支持跨專業(yè)實訓(xùn)的云桌面系統(tǒng)和應(yīng)用研究*

田文雅

（浙江經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 圖書信息中心，浙江 杭州310018）

一、引言

高職教育培養(yǎng)的是生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)第一線的技術(shù)應(yīng)用型人才。當(dāng)前國內(nèi)高職教育已經(jīng)從規(guī)模發(fā)展轉(zhuǎn)到內(nèi)涵發(fā)展上來。其中，培養(yǎng)出高質(zhì)量的“復(fù)合型”創(chuàng)新型人才已經(jīng)是高職教育的重中之重。跨專業(yè)實訓(xùn)是實現(xiàn)這個目標(biāo)的重要手段之一。

跨專業(yè)人才培養(yǎng)是指具有教學(xué)內(nèi)容相關(guān)、技能學(xué)習(xí)相關(guān)的幾個專業(yè)，通過研究，將專業(yè)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容進行整合，從而有針對性地傳授給學(xué)生的一種人才培養(yǎng)模式。

但在實踐過程中，跨專業(yè)的實訓(xùn)往往會遇到下面這些問題：①雖然學(xué)院已經(jīng)建立跨專業(yè)實踐教學(xué)平臺，而且效果明顯，有更多師生提出參加“跨專業(yè)實踐”，但由于受實訓(xùn)基地場地的限制，不能使更多師生受益。②學(xué)院現(xiàn)有的實訓(xùn)基地，由于建設(shè)初期缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃，普遍存在不同專業(yè)實踐教學(xué)平臺、實踐教學(xué)資源、實踐課程開展相對獨立，各實訓(xùn)基地不能共享的現(xiàn)狀，極大地限制了跨專業(yè)人才培養(yǎng)的需求。

如何通過信息技術(shù)手段，突破實訓(xùn)資源、實訓(xùn)場所時空限制，將不同實訓(xùn)基地之間的教學(xué)資源實現(xiàn)互聯(lián)互通，以滿足學(xué)院跨專業(yè)信息的共享、實現(xiàn)崗位實訓(xùn)項目互聯(lián)，方便學(xué)生迅速進行崗位轉(zhuǎn)換，是“跨專業(yè)”實踐教學(xué)亟需解決的問題。

二、云計算和云桌面

云計算概念是由Google提出的，這是一個美麗的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式。狹義云計算是指IT基礎(chǔ)設(shè)施的交付和使用模式，指通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴展的方式獲得所需的資源；廣義云計算是指服務(wù)的交付和使用模式，指通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴展的方式獲得所需的服務(wù)。這種服務(wù)可以是IT和軟件、互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的，也可以是任意其他的服務(wù)，它具有超大規(guī)模、虛擬化、可靠安全等獨特功效。[1][2]

云計算的本質(zhì)就是所有的運算和存儲資源都在云端，用戶可以通過任何終端來訪問云端所提供的服務(wù)。和終端用戶最接近的云計算服務(wù)就是SAAS（軟件及服務(wù)）。但SAAS服務(wù)在教育領(lǐng)域的落地存在著實際的困難：①SAAS所提供的軟件服務(wù)都是以WEB方式來提供的，但在高職教育中，還存在很多非WEB方式的軟件應(yīng)用。②在實訓(xùn)的過程中，每個學(xué)生或教師都需要一臺真實電腦的所有功能來模擬真實的工作環(huán)境，這些不是一個WEB瀏覽器所能夠提供的。

在SAAS的基礎(chǔ)上，又發(fā)展出了一種云桌面應(yīng)用（DAAS:桌面即服務(wù)）。云桌面應(yīng)用是云計算領(lǐng)域的一個特殊應(yīng)用。它的目標(biāo)是在云端為每個用戶提供一個和真實的Windows桌面有一樣的桌面環(huán)境。在實現(xiàn)跨專業(yè)實訓(xùn)的目標(biāo)下，云桌面應(yīng)用可以提供如下便利：①云桌面資源在云端，只要有網(wǎng)絡(luò)，可以在任何時間地點來訪問，這就為打破實訓(xùn)基地和機房的時間和空間限制提供了技術(shù)手段，特別是對那些時間跨度為幾個月的實訓(xùn)任務(wù)來說，更是一個必不可少的技術(shù)手段。②云桌面支持的在線用戶個數(shù)，不再受實訓(xùn)機房的空間限制。這樣在網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器能力范圍內(nèi)，可以為更多的教師和學(xué)生提供服務(wù)。這對外專業(yè)的學(xué)生來跨專業(yè)學(xué)習(xí)，提供了便利的實現(xiàn)手段。

