高校計算機實驗室建設中應用云桌面技術的價值

覃玉筆?滕廣祿

摘要：高校計算機實驗室PC終端數量多，不同實驗室需要承載的實訓考核功能不同，在這種情況下，PC終端的軟硬件配置以及整體系統架構有較大差異，因此計算機實驗室管理運維工作難度較大。云桌面技術屬于虛擬化技術范疇，在該技術下，硬件實力強大、數據集成度更高的服務器可以將自身資源分配給多個PC終端使用，這種模式下不同PC集群不必為了不同的目標功能而進行軟硬件調整，不論是運維成本還是管理效率都大幅提升，而且在服務器統一數據傳遞的基礎上，其數據安全性也更有保障。云桌面是當前高校計算機實驗室發展建設的重要方向，相關技術應用自然也成為此方向的研究重點。將以云桌面技術概念為入手點，分析云桌面技術應用于高校計算機實驗室的優勢以及傳統高校計算機實驗室存在的問題，并重點研究云桌面技術在此方向上的應用策略。

關鍵詞：計算機實驗室；云桌面技術；技術優勢

一、前言

現代教育發展過程中，高等院校教育硬件發展受到廣泛重視，而從教學模式和教學內容方面看，不論是計算機相關專業還是非計算機相關專業學生都對計算機實驗室有著較高的使用需求。在高校建設發展過程中，計算機實驗室建設管理支出占比相對較大，在更高的授課和學習需求下，計算機實驗室硬件升級運維周期相對較短，這是各高校在相關方向建設發展中必須考慮的問題。此外，從需求角度看，相當一部分需要應用到計算機的教學科目對計算機軟硬件要求相對較高，而且在共同學習、統一考核的應用形式下，計算機實驗室還必須具備較強的信息共享能力。傳統計算機實驗室各PC端獨立性相對較強，教學工作完全依托PC端自身的軟硬件。在這種情況下，計算機實驗室運維成本相對較高，而且功能實現度有限。云桌面技術能夠深挖云端服務器資源，在遠程共享的基礎上實現外部資源在PC端上的合理分配，這也是解決高校計算機實驗室建設問題的關鍵技術。

二、云技術及云桌面技術概念分析

云桌面技術屬于云技術范疇，云技術是一種基于遠程硬件共享實現本地設備更高軟硬件性能的技術。以往人們在使用計算機設備時，需要根據自身使用需求選擇硬件性能達標的計算機設備，隨著使用需求的提升，計算機設備的硬件也面臨升級換代需求，使用者的使用成本提升，使用便捷性也受到一定影響。云技術下，人們將擁有強悍硬件性能的服務器作為公共設施，所有人都可以通過互聯網技術，在付費租賃的基礎上在本地設備上享受服務器硬件資源[1]。以人們比較熟悉的百度網盤為例，其主要為客戶提供云端儲存空間，相較于購買同等容量的移動硬盤，使用百度網盤性價比更高，其服務器租賃費用相對較低，開通會員后，可以以每年不足200元的費用享受5T超大云盤空間，而購買同等容量的移動硬盤不僅花費更高，且無法享受云盤基于硬件優勢而帶來的寫入和讀取速率優勢。

云技術的核心理念是通過共享服務器資源來降低本地設備的硬件負擔，隨著技術的發展，云端服務器不僅可以為本地設備分配相應的硬件資源，也可以在軟件層面實現操作系統等方向的技術支持，云桌面技術是在云技術云計算技術基礎上發展而來的一種云端虛擬化技術，根據不同的技術架構，云桌面技術主要分為虛擬桌面基礎架構（VDI）、虛擬操作系統技術架構（VOI）、智能桌面虛擬化技術（IDV）三類，其中應用比較廣泛的是VDI和VOI，此類架構的終端通常是瘦客戶端[2]。通常遠程終端與云計算平臺之間通過互聯網之間進行數據交互，而云計算平臺與計算機實驗室各PC端之間也通過互聯網進行數據交互。云計算平臺通過服務器實現網絡虛擬化、存儲虛擬化和計算虛擬化，同時，相應的操作系統和桌面系統也都儲存于服務器之中[3]。云桌面通過桌面虛擬化技術，將服務器資源合理分配給多個用戶使用，不僅降低了本地設備的硬件負載同時也提升了數據的集中度和開放程度，更利于多臺機器的數據共享，此特點正與高校計算機實驗室建設發展需求相符。

