VDI是一種集中操作、集中存儲的虛擬桌面體系結構，它的虛擬化技術、計算能力、存儲資源全部集中在服務器上，而客戶機則不需要運行軟件和存儲[6]。在此基礎上，用戶可以根據用戶的實際使用狀況，對服務器和存儲資源進行靈活配置，每個臺式機都是一個獨立的操作系統，可以實現邏輯上的完全隔離。如圖2。

（2）IDV采用集中存儲和分布式操作的虛擬桌面結構。后臺集中了數據存儲，局部存儲了鏡像，客戶端在本地虛擬機上運行了虛擬桌面，并支持離線操作。這種方式不需要太多的網絡依賴性，不需要大量的圖像和視頻的傳輸，而是分散到各個終端，并由后臺服務器來實現對各終端的統一管理。如圖3。

圖3 系統運行虛擬機

（3）虛擬操作系統的基礎設施（VOI）也是以中央化的方式進行，并以分散的方式進行操作。客戶端負責數據的存儲和程序的操作，而服務器端負責系統的管理。當客戶機開始時，必須把操作系統和應用程式從伺服器裝入本地快取，并且也可以脫機。VOI的核心是 PXE無磁盤+高速緩存，總體結構和IDV差不多，只是沒有虛擬層。

5.2 云桌面系統架構主要分為管理層、資源層和訪問層

（1）管理層：服務器虛擬機，它主要負責臺式機的云架構和管理軟件的統一部署、管理、運行和監控。一方面，部署、配置和管理虛擬資源層的網絡，另一方面，保證網絡的正常運行，管理用戶的權限和系統的安全性。

（2）資源層：云上的虛擬化桌面環境以及虛擬化的應用，這些應用可以是用戶的私人云，也可以是華為云、阿里云、聯通云。

（3）訪問層：它主要是為用戶提供一個統一的桌面云接入入口，并利用傳送協議在客戶端上實時地顯示數據。

5.3 云桌面技術在電子政務領域應用分析

隨著行政服務中心業務規模不斷擴張，對現有的各種軟硬件設施升級擴充，實現政務服務2.0建設，推動“最多跑一次”升級改革。云桌面在電子政務領域節約運維成本、提升運維效率、提高數據安全保障、提升節能環保效果、推動軟件正版化。（1）用戶C盤系統空間不小于25 G，操作系統自帶通用辦公軟件及其他必要應用軟件，用戶D盤存儲空間要求不低于50 G，用于存放用戶數據。（2）內存不低于1 G，支持政務辦公和其他多媒體應用播放。（3）上網行為管理，只允許上固定網站，如浙里辦、電子政務網等固定網址。（4）網絡安全方面，用戶手機上傳微信的文件需要排除安全隱患。（5）IP地址需求規劃，規劃需要的內網地址和外網地址。（6）行政服務大廳可管理各個街道辦事處的桌面云。

5.4 云桌面技術在公共圖書館應用場景分析

對公共圖書館電子閱覽室分散部署的傳統臺式電腦進行批量更換，向讀者提供館藏書目查詢、讀者借閱查詢、自助續借和政務外網信息查詢等服務。目的是減少老舊臺式機網卡模塊故障導致的斷網現象，增加資源部署彈性，提高用戶讀者上網體驗。云端管理功能：（1）自動化批量部署安裝功能，集中部署，跨網段接入功能。（2）終端分組管理，不同的終端劃分成不同的群組進行管理。（3）統一規劃客戶終端電腦及IP 地址功能。（4）批量鏡像制作、上傳到云端、分發到客戶終端、批量更新功能。（5）具備B/S、C/S架構系統管理，記錄服務端用戶操作的日志審計功能。

客戶端功能：（1）用戶的網絡行為管理。（2）工作日程安排特性，如喚醒、重新啟動、關閉客戶端。（3）客戶端的每一個邏輯磁盤都設置了恢復后的恢復保護。（4）客戶端系統桌面管理功能，如禁用USB類存儲設備、禁止修改IP等。（5）具有離線和有線兩種模式開機模式操作，可以在服務器網絡發生故障時，進行離線操作，確保系統服務的連續性。

5.5 云桌面技術在醫療領域應用分析

根據臨床護士輪班工作的特點，結合醫院的數據安全與管理需求，采取多名醫務人員共用一套云平臺，可大大減少醫療器械的采購費用。同時，每個醫護人員均配有一部單獨的計算機，對各種計算機進行防護，以保證終端的安全運行，提高醫護人員的操作經驗。（1）個性化桌面：根據科室醫生的需求，配備了專門的云臺，每個員工都有自己的工作號，并按照自己的喜好來操作。在此基礎上，利用防火墻、網閘等技術，將各應用程序服務器與前臺分別置于獨立的網絡環境中，以保證系統的安全。科室醫生登錄自己的賬號，就能登錄到各個科室。（2）高效的管理要求：醫院的信息化工作人員可以在后臺進行統一的部署、更新、發布，遠程處理各類軟件的故障，加快清理工作，改善醫療服務，減少醫療糾紛，提升IT運行效率。（3）資料安全管理：將醫療記錄與健康檔案儲存在云端，為移動計算機終端的使用及傳送的安全性提供很好的保證。同時，對外部設備的權限進行了集中控制，防止了病毒的侵入，也防止了醫學數據的泄露。（4）節能管理：每部瘦終端約15 W能量，與傳統臺式機200 W的功耗相比，可節省電能90%，滿足了國家節能醫院的需求。

6 結語

云計算技術在管理類試驗室設計方面發揮著重要的促進作用,它可以顯著降低設計成本,提升管理水平,提高客戶體驗,有著其他一般實驗室所無法比擬的優勢。把云桌面信息技術引進到經管類實驗室,是對先進信息技術應用課堂教學中的一種有益的探索,也是對課堂應用的一種有效的創新,它有力地變革了原來的試驗室使用模式,使學校信息化工作再上新臺階。