基于云部署技術的高校計算機實驗室管理實踐探究

郝 琰

(山西工程科技職業(yè)大學,山西 晉中 030619)

0 引言

目前,山西工程科技職業(yè)大學不同院系計算機實驗室分布在不同的實訓樓,日常維護工作量大。 為保證實驗室教學環(huán)境的穩(wěn)定,計算機實驗室采用云部署技術來統(tǒng)一規(guī)劃。 從結果來看,這一舉措有效提高了計算機實驗室的管理效率,解決了很多計算機管理方面的問題,減輕了應對計算機教學活動突發(fā)情況的壓力。

1 計算機實驗室建設以及管理存在的問題

隨著信息技術發(fā)展,計算機成為必要的教學輔助,原來的計算機實驗室出現(xiàn)影響教學發(fā)展的端倪。 當前,學校計算機實訓中心部署采用的是傳統(tǒng)的軟硬件分別安裝配置,硬件和軟件操作系統(tǒng)一對一配比。 從實訓中心計算機環(huán)境的管理和部署來看,主要存在以下問題。

(1)教學環(huán)境維護任務較大。 不同學院開設不同課程所用的軟件版本不同,實驗室管理者往往只能以每個實驗室為單位進行更新維護,工作量大,重復性工作多,尤其在線上期末考試和臨時社會考試期間,教學環(huán)境維護成本較大[1]。

(2)整合實訓中心計算機資源難度大。 學校有部分實驗室仍然采用傳統(tǒng)實驗室管理,計算機性能不同,安裝軟件不同,只能面向單一學科或者課程,無法實現(xiàn)計算機資源共享。 由于實訓中心機器不屬于同一批次,其配置和性能存在著較大不同,全部軟件安裝到一臺計算機的可行性不高,會對計算機硬件造成較大負荷,所以只能在專門實訓室進行相應課程,難以提高實驗室利用效率[2]。

(3)實訓機器安全系數低。 殺毒軟件可以降低一些風險,但遇到一些特殊情況時,管理人員只能用更新系統(tǒng)的手段修復計算機環(huán)境,嚴重影響正常教學活動[3-4]。

2 智能云教室相關技術

云技術也稱云計算,是傳統(tǒng)計算機與網絡技術相結合的產物。 其最重要的思想就是建立“云”處理與計算能力,減少客戶終端處理信息的負擔[5]。 在信息時代,云技術為解決上述問題提供了新思路。 智能云教室是針對PC 終端操作系統(tǒng)及軟件的快速部署、統(tǒng)一維護及管理等量身定制的集中化、智能化、規(guī)范化的云桌面部署方案,其核心功能為:(1)操作系統(tǒng)快速批量部署;(2)客戶端機器保護還原保障客戶端PC 的高性能計算能力。

2.1 云部署技術

云部署技術是一種計算模式,利用互聯(lián)網技術把大量可擴展和彈性的IT 相關能力作為一種服務提供給多個客戶。

(1)P2P 等后臺同步技術。 在客戶端操作系統(tǒng)啟動后,后臺將服務器分配給機器的所有數據同步到本地硬盤,以降低客戶端對服務器端的壓力,大大縮短后續(xù)啟動速度。

(2)采用高性能本地緩存技術。 該技術將服務器交付給客戶機的數據高速緩存到本機,與傳統(tǒng)的云架構相比,大大提高了系統(tǒng)從服務器讀寫數據的IO 性能比。

在云桌面部署中,計算機增量服務器對數據處理如圖1 所示,圖中可以看出數據變化保存本地上傳服務器可以自動創(chuàng)建快照,重啟之后自動部署更新,能夠保持原有軟卡方案的性能。

圖1 增量及部署方案

2.2 智能云教室系統(tǒng)管理方式

教學環(huán)境和教學手段隨著時代的發(fā)展而不斷變化,物聯(lián)網技術的成熟為學校教學環(huán)境的變革提供了有力的支持,智慧教室也在此基礎上應運而生。 智慧教室是一種新型的教育手段,它是未來教室的一種方式,智慧教室集多重功能為一體,推動智慧校園建設的步伐。

