王 珊

(山西財(cái)經(jīng)大學(xué) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，山西 太原 030006)

為了培養(yǎng)高層次專(zhuān)業(yè)人才，目前我國(guó)高校在理論教育的基礎(chǔ)上，不斷加大實(shí)驗(yàn)教學(xué)力度，旨在向應(yīng)用型高校轉(zhuǎn)型。因此高校實(shí)驗(yàn)室作為學(xué)生實(shí)踐的重要場(chǎng)所，其建設(shè)與管理越來(lái)越重要。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展及實(shí)驗(yàn)教學(xué)多元化的需求，使得高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理維護(hù)工作越來(lái)越困難。

云桌面技術(shù)是在云計(jì)算技術(shù)的基礎(chǔ)上衍生出的一種虛擬化技術(shù)，是云計(jì)算技術(shù)的一個(gè)典型應(yīng)用。作為一種新的應(yīng)用模式，云桌面技術(shù)對(duì)資源的管理具有易于維護(hù)、部署靈活、高安全性等特點(diǎn)，改變了傳統(tǒng)的運(yùn)維管理模式。因此云桌面技術(shù)的出現(xiàn)，為目前高校實(shí)驗(yàn)室提出了一種新的建設(shè)方案。

1 傳統(tǒng)高校實(shí)驗(yàn)室管理存在的問(wèn)題

1.1 運(yùn)維管理不便

目前大多數(shù)高校實(shí)驗(yàn)室地理位置分散，不集中，這就需要大量的管理人員進(jìn)行管理。同時(shí)，對(duì)終端的軟硬件需要點(diǎn)對(duì)點(diǎn)進(jìn)行維護(hù)，缺乏統(tǒng)一集中的管理手段，這就導(dǎo)致管理員工作量大，響應(yīng)速度慢。而且目前機(jī)房一般采用Ghost方式恢復(fù)系統(tǒng)，課間時(shí)間多桌面切換慢，模板切換靈活性差。

1.2 資源保護(hù)性差

隨著新課程的不斷深化及教學(xué)方式的不斷更新，新的教學(xué)軟件需求將會(huì)需要更高的硬件配置，如果原有機(jī)房PC機(jī)的硬件配置可擴(kuò)展上限達(dá)不到發(fā)展要求，將會(huì)帶動(dòng)一輪新的硬件升級(jí)，這就導(dǎo)致原有PC機(jī)需要更換，更換的舊電腦無(wú)法利用，就會(huì)形成采購(gòu)，淘汰，再采購(gòu)的惡性循環(huán)，產(chǎn)生大量電子垃圾，造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。

1.3 系統(tǒng)安全性差

高校實(shí)驗(yàn)室是面向全校師生開(kāi)放的，使用頻率高，且大多支持U盤(pán)等外接設(shè)備，這就增加了計(jì)算機(jī)終端感染病毒的風(fēng)險(xiǎn)。一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的所有PC機(jī)處在同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)，如果學(xué)生上網(wǎng)不規(guī)范，致使某個(gè)終端感染木馬病毒，將會(huì)影響整個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行。同時(shí)，對(duì)于軟件故障，大多數(shù)都是采用還原卡來(lái)解決，這樣不但容易導(dǎo)致機(jī)器藍(lán)屏，而且也不能保留病毒庫(kù)和補(bǔ)丁升級(jí)，致使系統(tǒng)安全性差。

2 云桌面技術(shù)及其優(yōu)勢(shì)

2.1 云桌面技術(shù)

云桌面(Cloud Desktop，簡(jiǎn)稱CD)技術(shù)是在云計(jì)算技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)服務(wù)器虛擬化技術(shù)，使服務(wù)器集群得到有效部署，各種應(yīng)用及數(shù)據(jù)集中在云平臺(tái)中，從而實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)終端用戶借助網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)用程序及資源的跨平臺(tái)訪問(wèn)[1]。

簡(jiǎn)單來(lái)講，就是通過(guò)云桌面技術(shù)，將服務(wù)器端虛擬出多個(gè)獨(dú)立桌面，用戶借助網(wǎng)絡(luò)連接來(lái)訪問(wèn)自己的專(zhuān)屬桌面，終端設(shè)備僅用來(lái)顯示個(gè)人桌面，對(duì)數(shù)據(jù)的操作和處理都是在后臺(tái)服務(wù)器中進(jìn)行的，各用戶桌面之間具有獨(dú)立性，因此和傳統(tǒng)PC具有同樣的操作體驗(yàn)。

