基于桌面云技術的高校計算機實驗室建設

馮志強

(營口理工學院外語教研部 遼寧 營口 115014)

0 引言

計算機實驗室是高校教育資源的重要環節,對培養學生創新意識及動手實踐能力的提升具有重要作用。隨著教學信息化的不斷推動,高校計算機實驗室的建設迫在眉睫。但時至今日,仍有大部分高校采用原始的計算機實驗室管理模式,隨著高校師生對計算機使用需求的日益增加,對計算機實驗室的規模數量及配置提出了進一步的要求,原有的計算機實驗室已無法滿足當下的需求,需要運用新技術對計算機實驗室進行建設與改革。

隨著云計算技術的迅速發展,作為其重要應用領域的桌面云技術被廣泛使用。桌面云技術是一種新興的計算模式,通過對傳統計算機主機內所存儲的資源數據遷至云端,與瘦客戶端進行遠程接入,以虛擬的形式獲取信息[1]。在桌面云技術的支持下對高校計算機實驗室進行建設,可以將資源有效整合起來,通過集中管理,為高校計算機實驗室的可持續發展奠定基礎。

1 計算機實驗室運行現狀及問題

(1)環境復雜。高校計算機實驗室需要滿足全校不同專業的學生與老師的使用需求,但由于規模有限,導致實驗室無法滿足預期設定的目標。由于學科不同,造成系統的配置及所使用的軟件都不相同,每臺計算機都要安裝多種操作系統及應用軟件,過多的軟件安裝嚴重影響了計算機的運行速度,也給相關管理人員的工作帶來了不利的影響。

(2)操作不規范。部分使用者由于對計算機相關知識不夠了解,無法正確使用計算機,又因為計算機實驗室使用人員較多,許多設備交叉使用,一旦出現計算機病毒、木馬病毒等現象,如果未及時處理,可能造成整個系統的癱瘓。計算機病毒普遍具有較強的傳播能力,許多殺毒軟件都無法做到徹底清除病毒,這就使系統的重要數據及文件的安全性無法得到保障。不規范的操作帶來的后果在一定程度上增加了管理人員的工作量,阻礙了計算機的正常運行。

(3)運營成本高。為了滿足教師及學生對計算機的使用需求,學校的計算機實驗室儲量相對較大。計算機使用者數量的增多,相應的會增加設備的損壞,系統及軟件也需要定期進行更新及維護,這些都為學校的財政帶來巨大壓力[2]。

(4)高校計算機實驗室配備的管理人員有限,無法負荷多個機房的維護與修復工作,但計算機的使用頻率較高隨之產生的問題也相對較多。若因維修不及時導致病毒蔓延至整個系統,使計算機性能下降,造成系統崩潰,進而會影響學生的學習進度。

2 桌面云技術

2.1 云計算

云計算就是將服務器、存儲等資源優化成為一個平臺,根據使用者的需要對資源進行重組,最后通過網絡提供給用戶使用[3]。云計算的特點體現在以下6個方面:①在虛擬化技術的背景下安排資源或獲取服務;②按需提供資源,實現動態擴展;③通過網絡對信息進行整合;④方便用戶進行使用;⑤降低用戶終端處理壓力;⑥提升用戶獨立運用計算機專業技術的能力。通過云計算技術,作為網絡服務的主要供應商可以在相當短的時間內對數以萬計的信息進行處理,為使用者提供高效的網絡服務。

2.2 虛擬化技術

虛擬化技術是指在一臺獨立服務器上虛擬出多個機器,這些虛擬機器與獨立服務器共用硬件資源,提升了硬件的工作效率。而網絡虛擬化一般是指虛擬專用網絡,這種方式可以使用戶對內部網絡進行遠程訪問,有效凈化網絡環境,阻止病毒入侵。大規模組網的運用提升了網絡資源的使用效率,幫助用戶在快速安全訪問網絡程序的同時,大幅度提升了網絡的整體性能。虛擬化技術結構簡圖,如圖1所示。

