基于云桌面技術(shù)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理應(yīng)用研究

◆李延香 袁輝 劉敏娜

（1.咸陽(yáng)師范學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院 陜西 712000；2.陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院 陜西 712000）

計(jì)算機(jī)機(jī)房承擔(dān)著全校公共基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)任務(wù)，也是各類計(jì)算機(jī)等級(jí)考試、計(jì)算機(jī)水平考試和學(xué)生上機(jī)考試的主要基地[1]。但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)教學(xué)所需的軟硬件的種類、數(shù)量和性能要求也在不斷增加[2-3]，各類上機(jī)考試也需要計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室具有共享性和開放性[4]。

然而計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室由于分布較分散、計(jì)算機(jī)硬件性能參差不齊、更迭速度慢、集中管理維護(hù)困難、資源共享利用率低、誤操作、移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備的頻繁使用導(dǎo)致計(jì)算機(jī)容易出現(xiàn)死機(jī)、藍(lán)屏、病毒入侵、速度變慢、網(wǎng)絡(luò)癱瘓和系統(tǒng)崩潰[5]等諸多問題，已經(jīng)不能完全滿足計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求。如何快速高效的處理計(jì)算機(jī)常見故障恢復(fù)系統(tǒng)、提升計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室集中管理的效率、降低硬件建設(shè)成本，已經(jīng)成為我們迫切需要解決的問題，計(jì)算機(jī)云桌面技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

1 傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理現(xiàn)狀分析

目前，大多數(shù)高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室仍采用傳統(tǒng)的部署方式，機(jī)房教學(xué)軟件種類多、教學(xué)軟件和環(huán)境更新升級(jí)頻繁[6]，病毒感染與軟硬件故障時(shí)有發(fā)生，機(jī)房管理人員需要重新部署操作系統(tǒng)、搭建教學(xué)環(huán)境、更新升級(jí)軟件、維護(hù)硬件、保障網(wǎng)絡(luò)通暢、排除故障[7]等工作，任務(wù)繁重且效率不高，致使機(jī)房的管理和維護(hù)壓力與日俱增，影響了師生日常實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研工作的進(jìn)行。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理已難以滿足教學(xué)科研的需要，并存在以下問題。

1.1 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室分布分散，難以集中管理

為滿足教學(xué)需求，高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室分別建設(shè)在不同的樓層或教學(xué)樓之間，各教學(xué)終端物理位置較分散、不同實(shí)驗(yàn)室中的計(jì)算機(jī)配置等級(jí)不一，需要根據(jù)各個(gè)實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)性能參數(shù)和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行單獨(dú)管理和維護(hù)，難以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一集中管理。

1.2 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備配置參差不齊、軟件安裝、更新維護(hù)困難

為了適應(yīng)課程的需求，每學(xué)期都要安裝或者更新軟件版本。傳統(tǒng)模式下，采用奧易硬盤保護(hù)卡的網(wǎng)絡(luò)同傳功能來實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的升級(jí)、應(yīng)用軟件的新增變更等操作。然而這種方式只適用于主板型號(hào)、網(wǎng)卡設(shè)置相同并且在同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)的計(jì)算機(jī)。然而，高校規(guī)模的擴(kuò)張，機(jī)房數(shù)量增加，新舊機(jī)房計(jì)算機(jī)配置很難統(tǒng)一，分批采購(gòu)的計(jì)算機(jī)硬件配置差異較大且處于獨(dú)立的局域網(wǎng)。當(dāng)需要新增軟件、安裝升級(jí)、網(wǎng)絡(luò)對(duì)拷、感染病毒、藍(lán)屏死機(jī)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)升級(jí)、系統(tǒng)維護(hù)時(shí)，實(shí)驗(yàn)室管理員只能以每個(gè)實(shí)驗(yàn)室為單位逐個(gè)機(jī)房進(jìn)行更新、安裝和數(shù)據(jù)同傳，對(duì)拷中網(wǎng)絡(luò)掉線、中斷等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，致使軟件安裝時(shí)工作量巨大、重復(fù)性工作多[8-9]，勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗時(shí)，維護(hù)更新難度加大。

1.3 數(shù)據(jù)共享性差

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室大多是一個(gè)獨(dú)立的局域網(wǎng)環(huán)境，PC 機(jī)一般會(huì)安裝不同的專業(yè)教學(xué)軟件，以適應(yīng)計(jì)算機(jī)專業(yè)課程的需求，實(shí)驗(yàn)室按照實(shí)驗(yàn)課表的安排，在特定的時(shí)間和特定的場(chǎng)所向師生提供相應(yīng)的教學(xué)服務(wù)，不能實(shí)現(xiàn)基于遠(yuǎn)程的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)和資源共享，各實(shí)驗(yàn)室資源利用率較低，造成實(shí)驗(yàn)室閑置、資源浪費(fèi)。