2.2 云桌面技術(shù)原理

云桌面技術(shù)原理如圖1所示。

圖1 云桌面技術(shù)原理圖

首先，用戶通過(guò)云終端借助網(wǎng)絡(luò)連接到會(huì)話管理中心(云桌面管理系統(tǒng))，會(huì)話管理中心對(duì)其進(jìn)行身份認(rèn)證，認(rèn)證成功后，該用戶可無(wú)縫登錄到其專(zhuān)屬虛擬云桌面。

使用過(guò)程中，用戶對(duì)數(shù)據(jù)的操作都是在后臺(tái)云數(shù)據(jù)中心中完成的，云數(shù)據(jù)中心根據(jù)云終端用戶屏幕變化量發(fā)布操作指令，在后臺(tái)進(jìn)行處理操作，將處理后的屏幕變化圖像再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到云終端桌面。

2.3 云桌面技術(shù)在高校實(shí)驗(yàn)室中的優(yōu)勢(shì)

1) 管理便捷。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室中，為保證響應(yīng)速度，每個(gè)管理員最多可以維護(hù)10臺(tái)電腦，而在云桌面環(huán)境下，每個(gè)管理員可以通過(guò)鏡像模板，輕松維護(hù)1 000臺(tái)虛擬云桌面終端，管理效率提高了100倍以上。同時(shí)，管理員可以在課間輕松調(diào)用課程模板進(jìn)行課程的更換，而不用頻繁的開(kāi)關(guān)機(jī)來(lái)進(jìn)行，極大地方便了管理。

2) 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)云桌面管理系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)教師或管理員可以對(duì)桌面云終端進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)還可以對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤，包括CPU、內(nèi)存等使用情況，輔助管理員進(jìn)行預(yù)警，從而有利于對(duì)其進(jìn)行整體判斷，確保云終端用戶始終獲得最佳的使用性能。

3) 運(yùn)維成本低。云桌面接收終端(瘦客戶機(jī))采用低功耗處理器與無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)，工作功率一般小于30 W，比傳統(tǒng)PC的能耗少很多，表1為瘦客戶機(jī)和傳統(tǒng)PC的功耗對(duì)比表。

表1 功耗對(duì)比表

采用云桌面方式，機(jī)房更新只需對(duì)服務(wù)器的配置進(jìn)行升級(jí)，終端(瘦客戶機(jī))在整個(gè)云桌面環(huán)境中僅用來(lái)顯示畫(huà)面，其使用壽命更長(zhǎng)，無(wú)需頻繁升級(jí)；若瘦客戶機(jī)硬件損壞，也只需更換瘦客戶機(jī)，其購(gòu)置成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)PC 價(jià)格。表2為瘦客戶機(jī)與傳統(tǒng)PC機(jī)更換后廢棄物對(duì)比表。

表2 廢棄物對(duì)比表

3 云桌面技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理中的應(yīng)用研究

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

目前云桌面主要包括三種基礎(chǔ)架構(gòu)：虛擬桌面架構(gòu)(Virtual Desktop Infrastructure，VDI)、虛擬化應(yīng)用架構(gòu)(Server-Based Compute，SBC)和虛擬終端管理架構(gòu)(Virtual OS Infrastructure，VOI)[2]。其中VDI架構(gòu)是一種重服務(wù)器端輕用戶終端的架構(gòu)，該架構(gòu)將資源全部集中在后臺(tái)服務(wù)器集群中，前端云終端僅用于顯示，因此對(duì)終端設(shè)備的配置要求極低。該架構(gòu)簡(jiǎn)化了桌面管理，減少了硬件成本，部署靈活，同時(shí)因其將后端虛擬機(jī)的桌面完全反饋給云終端桌面，用戶在使用上具有完整的桌面體驗(yàn)。因此，VDI架構(gòu)非常適用于高校實(shí)驗(yàn)室機(jī)房的云桌面建設(shè)。

通過(guò)對(duì)云桌面技術(shù)深入研究，結(jié)合高校實(shí)驗(yàn)室機(jī)房的具體情況，參考云桌面VDI模式對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)可以分為四層：云終端層，接入控制層，云桌面會(huì)話管理層和云資源管理及調(diào)度層[3,4]，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

