高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理技術(shù)探討

陳志雄

摘要：隨著相關(guān)學(xué)科和專業(yè)對計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出更高的要求，在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有管理技術(shù)條件下，如何更好地提高實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)綜合管理水平，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)勢，已逐漸為高校實(shí)驗(yàn)室各級管理人員所關(guān)注。通過對當(dāng)前高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室通用的管理技術(shù)進(jìn)行比較介紹和對現(xiàn)階段較成熟的虛擬云桌面技術(shù)進(jìn)行探討和研究，結(jié)合我校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)與管理的實(shí)踐，討論引入虛擬技術(shù)的必要性。

關(guān)鍵詞：信息化；保護(hù)卡；實(shí)驗(yàn)室管理；虛擬云桌面

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）19-0185-03

Approach on Management Technology of the University Computer Laboratory

CHEN Zhi-xiong

（The School of Computer Science and Information Engineering of Hubei University， Wuhan 430062 China）

Abstract：As related discipline and specialty has put forward higher requirements on computer experimental teaching， all levels of managers in University laboratory have gradually attracted attention about how to better improve the comprehensive management level of computer in laboratory and play laboratory and experiment teaching strengths under the laboratorys existing management technology condition. The necessity of introducing virtualization technology is discussed which combining with practice of teaching and management of university computer laboratory， according to compare and introduce current several of general management techniques about University computer Laboratory， and discuses and study the more mature virtual cloud desktop.

Key words： informatization； protective card； laboratory management； virtual cloud desktop

1 概述

高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室是信息化教學(xué)和人才培訓(xùn)的重要基地。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，社會對大學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力的要求也不斷提升，掌握計(jì)算機(jī)的基本操作和專業(yè)軟件的使用技能已成為當(dāng)代大學(xué)生必備的基本素質(zhì)[1]。大學(xué)生計(jì)算機(jī)技能的學(xué)習(xí)與掌握離不開計(jì)算機(jī)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室作為信息化教學(xué)活動的集中區(qū)域，是實(shí)施計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的重要資源場所，承擔(dān)著計(jì)算機(jī)公共課程和專業(yè)軟件課程等實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以及上機(jī)考試和培訓(xùn)等對外服務(wù)諸多功能。為了保證信息化教學(xué)活動任務(wù)的完成，對于計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的管理就顯得非常重要，其管理狀態(tài)不僅影響著管理人員的工作效率，也影響著實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果和質(zhì)量。

2 目前高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的管理技術(shù)模式

隨著計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室作為高校公共計(jì)算機(jī)教學(xué)的重要場所已經(jīng)成為教育現(xiàn)代化的象征，并且體現(xiàn)著高校信息化建設(shè)的水平。目前，高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)設(shè)備主要是獨(dú)立PC終端計(jì)算機(jī)。獨(dú)立PC模式由于提供了良好的價(jià)格、性能與功能的組合，一直為各高校沿用至今。而高校實(shí)驗(yàn)室在計(jì)算機(jī)管理技術(shù)上主要以軟件保護(hù)卡和硬盤保護(hù)卡為技術(shù)載體，這兩種技術(shù)模式為計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的管理發(fā)揮了重要作用。

2.1 軟件保護(hù)卡

軟件保護(hù)卡也稱為虛擬還原方法，它主要是由各品牌電腦廠商針對硬盤數(shù)據(jù)安全開發(fā)的軟件，能提供對計(jì)算機(jī)的硬盤數(shù)據(jù)保護(hù)，網(wǎng)絡(luò)同傳，網(wǎng)絡(luò)控制功能等。其工作原理類似于引導(dǎo)性病毒程序，在操作系統(tǒng)（OS）引導(dǎo)前，修改引導(dǎo)區(qū)，從而取得對硬盤扇區(qū)的引導(dǎo)權(quán)。待OS啟動后，記錄OS對硬盤的寫操作痕跡。當(dāng)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)重新啟動時(shí)，對硬盤數(shù)據(jù)區(qū)域恢復(fù)到寫操作之前的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對硬盤數(shù)據(jù)的保護(hù)。早期軟件保護(hù)卡技術(shù)在各高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室大量使用，對公共計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)安全起到了很好的保護(hù)作用。但這種以軟件程序?yàn)橹鞯奶摂M還原技術(shù)也極其容易被病毒程序穿透。