三、云桌面技術應用于高校計算機實驗室的優勢

（一）運維成本低

相較于傳統計算機實驗室架構，云桌面技術顯著降低了運維成本，這體現于硬件升級成本、能耗成本以及管理成本三個方面。首先，應用云桌面技術充分發掘了遠程云端服務器的硬件優勢價值，在本地PC端設備硬件參數相對有限的情況下，就可以實現一些高硬件性能需求的教學/考核功能，相較于直接購買硬件升級本地設備，租賃云端服務器的成本明顯更低。而從能耗成本角度看，云桌面技術主要應用瘦終端，功耗在15w左右，而傳統主機功耗一般在200w至300w，以200臺規模的計算機實驗室為例，其需要3臺單位功耗500w左右的服務器來進行虛擬資源分配，按照當前電價，傳統計算機實驗室年能耗成本約為7.5萬元，而云桌面模式下，瘦終端功耗加服務器功耗年能耗成本約為1.4萬元，由此可見云桌面架構具有明顯的功耗成本優勢[4]。而從管理成本上看，云桌面計算機實驗室在后期運維過程中僅需對服務器及內存等少部分硬件設備進行更新維護，本地主機管理維護需求相對較低，其管理成本也相對較低。

（二）便于集中管理

云桌面技術下計算機實驗室數據存儲非常集中，絕大多數數據信息儲存于云端服務器之中。教師在進行授課或考核時，只需通過教師端登錄相應的云桌面服務平臺即可通過虛擬桌面來進行數據讀取和任務分配，而且由于數據信息不在本地PC端上儲存，因而數據集中度更高，教師想要開展某一方面的教學或考核工作時，可在不同計算機實驗室登錄相同的云桌面平臺進行遠程數據讀取，這使得教師無須在各個實驗室之間進行反復的數據拷貝和數據輸入，教師只需在一個教師端口上上傳相應的教學或考核軟件，系統即可通過虛擬模板機來進行快速自動化任務部署，此時所有學生端計算機都可通過虛擬機克隆的形式獲取同樣的操作系統和軟件信息內容，這大大加強了，計算機實驗室的信息集中度，教師的管理工作也更加便捷[5]。

（三）資源開放度高

云桌面技術以云端服務器為數據核心，服務器的數據體量和數據廣度極高，用戶使用相應的云桌面平臺，可以充分利用云端服務器內的各類開源數據，因此云桌面技術具有資源開放度高、資源共享更為便捷的優勢。高校計算機實驗室教學內容不同，其需要應用的教學資源以及授課時使用的操作系統也不相同，這種情況下，云桌面技術可以實現遠程資源共享，不僅可以將預設的軟件內容通過虛擬機克隆至每一臺本地設備，而且可以從云桌面平臺直接獲取適宜的操作系統和工作場景，提升計算機設備的可操作性。而從教學考核角度看，由于云桌面平臺具有資源開放以及資源共享的特點，因此學生在登錄相關系統后可以自行同步相應的考核內容，并根據自動分配的操作系統和工作場景妥善接受考核測定。

四、傳統高校計算機實驗室存在的問題

（一）硬件問題

傳統高校計算機實驗室各PC端相對獨立，在運行相關內容時，所有PC端的硬件設備都必須達到相關運行內容的最低配置要求。計算機專業或設計專業學生，其學習的各類軟件技術對計算機硬件配置要求較高，而且隨著相關軟件不斷的發展升級，其對于計算機硬件配置的要求還將進一步增加。在這種情況下，傳統高校計算機實驗室必須根據教學需求動態升級實驗室內各臺電腦的硬件設備。一般來講計算機各硬件設備平均壽命在8年以上，而較短的硬件更新升級周期極大的提高了計算機實驗室的硬件建設成本。以3D設計相關教學工作為例，由于在教學工作中需要進行復雜的3D建模，因此這一方向的教學工作對計算機CPU以及GPU的渲染能力要求較高，如根據最高硬件要求標準，更新既有PC端設備，不僅需要購買新的CPU和顯卡設備，還需要連帶更新適配的主板以及電源，這幾乎相當于更換了整個PC主機設備，硬件成本極高。

（二）管理問題

使用傳統PC主機開展教學工作時，計算機實驗室整體管理工作極為復雜，不僅需要根據教學內容逐臺調整硬件配置，耗時時間長，而且操作量大。除硬件設備更新外，工作人員還需要根據下一階段教學工作所用的軟件系統調整計算機的操作系統和驅動模塊。很多教學所用軟件在經過升級后提高了對PC端操作系統的最低要求，為滿足教學需求，工作人員需逐臺進行系統重裝并且在重裝系統后需要更新電腦驅動以保障教學軟件的正常運行。在這種情況下，工作人員的工作量相對較大，而且實際教學應用過程中單臺電腦故障發生率相對較高，整體管理難度也相對較大。最后，教師在傳統計算機實驗室中開展教學工作時需要通過網絡同傳來進行大量數據信息傳輸工作，這不僅要求所有PC端主機處于同一局域網絡內，而且不同軟硬件配置的主機也很難同步完成數據接收工作，教師或管理人員在此過程中需要進行大量的調整操作。