圖1 虛擬化技術結構簡圖

2.3 桌面云技術

桌面云是在云計算的基礎上提供的桌面服務。桌面云使用虛擬化技術,在服務器端為用戶配置專用的操作系統及桌面環境,用戶使用瘦客戶端(用來連接顯示器等的硬件設備)通過網絡訪問桌面并進行相應的操作。桌面云無需配置計算機主機,數據全部都在服務器端進行保存,只需要配備基礎硬件設備和瘦客戶端即可正常使用[4]。

桌面云技術具有綠色環保、安全性高、性能穩定等特點,集中化管理是其價值的重要體現。在桌面云技術的基礎上建設計算機實驗室,可以方便管理者通過控制中心實現對眾多虛擬桌面的管理,滿足多樣化教學的需求,有效提高計算機實驗室的工作效率,解決傳統實驗室出現的問題。

3 桌面云技術的優勢

桌面云具有以下5種優勢:

(1)硬件更換成本降低。桌面云的安裝成本與傳統計算機相比更高,但使用年限較長,無需經常更換,從時間維度上來看,硬件費用支出相對較少。

(2)性能相對穩定。瘦客戶端的結構與傳統計算機相比更簡單,所使用的系統更加穩定,故障率較低,在服務器端即可對系統進行一系列的安裝、調試等,有效降低了管護的難度,大大提高了工作效率。

(3)傳統的計算機工作時噪聲較大,運行時會使室內溫度升高,而瘦客戶端在工作時產生的噪聲為1 dB,溫度為正常室溫,營造出了良好的學習環境。瘦客戶端的功率對比傳統計算機也有大幅度降低,真正做到了節能減排,有效降低了實驗室的運營成本。

(4)自由選擇使用地點。因為所有的數據都在云端服務器進行了存儲,除了可以在實驗室內進行使用外,還可以在任意時間不同地點的終端設備上接入互聯網進行使用。

(5)減少相關工作人員的工作量。高校的教職員工及學生人數眾多,導致學校內的計算機實驗室管理人員的工作量增加[5]。管理人員需要嚴格把控硬件及軟件的運行情況,確保它們正常工作。云計算技術可以控制整個系統的維護工作,一旦出現任何問題,可以在第一時間內進行處理,節省了運行維護的時間,從而大大地提升了相關工作人員的工作效率,避免了資金的浪費。

4 桌面云技術下高校計算機實驗室的建設過程及方案

4.1 桌面云基本結構

桌面云系統由瘦客戶端、網絡接入、管理控制臺、身份認證及應用服務器5個部分組成。瘦客戶端一般布置在計算機實驗室內部,主要用來顯示老師和學生上課時所需要的桌面;網絡連接是瘦客戶端與服務器端相連接的方式,在高校內運用校園網進行接入,用戶通過網絡便可登錄桌面云;管理控制臺是計算機管理員用來控制桌面云系統的工具;身份認證是使用者用來登錄及使用桌面云的操作方式,同時也可以用來保障數據的安全性,通過客戶端對硬件資源的控制,向客戶推薦桌面云操作系統的應用、保護用戶信息等服務。桌面云系統基本結構,如圖2所示。

4.2 虛擬服務器及客戶機

高校計算機實驗室的建設,可以在桌面云技術的幫助下提前計算出所需要的虛擬機數量,再結合教學需求設定出虛擬主機,在虛擬主機下安裝整套的操作系統及應用軟件。這種方式可以使管理員無需反復對軟件進行安裝及卸載,簡化了工作程序,但在管理及技術上也提出了相對較高的要求。虛擬化桌面技術可以通過虛擬將中心服務器轉化成多個桌面計算機,在瘦客戶端完成運行,使其操作流程與傳統計算機相似,方便用戶使用。

桌面云技術中的客戶機有瘦客戶端及傳統PC[6]2種方式。由于這2種方式的載體不同,因此對計算機的硬盤等有不同要求,但瘦客戶端難度、維修時間及成本較低,可以作為優先選擇的方式。

