云桌面技術在高校計算機實驗室管理中的應用

常青

[摘? ? 要] 高校的計算機實驗室皆為面向全校師生服務，承擔著多層次多學科的計算機課程。除此以外，還承接各項上機考試和教師的集中網(wǎng)上閱卷等工作。因此計算機實驗室涉及安裝的應用軟件較多，計算機的利用率極高，降低了機器的使用壽命。云桌面技術運用互聯(lián)網(wǎng)的云計算存儲技術和加密算法，將云平臺和云終端有機結合，集中管理，為高校的計算機實驗教學及管理提供了更為簡捷，更為安全的服務，同時也延長了實驗室設備的生命周期，節(jié)約了成本。

[關鍵詞] 計算機實驗室;云桌面;架構

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 03. 084

[中圖分類號] G647;TP311? ? [文獻標識碼]? A? ? ? [文章編號]? 1673 - 0194（2019）03- 0205- 02

1? ? ? 高校計算機實驗室現(xiàn)狀簡析

1.1? ?軟件繁冗硬件滯后

高校計算機實驗室主要用于學校的計算機實踐教學，承擔著較重的教學任務，以及臨時性的機考任務。不同課程對軟件運行環(huán)境要求各異，若干實驗室內機器的批次、型號、配置亦不同，這就需要計算機實驗室管理人員提供不同的鏡像與驅動，布置不同的軟件環(huán)境，安裝多個操作系統(tǒng)和多版本的同一軟件。眾所周知，計算機的硬件更新速度快，多數(shù)實驗室的硬件至少五至七年更新一次，硬件資源受限，而新版本軟件占用系統(tǒng)資源較高，實驗室現(xiàn)有硬件設施不能完全滿足教學需求。

1.2? ?故障率較高

機器的高頻使用，個人操作的習慣不同，導致機器的破損率增加。對于一般的軟件故障，諸多高校的計算機實驗室采用“保護卡”的還原功能來解決。低版本配置的保護卡應用該功能，容易造成機器藍屏，同時也造成病毒庫和補丁升級的不及時，系統(tǒng)的安全性較弱。

1.3? ?數(shù)據(jù)共享性較弱

高校的計算機實驗室內一般會安裝多個操作系統(tǒng)，由于授課的內容不同，安裝的應用軟件也不同，這樣就會在課程結束后產(chǎn)生大量的教師課件、學生課堂作業(yè)等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)分布在若干臺計算機上，只有在原終端才可以訪問該數(shù)據(jù)，各實驗室的IP段不同，數(shù)據(jù)不易傳遞，只能通過移動設備進行數(shù)據(jù)備份，共享性較弱。

2? ? ? 云桌面技術

云桌面主要基于云計算的存儲管理模式開發(fā)，采用高加密按需即取的算法，是依托互聯(lián)網(wǎng)進行資源利用的新方式。簡單來講，就是可以通過特定的程序，訪問云平臺的服務器資源（包括個人桌面和各種應用軟件）。它的用戶體驗與我們日常操作個人PC無二，只需對物理設備進行虛擬化建模，無須頻繁的設備升級更新，不僅控制了建設成本，而且資源利用也不再受限。

云桌面為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供了一個基于瀏覽器的桌面系統(tǒng)，針對不同用戶的需求，方便用戶的個性化上網(wǎng)。同時云桌面還提供各項常用的管理功能，用戶可以按需管理使用經(jīng)常瀏覽的網(wǎng)站，拓展搜索引擎和網(wǎng)絡收藏夾等個性化上網(wǎng)入口功能。

