基于云桌面深度融合的開放型實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理研究

成晉軍 張曉娟

（山西大學(xué)商務(wù)學(xué)院 山西省太原市 030031）

隨著國(guó)家對(duì)職業(yè)教育的重視，高校人才培養(yǎng)向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)也成為重中之重。高校的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室作為學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)、實(shí)踐學(xué)習(xí)等專業(yè)課程的主要場(chǎng)地，通過(guò)最新的基于虛擬技術(shù)的云桌面形式與新的教學(xué)方式相結(jié)合，打破傳統(tǒng)意義上計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與運(yùn)維方式，將能夠更加高效率的為教育教學(xué)、為學(xué)生服務(wù)。

1 基于云桌面的實(shí)驗(yàn)室管理

早期的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室采用的云桌面管理方式是以VDI 技術(shù)為主流來(lái)構(gòu)建的虛擬桌面化技術(shù)。VDI 云桌面技術(shù)就是把所有的運(yùn)算、存儲(chǔ)資源交由后臺(tái)服務(wù)器來(lái)完成，管理員在服務(wù)器生成若干虛擬桌面，用戶使用時(shí)可以通過(guò)客戶端的瀏覽器來(lái)實(shí)現(xiàn)根據(jù)個(gè)人需求進(jìn)行辦公、學(xué)習(xí)，最重要的是，這種方式不再受到時(shí)間、地點(diǎn)的限制，只要網(wǎng)絡(luò)可以到達(dá)的地方就能使用。

VOI 管理方式的應(yīng)運(yùn)而生在技術(shù)上填補(bǔ)了VDI 管理方式的不足之處。VOI 的所有計(jì)算、存儲(chǔ)則是在本地，服務(wù)器用于操作系統(tǒng)鏡像的存儲(chǔ)，并對(duì)本地計(jì)算機(jī)進(jìn)行策略控制。

2 云桌面設(shè)計(jì)與實(shí)施

2.1 架構(gòu)設(shè)計(jì)

云桌面實(shí)驗(yàn)室總架構(gòu)主要包括4 個(gè)模塊：服務(wù)器虛擬化層、接入層、用戶應(yīng)用層、核心應(yīng)用層。

服務(wù)器虛擬化層：該層經(jīng)由使用服務(wù)器虛擬化軟件來(lái)對(duì)服務(wù)器的基本功能展開虛擬化處理，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)器中的核心資源、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等等具體內(nèi)容的虛擬化。它將以一個(gè)服務(wù)器矩陣的方式整合多臺(tái)獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)的服務(wù)器，與此同時(shí)，根據(jù)用戶的不同需求來(lái)對(duì)服務(wù)器中的資源提供一個(gè)統(tǒng)一的管理網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，且為一些基礎(chǔ)的管理服務(wù)提供基本服務(wù)。

接入層：用戶通過(guò)組件或?yàn)g覽器登錄云桌面。通過(guò)加密方式與中心服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通話，根據(jù)需求及對(duì)應(yīng)帳號(hào)獲取相應(yīng)的虛擬桌面、個(gè)人數(shù)據(jù)及相關(guān)配置文件。這樣就可以適應(yīng)依據(jù)不同的用戶策略以及不同權(quán)限的用戶將可以擁有個(gè)人定制桌面的個(gè)性化需求。

用戶應(yīng)用層：根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)或用戶需求在服務(wù)器生成虛擬桌面池，用戶通過(guò)帳號(hào)獲取桌面。該層包括桌面管理，遠(yuǎn)程控制、用戶個(gè)性化需求。

核心應(yīng)用層：除了提供正常實(shí)驗(yàn)所需的教學(xué)環(huán)境外，該層還可以做為各類管理系統(tǒng)、教學(xué)系統(tǒng)的平臺(tái)。譬如個(gè)人云盤存儲(chǔ)、各類考試如NCRE 的服務(wù)器等等。

2.2 系統(tǒng)部署

2.2.1 服務(wù)器硬件部署

表1：服務(wù)器配置

表2：云桌面工作模式對(duì)比

表3：云桌面效果分析

該類平臺(tái)的部署應(yīng)用使用到3 臺(tái)DELL 系列的服務(wù)器，其中云桌面管理平臺(tái)應(yīng)該使用2 臺(tái)服務(wù)器，云盤服務(wù)器使用另外1 臺(tái)服務(wù)器。服務(wù)器的具體配置如表1所示。

基于實(shí)際教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、辦公等需求及VDI 和VOI 云桌面的技術(shù)特點(diǎn)，最終以VDI+VOI+網(wǎng)絡(luò)云盤模式實(shí)施，如表2所示。該方案根據(jù)不同的場(chǎng)景要求實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線桌面，離線桌面相融合，兩種云桌面可以共同使用一個(gè)數(shù)據(jù)云盤，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)相通，數(shù)據(jù)共享，節(jié)約資源。

2.2.2 桌面部署分析

對(duì)于購(gòu)置年限較早，配置較低的傳統(tǒng)PC 實(shí)驗(yàn)室采用VOI+VDI的部署方式，做到機(jī)器利舊，減少投資。VOI 主要用于部署PC 機(jī)的操作系統(tǒng)及對(duì)計(jì)算機(jī)配置要求相對(duì)較低的軟件，操作系統(tǒng)有漏洞更新、殺毒軟件更新時(shí)可以在不影響正常上課的情況下，通過(guò)后臺(tái)服務(wù)器更新VOI 系統(tǒng)模板，并同時(shí)更新所在實(shí)驗(yàn)室操作系統(tǒng)及軟件。VDI 桌面用于實(shí)驗(yàn)室課程所需軟件的運(yùn)行，所運(yùn)行的軟件一般對(duì)計(jì)算機(jī)的配置要求較高，或臨時(shí)調(diào)課時(shí)所需要的軟件，做到及時(shí)、快速部署，學(xué)生、教師無(wú)感知更新軟件。