2.2 硬盤保護(hù)卡

硬盤保護(hù)卡是目前計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室使用得最多一種計(jì)算機(jī)管理技術(shù)，也是對計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行高效和整體管理維護(hù)的高效解決方案。硬盤保護(hù)卡具有自動恢復(fù)，保護(hù)COMS設(shè)置，網(wǎng)絡(luò)喚醒，遠(yuǎn)程控制，網(wǎng)絡(luò)對拷、IP地址自動修改等功能[2]。它的最大技術(shù)價(jià)值就在于帶有網(wǎng)絡(luò)克隆功能，實(shí)驗(yàn)室管理員只需要管理好一臺計(jì)算機(jī)（PC機(jī)），通過連接網(wǎng)絡(luò)，就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室同一局域網(wǎng)環(huán)境中其他PC機(jī)的自動連線，再通過差異拷貝功能，又可輕松完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的維護(hù)工作，從管理目標(biāo)上真正實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室管理的自動化，減輕了實(shí)驗(yàn)室管理人員工作量。它的工作原理與軟件保護(hù)卡相似，但技術(shù)性能相對于軟件保護(hù)卡技術(shù)更加優(yōu)異。

硬盤保護(hù)卡從物理形態(tài)上一般集成在網(wǎng)卡上，或者直接集成在主板上，對計(jì)算機(jī)硬盤數(shù)據(jù)起到保護(hù)作用[1]。在實(shí)驗(yàn)室管理中，一般會根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)實(shí)踐需要，通過保護(hù)卡把PC機(jī)規(guī)劃為多個(gè)操作系統(tǒng)，安裝適合不同場景要求的教學(xué)軟件，可以使實(shí)驗(yàn)室管理更加規(guī)范、靈活，而且?guī)砹己玫臄U(kuò)展性。在每次OS重新啟動后，硬盤保護(hù)卡可以使OS還原到最初狀態(tài)，能有效地防止計(jì)算機(jī)系統(tǒng)故障，病毒入侵等行為而造成計(jì)算機(jī)OS無法使用的情況。目前，高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中大多采用噢易硬盤保護(hù)卡來實(shí)現(xiàn)對計(jì)算機(jī)的批量管理。

3 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理中面臨的問題

軟件保護(hù)卡技術(shù)和硬盤保護(hù)卡技術(shù)對計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的管理帶來了積極的推動作用，不但提高了實(shí)驗(yàn)室管理水平，也讓實(shí)驗(yàn)室管理人員從瑣碎的維護(hù)工作解放出來。然而隨著高校教育信息化的發(fā)展，教師教學(xué)手段和工具軟件的升級對更新較慢的計(jì)算機(jī)硬件帶來了極大挑戰(zhàn)，使得計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的管理又面臨著現(xiàn)實(shí)問題。主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面。

1）教學(xué)環(huán)境變化問題

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)和教學(xué)軟件隨時(shí)間的發(fā)展會逐步更新升級，而計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備往往需要使用5年以上，使得原來計(jì)算機(jī)規(guī)劃的硬盤分區(qū)空間也會越來越不滿足教學(xué)實(shí)驗(yàn)要求，而且操作系統(tǒng)升級后，原有保護(hù)卡功能對操作系統(tǒng)的支持功能也受到限制。因此，重新規(guī)劃計(jì)算機(jī)硬盤分區(qū)和增加硬件投入將是實(shí)驗(yàn)室管理人員不得不面對的問題。

2） 計(jì)算機(jī)硬件配置異構(gòu)問題

計(jì)算機(jī)的硬盤保護(hù)卡是嚴(yán)重依賴計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的。不同品牌，不同型號的計(jì)算機(jī)在安裝硬盤保護(hù)卡以后，雖然可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)終端的系統(tǒng)配置與集中管理，但計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在批量同傳時(shí)，只能在同一硬件類型的計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)。而現(xiàn)實(shí)情況是，高校實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的計(jì)算機(jī)大多是分批次建設(shè)投入，不同品牌的計(jì)算機(jī)因配置不統(tǒng)一，就不能實(shí)現(xiàn)同一局域網(wǎng)內(nèi)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)對拷功能。從而也增加了管理人員的額外維護(hù)工作量。

3） 軟件安裝注冊問題

目前，實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)上安裝的軟件大多是破解版的專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件，對不同的計(jì)算機(jī)要求使用不同的注冊碼。當(dāng)某一臺計(jì)算機(jī)對安裝軟件注冊激活，由硬盤保護(hù)卡對計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸克隆后，其他計(jì)算機(jī)上的同一軟件往往提示注冊失效，導(dǎo)致該軟件無法有OS上使用。此時(shí)，往往需要管理人員逐臺開啟計(jì)算機(jī)保護(hù)功能，對相關(guān)軟件進(jìn)行注冊激活，這種情形對管理人員而言工作量可想而知。

4） 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)安全問題

計(jì)算機(jī)硬盤保護(hù)卡的重要功能是保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全，但是在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中隨著網(wǎng)絡(luò)病毒程序的侵入和學(xué)生對計(jì)算機(jī)技術(shù)的興趣，破壞硬盤保護(hù)卡的防線也成了一件很容易的事情，往往給正在進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來極大的干擾。雖然計(jì)算機(jī)在重啟系統(tǒng)后，操作系統(tǒng)又可以恢復(fù)，但是不對計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)做定期的升級補(bǔ)丁程序和更新，也容易帶來相關(guān)安全隱患。