2.2.1 系統(tǒng)集中化管理

系統(tǒng)集中化的結果為只需要管理一臺中央服務器,構建校園多媒體和計算機實驗室集中統(tǒng)一管理平臺,可根據實際需要在中央服務器下增設代理服務器,但管理依然僅針對中央服務器。 系統(tǒng)集中化管理需要:(1)根據終端實際布局(如按機房等)采用分組管理,并自動收集各組終端網卡MAC 地址,構建終端群組及地址池(其單組最大支持254 終端)。 (2)構建系統(tǒng)及桌面鏡像資源庫,終端所需系統(tǒng)環(huán)境全部上傳并集中存儲在中央服務器。 (3)建立鏡像資源庫,進行集中統(tǒng)一管理和配置終端模板時調用。

2.2.2 系統(tǒng)標準化管理

標準化管理需要對終端硬盤及桌面進行模板化管理,為各組創(chuàng)建一個虛擬硬盤,并從鏡像庫中為其添加系統(tǒng)及桌面環(huán)境等作為終端硬盤模板。 終端開機時,系統(tǒng)將共享該模板并自動覆蓋到本地硬盤,終端模板及桌面策略化管理,對模板中的系統(tǒng)及桌面進行策略化管理和設置,如:系統(tǒng)選單顯示/隱藏、系統(tǒng)引導順序、系統(tǒng)保護還原設置、USB 存儲設備及串并口禁用等。

2.2.3 系統(tǒng)智能化管理

智能化管理賦予了新系統(tǒng)即插即用,無須停機停課部署,終端首次網絡啟動即可直接使用的功能。 服務端按需交付并將交付下來的數據緩存和寫入終端本地硬盤。 多系統(tǒng)時,各系統(tǒng)擁有獨立的緩存空間。 在終端正常使用中,遵循按需交付優(yōu)先的原則,服務器主動將模板中的所有數據完全交付到本地硬盤,交付完成后,終端可斷網和離線使用。

智能化系統(tǒng)可以將數據分為3 部分:鏡像、磁盤和分組,分別存放不同信息,如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)數據中心

3 云部署計算機實驗室的優(yōu)勢

云部署與傳統(tǒng)實驗室管理當中所用的還原卡有著諸多不同。

(1)管理模式:云部署采用服務器集中管理,后臺部署不影響正常使用,而還原卡屬于單機房單機管理,需要先部署才可以使用。

(2)安全機制:云部署是服務器加本地雙保障,還原卡只有本地。 在日常教學管理過程中,云部署下的云智能教室只需要維護好服務器端,可以無限使用,不用考慮硬件兼容性。

3.1 云部署技術的優(yōu)勢

云部署技術架構為虛擬磁盤模式,上傳方式采用壓縮后上傳,耗時較少,占用空間較小,普通PC 也可以作為服務器使用,大大降低投入成本。 云部署技術的部署方式為P2P 部署方式,效率達到每分鐘600 MB ～2 GB,其更新可以自動創(chuàng)建一個新的快照,每個快照都可以隨時還原和引用。 離線使用的情況下,無時間次數限制,操作中不需要事前分組,可以主動加入分組。而同類技術大多利用緩存,需要專業(yè)的服務器或服務器群,直接上傳耗時較長,占用空間較大,部署時需要從服務器中獲取,效率低,節(jié)點操作也不方便,有時間和次數的限制,還需要手工逐臺加入、逐個分區(qū)。

系統(tǒng)增量更加方便,對僅有變化的部分進行同傳,不做重復性傳輸,提高維護效率,供日常維護使用。 系統(tǒng)自動檢測注冊表以及硬盤參數信息。 數據傳輸過程如圖3 所示。

圖3 數據傳輸過程

3.2 聯(lián)想云部署的優(yōu)勢

聯(lián)想云部署的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在強化了集中管理的本地利用,對服務器依賴不高,聯(lián)網斷網均可使用。 云部署可管理200 臺以上,客戶機為主,服務器為輔,多系統(tǒng)完全脫離服務器本地運行,沒有系統(tǒng)運行數量限制,可以完全適應各類課程所需實驗室環(huán)境。

云部署下的實驗室管理方案支持跨網段、跨路,可管理終端數量達千臺以上,真正構建了基于校園網計算機實驗室和多媒體教室的集中統(tǒng)一管理平臺。 通過集中部署代替分散管理,把管理難度降低,減少對實訓中心機器維護的時間和經濟成本。 集中部署把機器響應時間縮短,提升服務質量,提高機器使用效率,對實訓教學提供基礎保障的服務。