3? ? ? 云桌面的管理應用性能分析

以云桌面技術作為支撐的計算機實驗室，可以將所有用戶數(shù)據(jù)存儲于一個數(shù)據(jù)中心，有效地實現(xiàn)數(shù)據(jù)安全隔離。按照不同層次的使用需求，云桌面為用戶提供了更為適用的統(tǒng)一化的桌面及應用軟件資源。每個客戶端成為獨立的個體，脫離主機去工作。其方式類似于虛擬的無盤工作站，利用互聯(lián)網(wǎng)接入，將服務器與云資源數(shù)據(jù)池相連。用戶可以在客戶端登錄云端，將全部數(shù)據(jù)同步儲存在云端，不僅可以共享實驗教學的資源，也避免了移動存儲介質帶來的復雜性和不安全性，提高了資源利用率。

云桌面的管理模式，將桌面、數(shù)據(jù)訪問、軟件相結合，用戶可以通過計算機、平板電腦、手機等終端，利用互聯(lián)網(wǎng)絡，隨時隨地地訪問屬于自己的個人桌面系統(tǒng)，完成授課及實驗。應用軟件的統(tǒng)一，摒除了傳統(tǒng)計算機實驗室不僅需要提前做好軟件環(huán)境的準備工作，還需解決軟件與軟件之間，軟件與硬件之間的兼容性的問題，它可以在任一時間任一地點使用同一桌面環(huán)境來進行教學和實驗。

傳統(tǒng)的計算機實驗室在后期的使用維護中需要不斷更新、升級和修復軟件，安裝配置硬件，這些工作幾乎要在每臺計算機中運行一次，不僅工作量大，成本也較高。高校的計算機實驗中心可以在云桌面技術的支持下，對各實驗室進行統(tǒng)一管理，只需管理員在服務器上進行相關的軟件升級、更新等維護操作，統(tǒng)一分配各項作業(yè)的執(zhí)行計劃，就可以讓全體用戶體驗到良好的軟件環(huán)境，極大地減少了計算機維護帶來的工作量。

將云桌面有效地應用到計算機實驗室，主要實現(xiàn)了集中化管理功能，只需更新一個基礎的鏡像。如果授課內容不同，可以根據(jù)課程內容配置不同的基礎鏡像，再將不同的學生用戶分別連接到上述不同的基礎鏡像。如果需要修改其中的內容，只要在基礎鏡像中修改，并重新啟動云桌面的客戶端即可看到更新后的內容。如果管理員不在計算機實驗室，在其他場所只需遠程登錄管理平臺，就可以對云桌面的模板、應用軟件和數(shù)據(jù)進行管理。應用云桌面技術的實驗室在后期維護中，只需更新可以提升云桌面性能的服務器和存儲資源介質即可。

由于實驗室內的終端顯示的是在服務器上設置的虛擬桌面，而實際的數(shù)據(jù)都存儲在服務器上，利用云桌面的還原功能，當客戶端設置為還原模式時，服務器將客戶端新增數(shù)據(jù)存于一個臨時的區(qū)域。當客戶端重新啟動，這一臨時區(qū)域的數(shù)據(jù)也一并刪除，以此實現(xiàn)它的還原功能。

4? ? ? 云桌面架構部署

云桌面就是在虛擬化的服務器上生成若干個獨立的桌面操作系統(tǒng)，再通過專用的云桌面協(xié)議發(fā)送至各個終端。它將實現(xiàn)以下的基礎服務功能：

（1）用戶管理。分為管理員和普通用戶。管理員負責對云桌面的創(chuàng)建、配置、訪問控制，對資源進行有效的配置與維護。普通用戶可以注冊使用云桌面的各項資源。

（2）存儲管理。包含服務器數(shù)據(jù)池內的各項數(shù)據(jù)和終端設備上傳數(shù)據(jù)的儲存、備份。

（3）軟件管理。所有應用軟件的安裝與維護。

（4）平臺管理。按照用戶使用需求對平臺進行管理與維護。

（5）安全管理。服務器內系統(tǒng)的運行，病毒的防護，數(shù)據(jù)的備份，賬號的安全管理和維護。

4.1? ?云桌面架構

云桌面主要由終端層、控制層、接入層和調度層構成。

（1）終端層包括客戶端的顯示、聲音輸出、鼠標鍵盤的輸入。

（2）控制層主要控制傳遞鼠標的點擊，鍵盤的輸入等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)客戶端對后臺的訪問?？刂仆粫r間點流量的分流，以達到后臺多個服務器的負載均衡。