三、基于云桌面的跨專業(yè)實訓(xùn)解決方案

經(jīng)過實地調(diào)研和系統(tǒng)規(guī)劃，我院在學(xué)院的經(jīng)管實訓(xùn)基地部署了一個私有云平臺。該私有云平臺是一個以虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)的、基于WEB發(fā)布的、可擴展的、具有支持服務(wù)器集群和工作負載平衡等特性，提供高可靠性，高性能的私有云平臺管理軟件。它在架構(gòu)設(shè)計上采納了Eucalyptus的軟件架構(gòu)設(shè)計思想，在系統(tǒng)內(nèi)部的高性能通訊和接口設(shè)計上，采納了Facebook公司的thrift技術(shù)，使得整個私有云平臺軟件系統(tǒng)既簡單可靠，又具有良好的彈性擴展能力，同時，還為第三方開發(fā)者提供了多種語言的SDK開發(fā)包，方便后續(xù)的個性化定制。

1.云平臺系統(tǒng)框架

圖1是該私有云平臺的系統(tǒng)框架圖。

圖1私有云平臺系統(tǒng)框架

可以看到，整個云平臺的服務(wù)是在局域網(wǎng)內(nèi)部的，也就是學(xué)校的校園網(wǎng)之內(nèi)。云平臺可以分為前端和后臺服務(wù)兩個部分。在前端，終端用戶可以通過瀏覽器或者客戶端軟件來訪問后臺的服務(wù)。后臺服務(wù)則按照類型分為以下幾個方面：

（1）管理服務(wù)

用戶和AD域用戶的管理：私有云平臺自帶基于LDAP協(xié)議的用戶賬戶管理模塊。同時，它還提供和微軟的AcriveDirectory無縫集成的功能。通過簡單的配置，私有云平臺的用戶賬戶管理模塊，可以把客戶自身已經(jīng)具備的AD域用戶自動的納入到私有云管理平臺之中。

虛擬機鏡像資源的管理：虛擬機鏡像資源本質(zhì)上是一個比較大（10G左右）的二進制文件，它的管理涉及到存儲和訪問控制兩個方面的問題。但它的訪問控制必須經(jīng)過精心的設(shè)計和規(guī)劃。在私有云平臺里面，虛擬機鏡像資源分為私人、院系級和校級三個級別。校級的虛擬機鏡像資源任何人都可以訪問，院系級別的虛擬機鏡像資源只能被本院系的教職員工訪問，私人的虛擬機鏡像資源只有這個虛擬機鏡像文件的擁有者才能訪問。在這個訪問控制的基礎(chǔ)上，私有云平臺還增加了自定義用戶規(guī)則，來進一步約束用戶和虛擬機鏡像資源之間的訪問控制。

物理硬件資源的管理：私有云平臺還會把所有的物理服務(wù)器，物理PC機統(tǒng)一管理起來，并提供統(tǒng)一的管理控制操作界面。

虛擬硬件資源的管理：私有云平臺同樣把所有的虛擬的服務(wù)器、虛擬的桌面統(tǒng)一管理起來，并提供統(tǒng)一的管理控制盒操作界面。

（2）基礎(chǔ)服務(wù)

物理硬件資源層：物理硬件資源指的就是放在機房或網(wǎng)絡(luò)中心的，支持私有云平臺軟件正常運轉(zhuǎn)的所有物理服務(wù)器、PC機等硬件資源。

虛擬硬件資源層：虛擬硬件資源指的就是私有云平臺，通過硬件虛擬化技術(shù)，虛擬產(chǎn)生的所有虛擬機實例，它們根據(jù)一定的調(diào)度算法，動態(tài)地分配到物理硬件資源層所管轄的物理服務(wù)器或PC機上運行。

IaaS層：IaaS層就是通過對物理硬件資源層和虛擬硬件資源層的抽象和封裝，為用戶提供了一個統(tǒng)一的訪問接口，用戶可以無需了解物理硬件資源層和虛擬硬件資源層的具體實現(xiàn)，就可以很方便地調(diào)用這兩層提供的硬件資源服務(wù)。

PaaS層：PaaS層則是在IaaS層上更進一步的抽象和封裝，使得用戶及業(yè)務(wù)應(yīng)用程序，無需再考慮硬件資源的分配等細節(jié)問題，而是集中精力關(guān)注業(yè)務(wù)邏輯和算法等重要的問題上面。

