基于分布式桌面云在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

俞含 江蘇大學(xué)京江學(xué)院

引言

近些年隨著云的概念不斷深入人心，越來越多的云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于我們?nèi)粘５纳钪?，尤其對于高校，集研究、學(xué)習(xí)新技術(shù)于一體，智慧校園的概念已慢慢滲透進(jìn)學(xué)校。隨著云桌面技術(shù)的逐漸成熟，實(shí)驗(yàn)室的管理日漸集中化、合理化，有效的提高了管理效率。

1 云計(jì)算與桌面云技術(shù)

云計(jì)算這個(gè)概念從提出到如今的成熟運(yùn)用已經(jīng)走過了十年的時(shí)間，這期間研究人員頂住壓力和大部分人的不理解，為這項(xiàng)新技術(shù)的到來努力耕耘。正是由于前輩們的辛勤努力，到如今云計(jì)算取得了翻天覆地的變化。如今，云計(jì)算被視為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的一次革命，因?yàn)樗某霈F(xiàn)，社會的生活、工作方式和商業(yè)模式也在發(fā)生巨大的改變。

云計(jì)算（cloud computing）是分布式計(jì)算的一種，指的是通過網(wǎng)絡(luò)“云”將巨大的數(shù)據(jù)計(jì)算處理程序分解成無數(shù)個(gè)小程序，然后，通過多部服務(wù)器組成的系統(tǒng)進(jìn)行處理和分析這些小程序得到結(jié)果并返回給用戶。云計(jì)算早期，簡單地說，就是簡單的分布式計(jì)算，解決任務(wù)分發(fā)，并進(jìn)行計(jì)算結(jié)果的合并。因而，云計(jì)算又稱為網(wǎng)格計(jì)算。

分布式桌面云系統(tǒng)是一款云端集中管控、本地執(zhí)行面向教育行業(yè)的智能分布式桌面虛擬化系統(tǒng)，充分利用終端本身的計(jì)算性能，有效降低后端管理服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)壓力。適用于網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜、網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、外設(shè)多、終端異構(gòu)、分布分散機(jī)房環(huán)境的統(tǒng)一管理。

2 目前高校實(shí)驗(yàn)室及多媒體教室管理現(xiàn)狀

計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教學(xué)中很重要的環(huán)節(jié)，不光是計(jì)算機(jī)專業(yè)的同學(xué)，像電氣、車輛、物理、化學(xué)、醫(yī)學(xué)幾乎所有的學(xué)科都會進(jìn)行上機(jī)實(shí)踐，從而更加透徹的理解課本內(nèi)容，將理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐。有很多學(xué)科例如車輛、電氣和計(jì)算機(jī)的部分課程幾乎全部都需要進(jìn)行實(shí)踐操作，例如：畫圖、車輛仿真軟件使用和程序開發(fā)。對于可能動輒上千臺機(jī)器的機(jī)房實(shí)驗(yàn)室來說，傳統(tǒng)的還原卡管理方式，對于新軟件的安裝和整體管理有著極大的不便，甚至?xí)璧K上機(jī)實(shí)驗(yàn)的正常開展。

2.1 傳統(tǒng)設(shè)備的采購成本高，管理難度大

從第一代的I3 到如今的I9 僅僅經(jīng)過了9 年的時(shí)間，對于機(jī)房的更新?lián)Q代來說，最快也要3-5 年，也許到了5 年機(jī)器還可以使用，但是作為學(xué)校這一將科研放在第一要素的地方，研究最新的項(xiàng)目勢必會使用最新的軟件，軟件所使用的平臺趨使我們必須進(jìn)行更新?lián)Q代，假設(shè)每5 年更新1000 臺機(jī)器，這將是一筆幾百萬的開支，對于學(xué)校來說，如何在保證教學(xué)正常的前提下節(jié)省開支，將更多的經(jīng)費(fèi)投入于科研發(fā)展中，才是更有意義的。而對于管理者來說，用傳統(tǒng)方式，不管是對機(jī)房進(jìn)行軟件更新，還是有效的統(tǒng)一管理，都是一件費(fèi)時(shí)費(fèi)力且效率低下的工作。

2.2 故障率高

由于機(jī)房使用的頻率日漸上升，軟硬件故障發(fā)生率不斷提高，軟件問題尤為突出，每安裝一款新軟件，都需要對其激活、注冊等一系列的操作，由此引起的配置信息錯(cuò)誤、運(yùn)行環(huán)境的沖突或是注冊表錯(cuò)誤，導(dǎo)致軟件或機(jī)器無法使用。

2.3 管理人員少、實(shí)驗(yàn)室分布廣、無法統(tǒng)一管理

主控服務(wù)器與核心交換機(jī)相對位置固定，但是實(shí)驗(yàn)室機(jī)房及多媒體教室分布廣泛，每棟教學(xué)樓里都會有多媒體教室及實(shí)驗(yàn)室，距離可能相聚幾公里，在管理人員有限的情況下，如果出現(xiàn)問題，根本無法在第一時(shí)間趕到進(jìn)行維護(hù)、解決，如果出現(xiàn)大范圍癱瘓就會造成嚴(yán)重的教學(xué)事故后果不堪設(shè)想。

3 分布式桌面云的構(gòu)成及優(yōu)勢

3.1 分布式桌面云的組件項(xiàng)

配置要求：Intel 志強(qiáng) E5-2600 系列CPU，至少32G 內(nèi)存，硬盤空間1T 以上。

服務(wù)器端：需要一臺服務(wù)器作為主控節(jié)點(diǎn)，安裝虛擬化軟件，由此來控制整個(gè)服務(wù)器集群及終端，并通過虛擬機(jī)來創(chuàng)建模板給用戶使用。