1.4 系統(tǒng)安全性差

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室都是利用硬盤保護(hù)卡或者還原卡對(duì)局域網(wǎng)內(nèi)的PC機(jī)硬盤分區(qū)進(jìn)行全盤保護(hù)，然而不少來自U 盤等移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備的頻繁使用和局域網(wǎng)ARP 病毒，硬盤保護(hù)卡也無法有效地防護(hù)，操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件本身存在的系統(tǒng)漏洞，計(jì)算機(jī)在使用過程中易出現(xiàn)藍(lán)屏現(xiàn)象，導(dǎo)致軟件無法使用、系統(tǒng)頻繁死機(jī)、磁盤盤符被改變、數(shù)據(jù)丟失、磁盤訪問時(shí)間增長(zhǎng)、占用系統(tǒng)資源。局域網(wǎng)保護(hù)模式下，殺毒軟件病毒庫(kù)和系統(tǒng)漏洞無法自動(dòng)更新，不能及時(shí)有效地防止病毒入侵和操作系統(tǒng)的升級(jí)，影響了正常實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施。

2 云桌面技術(shù)分析

2.1 云技術(shù)

云技術(shù)（Cloud technology）也稱云計(jì)算（Cloud Computing），是基于互聯(lián)網(wǎng)的一種計(jì)算方式。云就是網(wǎng)絡(luò)[10]。百度百科介紹：云技術(shù)是在廣域網(wǎng)或局域網(wǎng)內(nèi)將硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)等系列資源統(tǒng)一起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算、儲(chǔ)存、處理和共享的一種托管技術(shù)。以網(wǎng)絡(luò)為載體，將傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)客戶端組合成強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，構(gòu)建統(tǒng)一的“云”處理與計(jì)算能力，減少終端用戶信息處理的負(fù)擔(dān)。借助各種商業(yè)發(fā)展模式，云技術(shù)已隨處可見，可移植到手機(jī)、掌上電腦、GPS、云桌面等應(yīng)用服務(wù)。

云技術(shù)使用虛擬化技術(shù)，將服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備整合起來，形成虛擬資源池[11]，統(tǒng)一管理、分配計(jì)算資源池中的資源為用戶提供服務(wù)。

2.2 云桌面

云桌面是云計(jì)算技術(shù)虛擬衍生技術(shù)[12]的一種典型應(yīng)用。云計(jì)算平臺(tái)安裝云桌面系統(tǒng)，各種應(yīng)用集中在云平臺(tái)，依靠服務(wù)器集群集中服務(wù)，任何與網(wǎng)絡(luò)相連的終端設(shè)備都可遠(yuǎn)程調(diào)用訪問跨平臺(tái)的應(yīng)用程序及客戶桌面。云桌面技術(shù)就是將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的桌面內(nèi)容存儲(chǔ)在云端，以虛擬化的形式，可實(shí)現(xiàn)終端與云平臺(tái)的遠(yuǎn)程資源共享和集中管理。這一技術(shù)革新打破了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)設(shè)備系統(tǒng)空間的束縛、提升了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中桌面空間的合理利用度，強(qiáng)化了信息數(shù)據(jù)的安全。

3 云桌面技術(shù)在機(jī)房管理中的應(yīng)用

3.1 云桌面計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢(shì)

計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室采用云桌面技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的集中管理、桌面快速部署、統(tǒng)一配置、數(shù)據(jù)資源的遠(yuǎn)程共享和個(gè)性化存儲(chǔ)及擴(kuò)展，提高了數(shù)據(jù)的安全性及桌面接入的便捷性，降低硬件購(gòu)置成本、綠色節(jié)能[13]，故障率、運(yùn)維成本和勞動(dòng)強(qiáng)度降低，實(shí)驗(yàn)室使用率得到提升，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)管理模式的缺陷與漏洞，確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境的穩(wěn)定。表1為云桌面計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室各技術(shù)優(yōu)勢(shì)比較。