五、高校計算機實驗室云桌面技術應用策略

（一）保持設備集中，實現統一管理

首先，對處于不同區域的計算機實驗室進行MAC地址記錄，逐臺采集終端網卡相應信息，記錄所有終端地址并將其交由云桌面平臺云端服務器進行存儲，在后續開展教育工作時教師就可根據教學需求通過虛擬機以及服務器記錄的MAC地址來進行服務器資源的動態分配。其次，將各類終端軟件進行打包整合，將其置于云端服務器之中，在軟件系統執行過程中，同步調動本地PC終端的相關硬件參與軟件系統的解析執行，保證云端服務器與本地設備共同發揮自身價值，降低網速以及寬帶頻譜穩定性對云桌面系統的影響。另外，在進行系統建設的過程中注意匯聚層與接入層之間的連接，匯聚層將管理機房中服務器虛擬化以及云服務器集群，存儲的相關信息通過校園網進行信息交換，由接入層交換機完成HUB信息交換并將信息同步至普通本地PC端以及云桌面終端機。在此架構中物理資源管理不需要人工干預，管理機房采取超融合管理平臺來合理劃分虛擬儲存以及虛擬網絡等，在系統使用過程中操作者接入云桌面平臺即可同步共享虛擬桌面資源。

（二）構建系統軟件云，簡化資源應用過程

在云平臺技術下，計算機實驗室需完善構建系統軟件云，在提升軟件執行效率的同時簡化各類云服務器終端資源應用過程。云端服務器中整合存儲了大量用于不同方向的教學資源和教學軟件，通過系統軟件云，教師可以結合具體的教學內容來通過云平臺構建任意數量的虛擬機，在設置任務目標后，進行虛擬機任務資源自動分配，此時學生端顯示器即可根據教師所選，創建能夠運行相應教學軟件的虛擬桌面，而教師在教學過程中可以通過教師端對虛擬桌面進行控制和調整，這樣教師就能夠根據自己的教學進度，基于虛擬桌面和虛擬機投射的軟件內容進行教學演示以及學生自我練習任務的分配。VOI架構的云桌面平臺具備單一服務器多重虛擬桌面的功能，不僅所有虛擬桌面統一受控于教師端，而且在權限下放后，每一個虛擬桌面也具備獨立的操作運行能力。教師在教學過程中可通過管理中心實時查看終端列表，不僅可以了解每一個MAC地址的當前狀態，而且也可以了解所有虛擬機的鏡像狀態，這在簡化資源應用過程的基礎上提升了教師對所有學生的教學控制能力。

（三）依托模板和桌面池，強化整體管理質量

云桌面平臺普遍采用三層桌面管理模型，包括模板、桌面池以及桌面虛擬機。使用者根據實際使用需求裝好相應的應用軟件和操作系統，而這個虛擬機就將作為后續系統構建其余虛擬機的標準模板，而作為模板的原始虛擬機又不同于其他虛擬機，其在后續調取使用過程中將視作標準化文件，而不是一般虛擬機。桌面池是以模板為基礎的所有虛擬機集合，桌面池能夠通過參數設置確定所有虛擬機的虛擬硬件參數，以某大學計算機實驗室為例，三好計算機實驗室其桌面池命名為“電教室—3”，該教室用于計算機基礎課程教學且本地終端數量為45臺，因此桌面池將具體參數定義如下：使用專用桌面、虛擬機最大數量為45、單個虛擬桌面16顆vCPU、8G內存、虛擬機存儲于D盤。學生在學習過程中直接使用桌面虛擬機，由教師進行統一控制，適時下放自行操作權限，學生借助于桌面虛擬機同步的軟件操作系統和軟件功能學習和練習相關課堂知識。

六、結語

計算機實驗室在高校教學工作中占據重要地位，而云桌面技術符合高校計算機實驗室建設需求，其不僅能夠解決傳統模式下軟硬件配置限制，同時也能進一步強化計算機實驗室整體管理水平。應用云桌面技術可讓高校師生在現有設備條件下開展各種不同形式的教學和學習工作，有助于實現相應的教學目標。

參考文獻

[1]蔣燕翔，潘育勤.云桌面技術在高校計算機通用實訓室應用與實踐[J].四川職業技術學院學報，2021，31（5）：59-63.

[2]李麗山.云桌面技術在高校計算機實驗室管理中的應用研究[J].電腦知識與技術，2021，17（23）：126-127，147.

[3]龍熠.高校計算機實驗室建設和管理中云桌面技術運用研究[J].消費電子，2021（7）：38，41.

[4]楊浩志，辛艷青.基于VDI桌面云的高校計算機實驗室建設研究[J].無線互聯科技，2021，18（14）：42-43，47.

[5]李毅.噢易桌面云虛擬化平臺在高校計算機語音實驗室的應用探討[J].數字技術與應用，2021，39（7）：56-58.

基金項目：1.2021年度廣西高校中青年教師科研基礎能力提升項目“云計算技術在高校計算機實驗室建設中的應用研究”（編號：2021KY0908）；2.5G切片技術在超高清視頻的應用研究（編號：2021KY0905）

作者單位：廣西職業師范學院