基于虛擬化桌面的高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理模式研究

王蘭

摘 要：目前，高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中設(shè)備數(shù)量大，教學(xué)、科研用軟件實(shí)驗(yàn)環(huán)境各異，各個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的安裝與運(yùn)行維護(hù)都需要耗費(fèi)極大的人力物力。為提升管理效率，降低實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行維護(hù)成本，該文就如何將云計(jì)算應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)室的日常管理和維護(hù)中進(jìn)行了研究，通過本校虛擬桌面建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)施，闡明了云計(jì)算在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理中應(yīng)該具備的功能，并與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理模式進(jìn)行了對(duì)比，為高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理模式轉(zhuǎn)變提供了理論到實(shí)踐的有益嘗試。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算 虛擬化 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)管理

中圖分類號(hào)：TP308 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）03（b）-0201-04

The Research of Universitys Computer Laboratory Management Mode Based on Virtual Desktop

Wang Lan

（Chengdu University School of literature and Journalism，Chengdu Sichuan，610106，China）

Abstract：A large number of equipment exist in current Universities computer labs， the experimental environment for teaching and scientific research on these equipment are varied. This situation makes the installation and maintenance of these environment consume a great deal of manpower and material resources. In order to improve the efficiency of management， reduce the operation and maintenance costs of the laboratory， this paper studies how to apply cloud computing to the daily labs management and maintenance. On the basis of a virtual desktop project implemented in authors University， this paper clarified the functions which should be realized during apply cloud computing in computer lab management， and compared the new management mode with the traditional computer lab management mode. The practice and research in this paper provides a theory-practice beneficial attempt for the University computer laboratory management mode transformation.

Key Words： Cloud computing； Visualization； Computer laboratory； Laboratory construction management

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的推進(jìn)，社會(huì)各個(gè)行業(yè)對(duì)高校畢業(yè)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力的要求與日俱增。而學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力的提升，不僅僅是理論的學(xué)習(xí)，還需要大量的上機(jī)實(shí)踐練習(xí)。這對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)、維護(hù)和管理提出了嚴(yán)峻考驗(yàn)。以往傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理方式日益無(wú)法滿足新形勢(shì)下教學(xué)、科研的需要，其不足之處如下：

（1）實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成本高。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，專業(yè)課程所需的軟件更新頻繁，對(duì)計(jì)算機(jī)性能提出了更高的要求，大約每隔5年，計(jì)算機(jī)硬件性能就無(wú)法跟上操作系統(tǒng)和新應(yīng)用軟件的要求[1]。設(shè)備的周期性購(gòu)置，必然造成建設(shè)成本的提升。

（2） 實(shí)驗(yàn)室管理分散，設(shè)備總量大，運(yùn)維成本高。

通常一個(gè)實(shí)驗(yàn)室一般有60臺(tái)左右的計(jì)算機(jī)，大的實(shí)驗(yàn)室會(huì)有近200臺(tái)計(jì)算機(jī)，每臺(tái)機(jī)器都需要管理人員進(jìn)行軟硬件的維護(hù)。特別是在每學(xué)期開學(xué)之初，實(shí)驗(yàn)管理人員需要將實(shí)驗(yàn)環(huán)境在每臺(tái)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行部署，耗時(shí)而費(fèi)力。另一方面，由于設(shè)備數(shù)量大、使用頻率高、安裝軟件種類多、機(jī)器配置不統(tǒng)一、學(xué)生使用習(xí)慣不良等因素，每臺(tái)計(jì)算機(jī)也需要管理人員經(jīng)常性的進(jìn)行檢查和維護(hù)，造成運(yùn)維成本的提升[2]。

（3） 實(shí)驗(yàn)室利用率低，資源共享度低。

由于硬件設(shè)備資源的限制，不同專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室往往只安裝了與其專業(yè)相關(guān)的軟件，造成一個(gè)實(shí)驗(yàn)室只能完成有限課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。另一方面，由于國(guó)有資產(chǎn)管理制度的限制，實(shí)驗(yàn)室的資源只能在實(shí)驗(yàn)室里才能使用，使得這些資源受到時(shí)間、場(chǎng)地限制，共享度較低[3]。