（3）接入層是一個會話的窗口。對各用戶的身份進行認證，只有認證成功方可登錄虛擬云桌面。還可以對用戶進行添加、刪除等操作，設定其角色，不同的角色設置不同的權限。該層還配置了云桌面管理系統(tǒng)，用于管理員的管理與維護。

（4）調度層是利用云計算技術，將后臺的多個服務器虛擬成為若干個獨立的云桌面，并為前臺的云桌面提供計算和存儲服務。

4.2? ?云桌面的部署

為保證云桌面系統(tǒng)的高可靠性，首先需構建完善的服務器集群，以其中一臺作為主控服務器。建議采用適用于高密度計算的模塊化基礎架構服務器，能在要求極為苛刻的數(shù)據(jù)庫、技術計算和虛擬化環(huán)境中提供強大的計算動力，處理繁重的工作負載。建議配置如下：英特爾至強E5-4600 v4處理器，2個英特爾QuickPath互連（QPI）鏈路互連6.4 GT/s;高速緩存每個內核2.5 MB;內核數(shù)量選項：10;內存最高可配3 TB（48個DIMM插槽）： 16 GB DDR4（最高2400 MT/s）。

客戶端是需要個獨立的嵌入式操作系統(tǒng)，為了實現(xiàn)可利用資源的最大化，架構中還支持對傳統(tǒng)桌面做出諸如安裝插件等操作的改造，以便于它們有能力運行在服務器上。建議配置如下：英特爾酷睿i7-7700T 處理器;內存8 GB 2 400 MHz DDR4;2.5英寸 256 GB SATA Class 20 固態(tài)硬盤，本地硬盤預裝WIN7 64位系統(tǒng)，以備網(wǎng)絡不通暢時教學使用。

云桌面采用千兆以太網(wǎng)進行布線，網(wǎng)絡設備有匯聚交換機、接入交換機、防火墻。每個實驗室皆通過接入交換機連接匯聚交換機，訪問云桌面的服務器集群。通過設置服務器物理機和虛擬IP來劃分若干個安全子域，再設置虛擬局域網(wǎng)的訪問控制權限，使得實驗室可以在教學的過程中相互獨立，實現(xiàn)了每個虛擬局域網(wǎng)和服務局域網(wǎng)可以相互訪問，但為了提高安全性，不同的虛擬局域網(wǎng)之間不可相互訪問。

在特定的應用場景下，云桌面架構提供了應用程序，它通過共享服務的方式來提供桌面和應用，同時，它還可以在特定的服務器上提供更完善的服務。

云桌面中會涵蓋像用戶信息、訪問信息等大量數(shù)據(jù)資源，為保證教學資源的安全性，不將上述信息泄露，還需對該信息進行行之有效的管理。建議將其數(shù)據(jù)生成二維表格，選擇合適的數(shù)據(jù)源，構建一個完整的數(shù)據(jù)庫，為教學提供便利條件。

5? ? ? 結? ? 語

基于云計算和虛擬化的云桌面，實現(xiàn)了教學資源的集中利用，安全節(jié)能，方便了計算機實驗室管理員對實驗室的維護與管理，改變了傳統(tǒng)實驗室的現(xiàn)狀，同時也提升了學校的信息化建設水平。

主要參考文獻

[1]焦敏，周小明，武文娟，等.虛擬云桌面在實驗教學中的應用與實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2018（13）：7-9，12.

[2]劉波. 云桌面技術在計算機機房管理中的應用[C]//《智能城市》雜志社，美中期刊學術交流協(xié)會.2016智能城市與信息化建設國際學術交流研討會論文集，2016.