4 虛擬化技術(shù)對計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理的作用

虛擬化技術(shù)主要包含存儲虛擬化、服務(wù)器虛擬化和桌面虛擬化等幾個(gè)部分[3]，隨著云計(jì)算的發(fā)展和虛擬化技術(shù)的成熟，虛擬化技術(shù)已經(jīng)在部分高校的實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)管理中得到了一定范圍的應(yīng)用，尤其是桌面虛擬化已成為計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理的新技術(shù)模式。

桌面虛擬化是以Client/Server的計(jì)算模型為基礎(chǔ)，將本地計(jì)算機(jī)中的桌面環(huán)境從PC機(jī)中分離出來，由服務(wù)器提供“虛擬化”的系統(tǒng)桌面，在局域網(wǎng)等環(huán)境中為終端設(shè)備提供與本地計(jì)算機(jī)相同的用戶體驗(yàn)。[1]其主要特點(diǎn)在于將使用與運(yùn)行分離，終端用戶可以利用瘦客戶機(jī)加顯示器，一體機(jī)，獨(dú)立PC機(jī)，PAD等多種終端設(shè)備使用虛擬桌面，而虛擬桌面鏡像則存儲運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器上。

目前桌面虛擬化技術(shù)相對成熟的公司主要是Citrix（思杰）、VMware和微軟[4]，相應(yīng)的虛擬化技術(shù)分別是Xen、VMware View和MED-v。在我國高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用的桌面虛擬化解決方案主要是基于Xen和VMware技術(shù)的產(chǎn)品。國內(nèi)相關(guān)廠商主要有：三盟信息科技，青葡萄科技，深信服科技、噢易科技與和信創(chuàng)天科技等。

桌面虛擬化解決方案可以有效改善計(jì)算機(jī)硬件資源效率低落的問題。實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)在部署桌面虛擬化應(yīng)用后，在以下四個(gè)方面可以顯著提高實(shí)驗(yàn)室管理的效率：

1）管理維護(hù)工作

桌面虛擬化軟件提供了統(tǒng)一的WEB操作管理平臺，實(shí)驗(yàn)室管理人員只需要在一個(gè)管理界面上操作相應(yīng)的虛擬機(jī)鏡像，就可以輕松實(shí)現(xiàn)對終端PC等設(shè)備的運(yùn)維管理、操作系統(tǒng)更新、應(yīng)用軟件安裝，桌面環(huán)境切換等一系列操作，從而提高實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)軟硬件資源使用效率。

2） 統(tǒng)一桌面環(huán)境

桌面虛擬化技術(shù)能提供終端設(shè)備統(tǒng)一的操作系統(tǒng)桌面環(huán)境， 而且對終端設(shè)備的性能要求非常低。不論實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)的配置如何，只要能滿足軟件運(yùn)行最低配置要求，都可以根據(jù)需要運(yùn)行統(tǒng)一的桌面應(yīng)用環(huán)境。因?yàn)樽烂鏀?shù)據(jù)的處理都在服務(wù)器上進(jìn)行，終端設(shè)備只顯示虛擬桌面圖像和傳輸操作命令，在軟件安裝或操作系統(tǒng)升級時(shí)，管理人員只需要在一個(gè)虛擬桌面上進(jìn)行超級權(quán)限操作，就能立刻同步到其他終端設(shè)備上。

3） 軟件兼容性不再受限

桌面虛擬化技術(shù)能夠通過對虛擬機(jī)資源的劃分，生成虛擬的硬件ID號，這樣就可以有效解決軟件注冊時(shí)要求綁定硬件ID的問題，從而在技術(shù)上解決了各種應(yīng)用軟件和管理軟件對終端硬件設(shè)備參數(shù)依賴的問題。

4） 數(shù)據(jù)信息安全

桌面虛擬化的數(shù)據(jù)信息存儲在服務(wù)器上和網(wǎng)絡(luò)中，如果更換終端設(shè)備或者終端設(shè)備發(fā)生故障都不會影響用戶數(shù)據(jù)的恢復(fù)。只要服務(wù)器中的虛擬桌面鏡像無損，均可以保障在網(wǎng)絡(luò)中的終端設(shè)備正常地使用虛擬桌面，保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利進(jìn)行。

5 實(shí)驗(yàn)室桌面虛擬化的實(shí)現(xiàn)