3.2 云桌面計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用

咸陽(yáng)師范學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)室分布在1號(hào)和3號(hào)教學(xué)樓的不同區(qū)域，考慮實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀，目前只在軟件實(shí)驗(yàn)室安裝云計(jì)算管理平臺(tái)，采用雷風(fēng)電子iStreamDesktop 云桌面系統(tǒng)，配備PowerEdge R730 機(jī)架式服務(wù)器2 臺(tái)（英特爾至強(qiáng)2*E5-2640CPU，64G 內(nèi)存，企業(yè)級(jí)固態(tài)硬盤120GB+SATA 12T 硬盤）；雷風(fēng)電子iStreamBox S60云終端虛擬桌面瘦客戶機(jī)66 臺(tái)（Ⅰntel J1900 主頻2.GHz，4GDDR3內(nèi)存，128G SSD 硬盤，支持Windows7 以上操作系統(tǒng)）；H3C S1248 48 個(gè)10/100M/1000M 自適應(yīng)RJ45 端口、支持MDⅠ/MDⅠX 自適應(yīng)功能防雷千兆交換機(jī)2 臺(tái)；iStreamDesktop 云桌面軟件系統(tǒng)66 套等設(shè)備。

iStreamDesktop 如圖1，桌面云系統(tǒng)利用本地虛擬化技術(shù)和專有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將操作系統(tǒng)、Tomcat7.0、J2EE、MyEclipse、VMware、Visual studio2012 等各種應(yīng)用軟件集中部署在集群服務(wù)器中，將所有軟件上傳至云存儲(chǔ)服務(wù)器，以此作為云端教育資源，供教學(xué)環(huán)節(jié)調(diào)取，客戶端軟件運(yùn)行在云終端設(shè)備上，無需安裝任何其他管理工具，就可以高效、安全、便捷地訪問各種應(yīng)用軟件，從而構(gòu)建出具備集中管控、安全可靠的信息化平臺(tái)。

表1 云桌面計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室各技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析

圖1 iStreamDesktop 云桌面系統(tǒng)

云桌面虛擬技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)資源管理動(dòng)態(tài)化，根據(jù)實(shí)際課程需求添加流桌面鏡像，并采取升級(jí)、刪除等方法，使不同階段的實(shí)驗(yàn)課程需求得到滿足。教師可快捷發(fā)布各類教學(xué)資源，方便課程存儲(chǔ)、共享和檢測(cè)；學(xué)生通過云客戶端遠(yuǎn)程訪問連接云桌面，進(jìn)行操作系統(tǒng)的終端應(yīng)用，如進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全病毒植入實(shí)驗(yàn)、匯編語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)、高級(jí)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)驗(yàn)、組裝與維護(hù)實(shí)驗(yàn)、編程應(yīng)用測(cè)試、課件下載、上傳提交作業(yè)考試等?？蓪?shí)現(xiàn)跨平臺(tái)跨區(qū)域訪問云終端系統(tǒng)，如手機(jī)、iPad 以及Android、ⅠOS 操作系統(tǒng)的便攜式電腦作為虛擬終端，學(xué)生通過B/S 模式輸入自己的賬號(hào)即可登錄到云桌面系統(tǒng)進(jìn)行作業(yè)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，如需要安裝升級(jí)應(yīng)用軟件，只需在云端服務(wù)器進(jìn)行軟件的安裝、備份與更新部署即可，云桌面開機(jī)后可自動(dòng)生成最新的桌面操作系統(tǒng)。支持各種移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備、并口、串口、調(diào)制解調(diào)器、打印機(jī)，掃描儀、聲卡、智能卡、藍(lán)牙，紅外接、無線網(wǎng)卡等設(shè)備的接入，可實(shí)現(xiàn)云終端操作系統(tǒng)的自動(dòng)還原、更新和防止ARP 攻擊，能夠記錄終端計(jì)算機(jī)上網(wǎng)的URL 痕跡，圖形化狀態(tài)監(jiān)控界面，實(shí)驗(yàn)員能實(shí)時(shí)查看當(dāng)前服務(wù)器系統(tǒng)狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、內(nèi)存和磁盤狀態(tài)，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)云桌面中出現(xiàn)的問題，進(jìn)行重啟、重置、延長(zhǎng)使用時(shí)間等動(dòng)態(tài)調(diào)整，快速恢復(fù)云桌面系統(tǒng)，降低運(yùn)維復(fù)雜度、提高運(yùn)維效率。

4 結(jié)語(yǔ)

云桌面實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建成，使我院軟件機(jī)房的管理和實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理提升到了“云時(shí)代”，摒棄了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用模式效率低下，速度緩慢，難于維護(hù)系統(tǒng)和更新軟件等弊端，實(shí)現(xiàn)了集中管理、集中存儲(chǔ)、分布式計(jì)算的模式，安全高效，實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)成本降低，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)室管理效果，提升了實(shí)驗(yàn)室資源的利用率和實(shí)驗(yàn)室整體管理水平，有效保證了實(shí)驗(yàn)課程的順利進(jìn)行。借助云平臺(tái)，希望融入計(jì)算大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等其他相關(guān)專業(yè)實(shí)驗(yàn)、教學(xué)和科研內(nèi)容，發(fā)揮“云”優(yōu)勢(shì)。