2.云平臺網(wǎng)絡(luò)拓撲

圖2為私有云平臺的網(wǎng)絡(luò)拓撲圖。

圖2私有云平臺網(wǎng)絡(luò)拓撲

這個網(wǎng)絡(luò)拓撲的優(yōu)點體現(xiàn)在：

（1）計算部分和存儲部分是分開的

計算部分硬件和存儲部分硬件可以分別從不同的供應(yīng)商采購。這樣保證了不會被某個廠商的云計算產(chǎn)品鎖定，同時又能夠保證學(xué)院可以采購并應(yīng)用市場上最好的云計算產(chǎn)品。

（2）計算部分又是按照集群進行劃分管理的

計算部分通過服務(wù)器集群進行劃分管理的目標(biāo)，不僅僅是降低集群控制器的管理復(fù)雜度，更重要的是，在不同的集群里面，可以支持不同的虛擬化技術(shù)。例如，在一個集群里面，可以采用開源的虛擬化技術(shù)像KVM、xen等；在另外一個集群里，又可以采用商業(yè)虛擬化技術(shù)如vmware、hyper-v等。這樣學(xué)院可以根據(jù)自己的需要，采購最適合自己的虛擬化軟件產(chǎn)品，在購買、運營和維護上，保持最大的靈活性和性價比。

（3）同時支持桌面虛擬化和服務(wù)器虛擬化

這樣的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，配合管理層面的設(shè)計，方便用戶可以在一套軟件和硬件框架內(nèi)，自如的、動態(tài)的同時部署桌面虛擬化服務(wù)和服務(wù)器虛擬化服務(wù)，而不是像其它商業(yè)產(chǎn)品那樣只提供一種服務(wù)的部署，不但降低了成本，還降低了管理的復(fù)雜度和難度。

3.應(yīng)用場景說明

（1）云桌面資源制作

私有云平臺提供了一個基于WEB的方式，來幫助管理員制作新的云桌面資源。這個WEB界面提供一個向?qū)降哪０?，管理員只需要遵照該模板的提示，逐步選擇好：安裝光盤鏡像，設(shè)定新的云桌面資源的屬性（名稱、內(nèi)容、訪問權(quán)限等），然后開始制作。整個制作過程和平時的PC機安裝一模一樣。

（2）云桌面資源提交

管理員可以多次對同一份云桌面資源進行多次修改，直到滿意為止。通過提交按鈕，即可把制作好的桌面鏡像發(fā)布到云端。為了方便學(xué)生和教師的使用，管理員還需要設(shè)定訪問規(guī)則。

虛擬機鏡像文件資源可以分為校級、院系級和私人級。任何一個用戶都可以無條件的使用校級和私人級資源，但只能使用自己所屬院系的院系級資源。這種訪問控制只約束了誰可以使用哪些虛擬機鏡像文件，但并沒有約束怎么使用這些虛擬機鏡像資源。換句話說，虛擬機鏡像資源按級別分類，只解決了靜態(tài)的訪問控制，動態(tài)的訪問控制還需要用到下面提到的“自定義用戶規(guī)則”。自定義的用戶規(guī)則是如表1所示的一個四元組{user，image，server，attributes}。

通過這樣一個四元組，就可以詳細定義某個虛擬機實例從創(chuàng)建、啟動、運行到關(guān)機的完整生命周期中所涉及到的所有參數(shù)和配置，達到了動態(tài)、運行期間訪問控制。

（3）云桌面資源使用

在管理員制作好鏡像資源和設(shè)定好用戶規(guī)則后，每個用戶可以通過網(wǎng)頁登錄，并獲得屬于自己的云桌面資源，如圖3所示。

可以看到，該用戶有3個可用的虛擬機實例，其中1個正在運行，2個已經(jīng)停機。這個頁面上右邊的四個操作按鈕分別代表運行、停止、連接和快照。

表1

圖3用戶登錄后界面

四、結(jié)束語

通過在學(xué)院的中心機房部署服務(wù)器，然后管理員根據(jù)跨專業(yè)實訓(xùn)教師團隊的需要，定制各種云桌面資源，并對外提供基于WEB的云桌面服務(wù)，已經(jīng)初步實現(xiàn)了在學(xué)院內(nèi)部，學(xué)生和教師可以在任何時間、任何地點都能夠接入到實訓(xùn)課程之中。實訓(xùn)基地的空間大小，以及實訓(xùn)課程的時間長短已經(jīng)不再是限制因素了。

[1]梁景璘.高職教育應(yīng)用云計算研究[J].黑龍江科技信息，2011(22).

[2]王萬麗.淺析云計算及其在高職教育領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].科技信息，2010(34).