目前在高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)的桌面虛擬化有兩種主流技術(shù)模式：瘦客端與非瘦客戶端模式[5]。瘦客戶端中的所有數(shù)據(jù)資源均在服務(wù)器中。非瘦客端是把獨(dú)立PC機(jī)作為客戶端。在網(wǎng)絡(luò)啟動模式下，非瘦客戶端運(yùn)行的桌面是服務(wù)器中的系統(tǒng)鏡像，在管理模式下，非瘦客戶端運(yùn)行的是本地的操作系統(tǒng)。不管是瘦客戶端還是非瘦客戶端，只要與服務(wù)器連接，在啟動時(shí)就可以選擇所需要系統(tǒng)鏡像。

針對我校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有PC設(shè)備和教學(xué)環(huán)境特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)室采用的是非瘦客戶端的桌面虛擬化技術(shù)方案。選用的軟件產(chǎn)品是北京和信創(chuàng)天科技的VEMS-EDU-A （版本v3.0）。實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)環(huán)境拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示，實(shí)施桌面虛擬化技術(shù)的過程主要是以下幾個(gè)步驟：

1） 在服務(wù)器上對操作系統(tǒng)分區(qū)設(shè)置文件系統(tǒng)為NTFS格式，安裝Winodows或Linux操作系統(tǒng)并對系統(tǒng)電源、網(wǎng)卡等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

2） 在服務(wù)器端操作系統(tǒng)上安裝MySql數(shù)據(jù)庫，解壓安裝VEMSServer服務(wù)端管理軟件，設(shè)置通信密鑰、集群名稱、選擇綁定網(wǎng)卡等操作，完成該操作后，安裝及配置VEMS ManagerWEB軟件，完成管理端與服務(wù)器端的連接，并在管理端中設(shè)置顯示策略，回寫策略，網(wǎng)絡(luò)策略和磁盤組策略等操作。

3） 設(shè)置客戶機(jī)操作系統(tǒng)所在分區(qū)格為NTFS格式，在客戶機(jī)上安裝VEMS Client軟件，并在客戶機(jī)BIOS中設(shè)置系統(tǒng)引導(dǎo)順序?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)，重啟機(jī)器后，客戶機(jī)自動與服務(wù)器WEB管理端連接，并在回應(yīng)界面中提示輸入客戶機(jī)編號。在WEB管理平臺中對該編號的客戶機(jī)設(shè)置為硬盤啟動模式。

4） 設(shè)置任意一臺離線狀態(tài)下的客戶機(jī)為超管模式，啟動該客戶機(jī)，安裝操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件，安裝完畢后，設(shè)置系統(tǒng)上傳命令，將操作系統(tǒng)鏡像上傳至服務(wù)器目標(biāo)目錄。之后，關(guān)閉客戶機(jī)，在WEB管理平臺中取消該客戶機(jī)的超管理模式，并設(shè)置啟動模式為網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)。

5） 批量設(shè)置其他客戶機(jī)的BIOS引導(dǎo)順序及編號，重新啟動客戶機(jī)后，讓客戶機(jī)自動從服務(wù)器上下載操作系統(tǒng)鏡像，完成客戶端虛擬云桌面的部署。

6） 若客戶機(jī)系統(tǒng)需更新，可再次設(shè)置某離線狀態(tài)客戶機(jī)為超管模式，啟動該客戶機(jī)，完成系統(tǒng)及應(yīng)用軟件更新后，關(guān)閉并取消該客戶機(jī)的超管模式。然后，啟動其他客戶機(jī)，進(jìn)入操作系統(tǒng)后客戶機(jī)會自動下載更新。

通過以上幾個(gè)步驟的安裝與設(shè)置，就完成了實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)VEMS桌面虛擬化的部署與更新操作。經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)VEMS虛擬化解決方案能夠有效的簡化實(shí)驗(yàn)室在硬盤保護(hù)卡模式下的相關(guān)管理功能，解決保護(hù)卡在實(shí)驗(yàn)室管理中的瓶頸問題，提高了對管理大批量的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更新與升級工作的效率。但是，相較于硬盤保護(hù)卡對計(jì)算機(jī)的一鍵喚醒功能，VEMS虛擬云桌面解決方案也顯示出相應(yīng)的不足。

6 結(jié)束語

硬盤保護(hù)卡技術(shù)和桌面虛擬化技術(shù)使高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)維管理變得更加高效和便捷，它們分別從硬件和軟件方面對計(jì)算機(jī)的管理功能實(shí)現(xiàn)了有效的互補(bǔ)。但隨著虛擬化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和成熟，硬盤保護(hù)卡的應(yīng)用范圍會漸漸弱化，虛擬云桌面的應(yīng)用會得到廣泛發(fā)展。目前，高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的管理應(yīng)根據(jù)當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用環(huán)境和長遠(yuǎn)規(guī)劃選擇合適的管理技術(shù)模式，既不能不考慮信息化發(fā)展趨勢而因循守舊，也不能不考慮現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境而盲目投入建設(shè)。

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