3.3 系統(tǒng)管理的優(yōu)勢

系統(tǒng)應用化管理可以增強實用性,實現(xiàn)多系統(tǒng)共存。 系統(tǒng)之間相互獨立,實現(xiàn)一機多用,虛擬模板中可配置多個系統(tǒng)環(huán)境,同時共存且相互獨立。 (1)終端開機顯示系統(tǒng)選單供學生自由選擇,滿足各種教學環(huán)境的需要,模板交付多個系統(tǒng)到本地,無須應急備份系統(tǒng)。 (2)無論模板中配置幾個系統(tǒng),都可完全交付到終端本地,各個系統(tǒng)均可斷網離線使用,無須單獨搭建、管理和維護本地應急備份系統(tǒng)。 (3)系統(tǒng)管理安全系數高,斷網離線使用,減少各種網絡事故隱患,包括當前系統(tǒng)的繼續(xù)使用和下節(jié)課選擇另外的系統(tǒng)使用等。(4)系統(tǒng)支持本地保護還原,確保終端安全穩(wěn)定運行。(5)無論終端在線還是離線狀態(tài),都提供本地保護還原,防范各種破壞,確保終端系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

系統(tǒng)維護管理簡單化。 系統(tǒng)維護只需要維護一臺服務器,所有的管理維護工作都只針對中央服務器。在管理過程中,管理者只需要維護模版,如系統(tǒng)更新、策略改變、添加系統(tǒng)等都只針對模板,這就使得系統(tǒng)維護更加靈活,終端開機自動更新。 學生開機,終端直接在使用中自動完成更新,無須人工干預、無須加班處理,無須停機停課。 管理者使用鏡像及磁盤共享策略,大幅度減少了工作量,同一鏡像可供多個磁盤共享,同一磁盤模版可供多個分組共享,最大限度地減少管理維護工作量,提高維護效率。 在維護過程中,使用者可以任意添加或者刪除系統(tǒng),提高快速響應能力,對模板可任意添加或刪除系統(tǒng),且不影響也無須重新交付模板中其他系統(tǒng),滿足各種突發(fā)性和臨時性需求,提高快速響應能力。

系統(tǒng)管理維護具有便捷性。 管理者可以對分散的終端和分散的機房進行集中統(tǒng)一管理。 (1)從系統(tǒng)部署方面來看,快速部署操作系統(tǒng)及軟件環(huán)境到客戶機本地硬盤以及快速地響應各種臨時性和突發(fā)性軟件環(huán)境需求。 (2)從系統(tǒng)維護來看,快速統(tǒng)一地進行系統(tǒng)維護和更新,降低管理維護工作量,減少停機、停課和加班維護時間。 (3)從快速搭建實驗室環(huán)境來看,開機即可進入Windows 桌面環(huán)境并使用,快速搭建各種系統(tǒng)環(huán)境。 比如Exam,ATA 等考試。

實驗室環(huán)境部署之后,如果后期使用需要修改,進行維護,安裝、卸載軟件,修改配置不耽誤機房空余時間,機房管理人員修改實驗室教學環(huán)境不受時間、地點的限制,即使當前更新維護的計算機正在使用,也不會影響正常的計算機教學活動。

4 結語

本文探究了云部署技術支撐下的高校計算機實驗室管理新模式,得到了如下結論:

(1)云部署下的云智能教室是一種靈活的計算機資源應用模式,比起陳舊的模式更加靈活多變,操作界面也更加友好。 對于管理人員來說,磁盤模版化積木式管理,可以快速搭建各種系統(tǒng)環(huán)境。 實驗室管理應用云部署,將云概念運用于實訓中心計算機管理,給創(chuàng)新教育和管理帶來許多啟發(fā)和思考。

(2)基于云部署的計算機實驗室實現(xiàn)了實驗室計算、存儲資源的集中化,多系統(tǒng)共存且相互獨立,滿足多樣化教學需求,具有統(tǒng)一管理、維護升級方便、安全性高、綠色節(jié)能、使用周期長的特點,打破了實驗教學的時空限制,提供了個性化實驗環(huán)境。

(3)隨著校園網、云計算平臺的建設以及云技術的成熟,基于云部署下的云智能計算機實驗室的管理已經具備了充分條件,云智能計算機實驗室給高校計算機實驗教學提供更好更靈活的軟硬件環(huán)境,顯著提高實驗室管理的效率,充分推動實驗室管理信息化改革。