第一層為云終端層。該層采用可以訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)的瘦客戶機(jī)作為云終端設(shè)備，該設(shè)備僅用于對(duì)云桌面的顯示、聲道的輸出以及鼠標(biāo)、鍵盤(pán)的輸入。實(shí)驗(yàn)室學(xué)生可以通過(guò)瘦客戶機(jī)設(shè)備登錄訪問(wèn)由后臺(tái)云數(shù)據(jù)中心提供的虛擬個(gè)人專(zhuān)屬桌面，其體驗(yàn)效果與傳統(tǒng)PC一致。

第二層為接入控制層。目的在于為云桌面提供網(wǎng)關(guān)接入功能，通過(guò)提供安全的網(wǎng)關(guān)接入，實(shí)現(xiàn)終端瘦客戶機(jī)對(duì)后臺(tái)云桌面的訪問(wèn)。同時(shí)，該層同步搭建動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡處理功能，使同一時(shí)間段內(nèi)流量分流，從而實(shí)現(xiàn)后臺(tái)服務(wù)器集群中多個(gè)服務(wù)器的負(fù)載均衡。

第三層為云桌面會(huì)話管理層。目的在于對(duì)訪問(wèn)用戶進(jìn)行身份認(rèn)證，認(rèn)證成功后，才能無(wú)縫地登錄虛擬云桌面。同時(shí)該層配置云管理系統(tǒng)，便于教師及實(shí)驗(yàn)室管理員進(jìn)行維護(hù)與管理。

第四層為云資源管理及調(diào)度層。該層為真正的資源提供層，通過(guò)云計(jì)算及虛擬化技術(shù)，將服務(wù)器集群虛擬成多個(gè)獨(dú)立云桌面，從而為前臺(tái)的云桌面用戶提供計(jì)算及存儲(chǔ)服務(wù)。

3.2 實(shí)現(xiàn)模式

在具體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，首先要做的是為實(shí)驗(yàn)課程制作云桌面虛擬機(jī)鏡像模板，具體制作過(guò)程如圖3所示。

圖3 鏡像模版流程圖

由圖3可以看出，實(shí)驗(yàn)教師或管理員要對(duì)課表中的實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行分析，通過(guò)云桌面管理系統(tǒng)，按不同課程所要求的實(shí)驗(yàn)環(huán)境及硬件配置分別制作相應(yīng)虛擬機(jī)，然后安裝操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)安裝完成后，安裝相關(guān)教學(xué)應(yīng)用及插件，最后將虛擬機(jī)封裝成鏡像模板(為便于查找，模板名稱一般可以按課程名命名)。通過(guò)反復(fù)操作，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)課程均有對(duì)應(yīng)的鏡像模板。

上課時(shí)，教師登錄云桌面管理系統(tǒng)，將該課程對(duì)應(yīng)的鏡像模板生成多個(gè)虛擬云桌面，然后發(fā)送給學(xué)生終端，學(xué)生通過(guò)瘦客戶機(jī)登錄云桌面進(jìn)行相應(yīng)課程的學(xué)習(xí)[5]。實(shí)驗(yàn)教師或管理員可以隨時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)課程的變化而調(diào)用相應(yīng)的課程鏡像模板。

4 總結(jié)

云桌面技術(shù)為高校實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與管理提供了新的方案，較高的投資回報(bào)率降低了實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與維護(hù)成本，同時(shí)其部署靈活、易于維護(hù)等特點(diǎn)也極大地方便了實(shí)驗(yàn)室管理員對(duì)機(jī)房的管理與維護(hù)。云桌面技術(shù)不僅能用于實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，還可廣泛應(yīng)用于高校移動(dòng)辦公、電子閱覽室、分散的多媒體教室等場(chǎng)景，這些應(yīng)用將極大地推進(jìn)高校信息化進(jìn)程。

[1] 陳浩新.云桌面技術(shù)在高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理中的應(yīng)用[J].中國(guó)管理信息化,2017,20(6):148-149.

[2] 楊凡.基于MVC模式云桌面框架設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].成都:電子科技大學(xué),2017.

[3] 陳志宏.基于云計(jì)算的虛擬桌面平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].上海:復(fù)旦大學(xué),2012.

[4] 姜凡俊.云桌面技術(shù)在高校機(jī)房教學(xué)管理中的應(yīng)用[D].上海:東華大學(xué),2016.

[5] 吳媛媛.云桌面技術(shù)在計(jì)算機(jī)機(jī)房管理中的應(yīng)用[J].吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào),2015,31(10):94-96.