為解決這些不足之處，基于云計(jì)算的桌面虛擬化技術(shù)近年來逐步應(yīng)用到高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理中，并得到了良好的效果[4]。

1 云計(jì)算與虛擬化桌面

1.1 云計(jì)算

云計(jì)算是一種按使用量付費(fèi)的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網(wǎng)絡(luò)訪問， 進(jìn)入可配置的計(jì)算資源共享池（資源包括網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器，存儲(chǔ)，應(yīng)用軟件，服務(wù)），這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務(wù)供應(yīng)商進(jìn)行很少的交互[5]。利用云計(jì)算技術(shù)，可以使教學(xué)資源的集中化、系統(tǒng)搭建的簡(jiǎn)單化變得易于實(shí)現(xiàn)[6]。

1.2 虛擬化桌面

桌面虛擬化是一種典型的云計(jì)算應(yīng)用，它能夠在“云”中為用戶提供遠(yuǎn)程的計(jì)算機(jī)桌面服務(wù)。通過在遠(yuǎn)程服務(wù)器上運(yùn)行用戶需要的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，利用專門的桌面交付協(xié)議將操作系統(tǒng)桌面視圖按圖像方式傳送給用戶終端設(shè)備上，從而達(dá)到邏輯視圖與物理計(jì)算機(jī)隔離。通過桌面虛擬化技術(shù)，用戶在個(gè)人終端上只需發(fā)出指令，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，所有的計(jì)算和存儲(chǔ)都由遠(yuǎn)程服務(wù)器完成。而服務(wù)器上的計(jì)算、存儲(chǔ)資源可以為多個(gè)用戶共享，并根據(jù)用戶需求進(jìn)行資源的分配、交付。這樣的方式，可以極大提升資源利用率，降低實(shí)驗(yàn)室整體建設(shè)、運(yùn)維成本[7]。

1.3 虛擬化桌面的技術(shù)架構(gòu)

目前市場(chǎng)上虛擬化桌面的主要技術(shù)架構(gòu)可以分為：虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu)VDI（Virtual Desktop Infrastructure）和虛擬操作系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)VOI（Virtual OS Infrastructure）[8]。

1.3.1 VDI架構(gòu)

VDI不會(huì)給每個(gè)用戶配置一臺(tái)運(yùn)行了操作系統(tǒng)的桌面PC，而是通過中心機(jī)房的服務(wù)器上運(yùn)行操作系統(tǒng)，將用戶的桌面進(jìn)行虛擬化。用戶通過客戶端設(shè)備的客戶計(jì)算協(xié)議與服務(wù)器上的虛擬桌面進(jìn)行連接，從而達(dá)到如同訪問本地桌面一樣的效果。

VDI可以讓用戶在任何地方連接到他們?cè)诜?wù)器上的虛擬桌面，而管理人員也更易于管理位于中心機(jī)房服務(wù)器上的虛擬桌面。目前，國(guó)外知名的虛擬化廠商VMware、思杰、微軟都極力推薦此架構(gòu)。

1.3.2 VOI架構(gòu)

VOI不僅可實(shí)現(xiàn)基于服務(wù)端的遠(yuǎn)程虛擬OS、APPS、UserProfiles的按需交付，也可實(shí)現(xiàn)基于客戶端的本地緩存OS、APP及UserProfiles，這樣不僅僅可利用終端本地資源處理計(jì)算及圖形密集型應(yīng)用，比如：如音視頻、大型設(shè)計(jì)及工業(yè)軟件等，也可支持各種計(jì)算機(jī)外設(shè)以適應(yīng)復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境及未來的應(yīng)用擴(kuò)展。同時(shí)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器的依賴性將大大降低，即使網(wǎng)絡(luò)中斷或服務(wù)器宕機(jī)終端也可繼續(xù)使用，數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)云端集中存儲(chǔ)，也可實(shí)現(xiàn)終端本地加密存儲(chǔ)，且終端應(yīng)用數(shù)據(jù)不會(huì)因網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)端故障而丟失。目前，由IBM推出的VOI正成為VDI的有力挑戰(zhàn)者。

1.3.3 VDI與VOI的選擇

VDI與VOI都有著自身的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，如表1所示。在桌面虛擬化建設(shè)中，選擇何種技術(shù)，需要根據(jù)用戶自身的業(yè)務(wù)要求和兩種技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行判斷[9]。