客戶端：在這里分為胖客戶端(Rich or Thick Client)和瘦客戶端(Thin Client)；胖客戶端需要安裝底層客戶端軟件，提供還原、模板上傳等功能，還需要在windows系統(tǒng)層安裝系統(tǒng)及服務(wù)器通信功能，在上層的Linux 客戶端安裝Linux 系統(tǒng)和服務(wù)器通信功能。

管理平臺：任意聯(lián)網(wǎng)的PC 都可以通過瀏覽器直接訪問桌面云管理平臺，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器和虛擬桌面的統(tǒng)一管理。

3.2 分布式桌面云與傳統(tǒng)形式的優(yōu)勢對比

(1）集中下發(fā)，“無影”下發(fā)。與傳統(tǒng)系統(tǒng)更新時(shí)一樣，都需要下發(fā)更改過的鏡像系統(tǒng)，但是桌面云下發(fā)系統(tǒng)時(shí)，無聲無息且具有斷點(diǎn)續(xù)存的特點(diǎn)，只要客戶端聯(lián)網(wǎng)且開機(jī)的狀態(tài)下，用戶可以正常的使用機(jī)器，當(dāng)系統(tǒng)更新好后，下次啟動電腦，系統(tǒng)即更新完畢。而且與傳統(tǒng)保護(hù)卡不同的是，保護(hù)卡在更新系統(tǒng)時(shí)，采用廣播的形式下發(fā)，造成了千兆網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中，如果有一臺機(jī)器網(wǎng)絡(luò)是百兆，整個(gè)傳輸過程將會非常緩慢；而桌面云系統(tǒng)下發(fā)系統(tǒng)時(shí)，不會受到單獨(dú)某臺客戶端網(wǎng)絡(luò)速度快慢的影響。

(2）集中管理提高工作效率?；趥鹘y(tǒng)系統(tǒng)在維護(hù)和更新時(shí)，需要奔走于各個(gè)機(jī)房，在需要批量更新軟件和系統(tǒng)時(shí)，重復(fù)的工作可能需要做十幾遍，大大影響了實(shí)驗(yàn)機(jī)房的使用和管理效率，在使用了分布式桌面云技術(shù)以后，只需要在單個(gè)機(jī)器或某臺機(jī)器上面更新完系統(tǒng)后上傳至服務(wù)器，在任何只要可以連接上服務(wù)器的電腦上都可以進(jìn)行系統(tǒng)的更新操作。

(3）桌面隨身帶。如果說云技術(shù)僅僅提升了管理的效率，那還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，他是一項(xiàng)革命性的突破，每個(gè)教師在教課時(shí)都希望使用自己的系統(tǒng)，自己習(xí)慣性的文件排布方式，自己個(gè)性化的桌面設(shè)置，個(gè)人獨(dú)立的存儲空間，這些要求在桌面云技術(shù)上都可以得到實(shí)現(xiàn)。如果教師使用云桌面專用的瘦客戶端接入，瘦客戶端往往只有傳統(tǒng)客戶端的十分之一大小，發(fā)熱量微乎其微，更沒有散熱風(fēng)扇的噪音，為高校教師和管理人員提供了更加整潔和安靜的辦公環(huán)境，營造出清爽舒適的辦公氛圍。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，云桌面使每個(gè)用戶的耗電功率平均小于20W，如此一來大幅度降低了能耗，全年可節(jié)省近65%以上的電費(fèi)。這樣對智慧校園、綠色校園的建設(shè)都有著不小的作用。

(4）關(guān)于胖客戶端與瘦客戶端的選擇。在利用分布式桌面云管理系統(tǒng)時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況來選擇客戶端，對于基礎(chǔ)教學(xué)，瘦客戶端完全滿足教學(xué)需求，且能耗更低，客戶端成本也相對較低。但是對于某些特殊課程來說，例如CAD 制圖和某些仿真軟件的使用，機(jī)器的硬件配置要求較高，就必須要使用胖客戶端。在經(jīng)過一段時(shí)間的課程分布統(tǒng)計(jì)之后，合理的分配胖、瘦客戶端在機(jī)房的比例，使得能耗最低、成本最低管理更高效，才是最終的任務(wù)。

(5)關(guān)于對學(xué)生的管控和大數(shù)據(jù)分析。每當(dāng)?shù)搅藢W(xué)期末結(jié)束要進(jìn)行上機(jī)考試的時(shí)候，需要斷掉外網(wǎng)，封住電腦的USB 接口，防止學(xué)生作弊，而桌面云的使用可以對上網(wǎng)策略、IO 端口拷貝權(quán)限控制和學(xué)生上機(jī)行為權(quán)限控制，同時(shí)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，包括每節(jié)上機(jī)課學(xué)生做作業(yè)、上網(wǎng)、看視頻和打游戲的時(shí)間統(tǒng)計(jì)，教師可以根據(jù)具體信息，更改教學(xué)方案改進(jìn)上課形式，并對上課經(jīng)常不認(rèn)真完成課堂任務(wù)，做與教學(xué)無關(guān)事務(wù)的同學(xué)進(jìn)行批評教育。

4 結(jié)論

針對目前高校的實(shí)驗(yàn)室機(jī)房的現(xiàn)狀，結(jié)合當(dāng)前最主流的技術(shù)方案，提出了較為合理的分布式桌面云技術(shù)應(yīng)用到計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的方法，使得實(shí)驗(yàn)室機(jī)房從建設(shè)到后期維護(hù)，不論是成本還是管理效率都有著極大的提升。