4.3 桌面云建設的方案

桌面云建設包含資源池設計、虛擬化管理等方面。在服務器池化安裝完成的虛擬化軟件,使虛擬桌面的基礎架構、應用等組成集群,制定各種相關政策,有效管理虛擬機。通過虛擬桌面對軟件進行管理,有利于桌面的穩定投送[7]。資源池擁有豐富的內存資源,只需使用一臺服務器便可完成對資源的管理,為管理者提供便利。系統內的各種數據均可存儲在存儲器中,按需進行使用,有效確保了數據的安全及穩定[8]。

以VMware View產品為例,具體建設方案如下。首先,設置vSphere。將服務器劃分成多個具有完整,將vSphere組件ESXi安裝在系統虛擬機服務器的硬件上,在系統管理員的電腦上安裝vCenter Client對vCenter進行遠程操控。其次,安裝View連接服務器。它是一種將View Client與View Agent相連接的軟件,通過這種軟件進行使用者的身份驗證,將桌面用戶請求定位到相應的虛擬桌面或終端服務器。最后,安裝View Composer。它能在加快設置虛擬桌面速度的基礎上,做到節省存儲空間[9]。使用一臺虛擬機作為樣板,在虛擬機上安裝Windows 7操作系統,再安裝教學所需要的軟件,如Office 2010等;對用戶環境配置完成后,繼續安裝View Agent及View Connection Server,創建虛擬桌面池并對虛擬桌面進行分配;安裝客戶端。安裝完成后,便可通過登錄進行虛擬桌面的連接。

在實際課堂運用中,教師及學生分別登錄不同的桌面,參考上課的學生人數,可以對服務器的數量進行合適的調配,以滿足教學對虛擬桌面數量的需求,還可以在云端服務器上設置合理的存儲空間為師生存儲各種教學資料與作業等數據。

5 基于桌面云的計算機實驗室管理系統

5.1 桌面云管理方案

桌面云管理需要穩定的傳輸協議做保障,不僅可以使虛擬桌面更接近傳統桌面,還能夠有效提升虛擬桌面的整體性能。在實驗室桌面云系統建設中,數據中心用來存儲系統鏡像。當數據中心需要與客戶端連接時,可以使用桌面傳輸協議提升傳輸的效率。根據對桌面云整體性能及其他方面進行評估后,選擇合適的方案進行解決。方案的選取要有利于桌面擴展協議,打破傳統的限制,為用戶提供安全、快速的服務。

5.2 桌面云系統功能

桌面云系統的功能要將課程教育與實踐教育相結合,不僅課程教學要充分,實踐教學也要豐富,建立適應自身需求的教學云平臺。該平臺要將知識點貫穿在教學教案的編寫中,在幫助學生確定學習目標的同時,掌握學習流程,提高學生學習的自主性。該平臺具有豐富的教學資源,為教師與學生之間的交流互動提供方便條件,教師可以利用此平臺完成對學生的課程指導,學生也可實現無紙化作業。

5.3 桌面云解決方案

計算機實驗室的桌面要滿足不同情境下教學需求,且能實現不同教學模式的自由切換。基于這種需求,需要設計出一種多樣化的云系統。將桌面虛擬化系統在服務器上進行安裝,使用網絡登錄管理系統。通過技術的支持,用云終端代替傳統的計算機。為滿足不同的教學模式,可以創建出具有較強針對性的學習情境。桌面云方案整體架構,如圖3所示。

圖3 桌面云方案整體架構

在集群服務器上安裝桌面虛擬化系統,進而對整個計算機系統進行配置;用云終端代替傳統的計算機,登錄虛擬化系統,為使用者分配專屬的虛擬機;依據使用環境的不同,設置不同的鏡像模板,使其滿足不同專業的教學要求。

6 結語

傳統計算機實驗室所面臨的困難及問題為實驗室的發展帶來了阻力。桌面云技術在計算機實驗室中的運用有效地解決了實驗室在教學上所面臨的困境,通過云技術與虛擬桌面相結合的方式,構件出了多維互動的實驗環境。桌面云技術的應用,提升了計算機軟件及硬件的利用率,保障了網絡環境的安全性,同時提高了計算機實驗室管理人員的工作效率,降低了能源消耗及資金成本,開創了學生學習的個性化方式,實現了教學活動的新模式,為高校計算機實驗室的長遠穩定發展帶來全新的助力。