高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室主要進(jìn)行計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，業(yè)務(wù)流程相對(duì)較為簡(jiǎn)單。同時(shí)，由于經(jīng)費(fèi)預(yù)算受限，在實(shí)際建設(shè)中，選擇VDI技術(shù)成為高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的一般選擇[10]。

2 桌面虛擬化在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理的應(yīng)用

學(xué)院現(xiàn)計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有計(jì)算機(jī)350臺(tái)，分布在6間實(shí)驗(yàn)室。這些計(jì)算機(jī)大部分都已經(jīng)超過使用年限，每年運(yùn)行維修經(jīng)費(fèi)在15萬(wàn)左右。由于性能成舊，很多計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)所需的大型軟件運(yùn)行速度難以達(dá)到師生的要求，而如果要更換這些設(shè)備已到達(dá)教學(xué)的要求，需要投入經(jīng)費(fèi)約140萬(wàn)。為此，筆者所在學(xué)校選用了桌面虛擬化的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室改造。總投入90萬(wàn)左右，主要購(gòu)置云服務(wù)器15臺(tái)，各類交換機(jī)10臺(tái)，虛擬化桌面軟件350套等。通過項(xiàng)目的實(shí)施和運(yùn)行，在不升級(jí)原有計(jì)算機(jī)硬件的基礎(chǔ)上，通過虛擬化桌面的方式，完全解決了專業(yè)實(shí)驗(yàn)所需各種軟件的流暢運(yùn)行，通過一年的運(yùn)行，得到了師生的一致好評(píng)。

2.1 實(shí)驗(yàn)室桌面虛擬化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)將云服務(wù)器通過虛擬化技術(shù)，生成指定的虛擬桌面，然后利用遠(yuǎn)程桌面顯示協(xié)議，通過網(wǎng)絡(luò)將服務(wù)器端的桌面發(fā)送給機(jī)房的終端設(shè)備。實(shí)驗(yàn)室管理人員通過任意瀏覽器訪問管理平臺(tái)，對(duì)服務(wù)器集群和所有桌面進(jìn)行管理維護(hù)。整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 實(shí)驗(yàn)室桌面虛擬化功能實(shí)現(xiàn)

高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的主要目標(biāo)是服務(wù)教學(xué)和科研，桌面虛擬化的建設(shè)是為了給教學(xué)科研提供更便捷的管理。為此，我們提出如圖2所示的功能。

2.2.1 云端管理功能：解決傳統(tǒng)機(jī)房管理人員運(yùn)維工作量大的問題

管理員通過基于WEB的圖形化集中管理平臺(tái)，可以在任意聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備上訪問管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理服務(wù)器的管理；虛擬機(jī)的創(chuàng)建、刪除和修改；虛擬機(jī)系統(tǒng)和軟件的安裝；用戶行為的統(tǒng)一管理等。在辦公室內(nèi)便可以部署或管理所有機(jī)房，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中管理，降低管理維護(hù)難度。

2.2.2 設(shè)備管理功能：解決社會(huì)化考試時(shí)對(duì)設(shè)備的特殊要求

一些社會(huì)化考試時(shí)會(huì)遇到諸如禁止USB使用等要求，為此，需提供對(duì)設(shè)備管理的功能，可對(duì)桌面進(jìn)行USB的使用權(quán)限設(shè)置；同時(shí)可以對(duì)終端設(shè)備進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)終端設(shè)備的計(jì)算機(jī)名修改、IP地址修改、遠(yuǎn)程開關(guān)機(jī)等。

2.2.3 桌面使用調(diào)度功能：解決教學(xué)、考試等多場(chǎng)景的自動(dòng)切換

在實(shí)際教學(xué)中，不同的專業(yè)需要的實(shí)驗(yàn)教學(xué)場(chǎng)景不同，為此，需要提供各種場(chǎng)景的切換功能，保證管理員可以根據(jù)不同的教學(xué)需求，方便快捷的進(jìn)行用于支持不同專業(yè)的教學(xué)場(chǎng)景，例如可以支持不同的操作系統(tǒng)場(chǎng)景、不同的應(yīng)用軟件場(chǎng)景。同時(shí)，為今后實(shí)驗(yàn)室的自動(dòng)化管理，提供根據(jù)課表自動(dòng)切換桌面的功能，以保證學(xué)生上課時(shí)能自動(dòng)進(jìn)入到與課程配套的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中。