對(duì)于計(jì)算機(jī)購(gòu)置年限較近，配置較高的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，則主要采用VOI 的部署方式。后臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行鏡像管理，實(shí)驗(yàn)室運(yùn)維等操作。實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)則使用網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)與服務(wù)器連接，在網(wǎng)絡(luò)通暢的情況下，計(jì)算機(jī)啟動(dòng)時(shí)，后臺(tái)服務(wù)器以數(shù)據(jù)流的形式將終端計(jì)算機(jī)所需操作系統(tǒng)和軟件傳導(dǎo)給客戶端，在實(shí)驗(yàn)室斷網(wǎng)的情況下，則使用本地緩存進(jìn)行運(yùn)行。

對(duì)于教師辦公、移動(dòng)應(yīng)用等非固定終端的需求時(shí)則采用VDI為主，VDI+VOI+云盤+數(shù)據(jù)漫游的形式部署。在教師辦公、教學(xué)、科研的工作中，教師在家或辦公室備課只需要把所需材料上傳到網(wǎng)絡(luò)云盤，則不需要使用優(yōu)盤存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，避免優(yōu)盤損壞，數(shù)據(jù)丟失。教師在家，在辦公室，在實(shí)驗(yàn)室只需要帳號(hào)、密碼訪問(wèn)專屬云桌面即可，融合方案如圖 1所示。

圖1：VDI+VOI 協(xié)同工作方案

圖2：管理端界面

2.3 云桌面實(shí)現(xiàn)

作為前期的實(shí)驗(yàn)，學(xué)校主要采用云桌面+云盤+傳統(tǒng)電腦的模式試運(yùn)行。規(guī)劃使用VDI 和VOI 各100 個(gè)點(diǎn)的并發(fā)量進(jìn)行。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室部署Windows7 及常用軟件做為網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)器不穩(wěn)定時(shí)的應(yīng)急使用。為每位老師分配一個(gè)VDI 和VOI 通用的帳號(hào)，使用漫游桌面的形式，在網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器正常的情況下進(jìn)行備課，科研、辦公使用。VDI+VOI 部署完成后的管理端界面如圖2所示，客戶端界面如圖3所示。

2.3.1 VDI 桌面

首先在服務(wù)器上安裝云桌面操作系統(tǒng)并進(jìn)行配置，根據(jù)需求創(chuàng)建模板的硬件配置，在此模板機(jī)上根據(jù)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)創(chuàng)建一個(gè)教學(xué)模板或個(gè)人模板。操作系統(tǒng)可以是Windows7 或Windows10，也可以是Linux 系統(tǒng)，進(jìn)行應(yīng)用軟件的安裝。采用該種該模板可以創(chuàng)建用于教師教學(xué)的教學(xué)桌面池或者用于個(gè)人辦公使用的個(gè)人桌面池，另外，桌面池的容量大小也可以依據(jù)實(shí)驗(yàn)室最終使用到的終端數(shù)量或者需要使用到的個(gè)人帳戶的使用數(shù)量來(lái)確定，最后教師或?qū)W生可以通過(guò)終端與服務(wù)器虛擬機(jī)相關(guān)聯(lián)，教師使用個(gè)人帳號(hào)和密碼來(lái)訪問(wèn)自己的個(gè)性桌面。

2.3.2 VOI 桌面

VOI 桌面與VOI 使用同一個(gè)云桌面操作平臺(tái)。首先選用一臺(tái)機(jī)器做為模板機(jī)，在此計(jì)算機(jī)上安裝操作系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)室所需教學(xué)軟件，安裝VOI 客戶端后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳鏡像到服務(wù)器。在服務(wù)器端通過(guò)上傳的VOI 鏡像生成相對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)室的桌面池虛機(jī)，實(shí)驗(yàn)室終端通過(guò)網(wǎng)卡啟動(dòng)與服務(wù)器連接，下載對(duì)應(yīng)的操作系統(tǒng)。

3 效果分析

通過(guò)對(duì)上述云桌面項(xiàng)目的實(shí)施，針對(duì)實(shí)驗(yàn)室日常教學(xué)，教師辦公、科研、教學(xué)進(jìn)行全面研究，兩種云桌面的融合使用無(wú)論是在辦公、教學(xué)還是在后臺(tái)管理人員運(yùn)維管理等方面都達(dá)到了并超過(guò)了預(yù)期效果?，F(xiàn)在越來(lái)越多的高校都在運(yùn)用云桌面來(lái)改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，提高辦公效率，該項(xiàng)目的實(shí)施可以讓教師、學(xué)生隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)、備課、辦公，拋棄傳統(tǒng)優(yōu)盤，實(shí)現(xiàn)兩種云桌面的數(shù)據(jù)互通，進(jìn)一步提升整體教學(xué)水平。三種云桌面效果分析如表3所示。

4 結(jié)語(yǔ)

開放型實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理中選用本文給出的VDI+VOI+云盤的云桌面深度融合方式，能夠充分地發(fā)揮出來(lái)兩種云桌面管理方式的優(yōu)勢(shì)，促成兩者的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。實(shí)踐證明，該平臺(tái)的深入運(yùn)行，使得高校實(shí)驗(yàn)室管理、教師教學(xué)、個(gè)人辦公均采用了云方式管理，實(shí)現(xiàn)了集中管控、集中運(yùn)維、分布式計(jì)算模式，打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式與建設(shè)模式，為今后的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提供參考。