2.2.4 安全保障功能：解決系統(tǒng)還原和資源分配

為教學(xué)運(yùn)行中，隨著學(xué)生安裝各種軟件，桌面的操作系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題，對(duì)管理人員而言，解決這些不帶普遍性的隨機(jī)問題是沒有多大意義的。為此，需要在管理中提供快速的系統(tǒng)還原功能，方便管理人員在系統(tǒng)遇到問題時(shí)，直接恢復(fù)到系統(tǒng)最初安裝時(shí)的狀態(tài)，保證教學(xué)的正常運(yùn)行。同時(shí)，虛擬化桌面應(yīng)提供“快照”和系統(tǒng)備份功能，保證單臺(tái)服務(wù)器出故障后能快速遷移到指定的正常服務(wù)器上運(yùn)行。

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室由于受硬件條件的限制，對(duì)一些性能要求較高的軟件無(wú)法正常運(yùn)行，限制了實(shí)驗(yàn)室所能承接的實(shí)驗(yàn)類型。而虛擬云桌面可以通過資源的彈性分配，將用戶桌面所對(duì)應(yīng)的內(nèi)存、CPU等在服務(wù)器性能滿足的條件下進(jìn)行升級(jí)，從而無(wú)需更換終端硬件而達(dá)到升級(jí)軟件的功能。同時(shí)，虛擬化桌面還應(yīng)提供“動(dòng)態(tài)遷移”功能，以保證管理員可以手動(dòng)或自動(dòng)將虛擬機(jī)遷移到其他服務(wù)器，“負(fù)載均衡”功能，以自動(dòng)平衡各服務(wù)器的利用率，在保證業(yè)務(wù)流暢的同時(shí)，資源彈性使用，最大化的利用服務(wù)器硬件資源。

2.3 實(shí)驗(yàn)室桌面虛擬化管理與傳統(tǒng)方式優(yōu)劣對(duì)比

通過桌面虛擬化項(xiàng)目的具體實(shí)施與應(yīng)用，該文總結(jié)出桌面虛擬化管理模式與傳統(tǒng)管理模式的優(yōu)劣之處，具體情況如表 2所示。

3 結(jié)語(yǔ)

通過桌面虛擬化項(xiàng)目中四個(gè)功能模塊的實(shí)現(xiàn)，有效的解決了以往實(shí)驗(yàn)室管理難以解決的一系列問題，有效的降低了管理人員工作量，提升了管理效率，降低了計(jì)算機(jī)機(jī)房建設(shè)和運(yùn)維成本，為后期計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)代化管理奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉永，吳杰，寧玉富，等.高校虛擬化桌面實(shí)施研究[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2016（2）：140-143.

[2] 何均健，黃志宏.淺談高校桌面虛擬化的實(shí)施[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2014（7）：193-194.

[3] 曾陽(yáng)艷.基于虛擬云技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理[J].電腦知識(shí)與技術(shù)：學(xué)術(shù)交流，2015，11（18）：47-49.

[4] 姜寧，何婧媛，牛永潔.基于虛擬云桌面的高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理[J].延安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2016，35（3）：36-37.

[5] 雷葆華.云計(jì)算解碼[M].2版.電子工業(yè)出版社，2012.

[6] 吳海燕.基于云計(jì)算的高校實(shí)驗(yàn)室管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2013（22）：276-277.

[7] 陳黎明，王蓉.高校桌面虛擬化的量化設(shè)計(jì)方案研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2016，12（10）：71-72.

[8] 王峰，江峰，李朝陽(yáng). 虛擬桌面及關(guān)鍵技術(shù)分析[J]. 電信技術(shù)， 2011，1（1）：26-28.

[9] 兩種主流桌面虛擬化的對(duì)決[EB/OL]http：//www.vesystem.com/Article/ShowInfo.asp InfoID=224.

[10] 蘇文莉，葉晟，錢蔚.地方應(yīng)用型本科院校云計(jì)算實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的研究[J].科技視界，2016（15）：143.