基于桌面虛擬化技術(shù)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理

蔣榮萍

（廣西民族大學(xué) 廣西壯族自治區(qū)南寧市 530006）

近年來(lái)，在科研人員的努力鉆研之下，信息化技術(shù)也在不斷的變革和發(fā)展，憑借其顯著的應(yīng)用效果，在各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。高校作為人才培養(yǎng)的主要基地，為提高教學(xué)效率和質(zhì)量，計(jì)算機(jī)技術(shù)早已經(jīng)融入到日常教學(xué)當(dāng)中，成為現(xiàn)代化教學(xué)中不可或缺的一部分。現(xiàn)階段，我國(guó)大部分高校開始將計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)列為首要教學(xué)課程，加大資金投入，促進(jìn)發(fā)展。但是隨著計(jì)算機(jī)的大量應(yīng)用，需要管理和維的問題逐漸凸顯。在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中，由于計(jì)算機(jī)數(shù)量較多，而且管理人員每天要面對(duì)大量的軟件維護(hù)管理工作，比如補(bǔ)丁更新、系統(tǒng)恢復(fù)、系統(tǒng)更換、PC 故障等，管理工作比較復(fù)雜。除此之外，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)營(yíng)成本也需要重點(diǎn)關(guān)注。為了有效的緩解此類問題，高校開始逐漸應(yīng)用桌面虛擬化技術(shù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理工作，以一種新型的管理模式建設(shè)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，從而提高服務(wù)質(zhì)量和管理效率。以中心服務(wù)器作為基礎(chǔ)構(gòu)建計(jì)算機(jī)模型，將系統(tǒng)內(nèi)的桌面軟件統(tǒng)一進(jìn)行虛擬化改造，教師可以對(duì)軟件程序進(jìn)行管理執(zhí)行，在一定程度上，極大的降低了計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理難度。

1 桌面虛擬化技術(shù)原理與基礎(chǔ)框架

1.1 桌面虛擬化技術(shù)原理

桌面虛擬化技術(shù)也可以稱為虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu)，將計(jì)算機(jī)中心服務(wù)器作為基礎(chǔ)，構(gòu)建計(jì)算機(jī)模型，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)物理設(shè)備和個(gè)人桌面環(huán)境相分離。應(yīng)用虛擬化技術(shù)，桌面軟件不會(huì)存儲(chǔ)遠(yuǎn)程客戶端本地磁盤中，直接將軟件信息傳輸?shù)竭h(yuǎn)端中央服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)。桌面虛擬化技術(shù)能夠與無(wú)盤工作站技術(shù)有機(jī)結(jié)合，逐步將系統(tǒng)內(nèi)的各種桌面軟件、文件指令、傳輸數(shù)據(jù)等進(jìn)行分離[1]。結(jié)合目前發(fā)展現(xiàn)狀，可以將虛擬化技術(shù)劃分為幾個(gè)層面：終端接入層、存儲(chǔ)層、平臺(tái)層以及會(huì)話管理層等。圍繞虛擬化技術(shù)開展技術(shù)管理工作，將CPU、內(nèi)存、硬盤以及相關(guān)物理設(shè)備進(jìn)行拆分。相比傳統(tǒng)技術(shù)，應(yīng)用桌面虛擬化技術(shù)，可以幫助管理人員提高工作效率，通過(guò)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)操作，降低管理難度，整體提高計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理效率。

1.2 桌面虛擬化技術(shù)的基礎(chǔ)框架

桌面虛擬化技術(shù)的基本框架主要有五個(gè)部分組成。其一，虛擬資源層，負(fù)責(zé)提供資源，對(duì)收集的信息資源整合處理，由網(wǎng)絡(luò)虛擬化和服務(wù)器虛擬化或者存儲(chǔ)虛擬化所形成的資源池組成。其二，虛擬桌面層，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)，應(yīng)用服務(wù)器虛擬化技術(shù)，劃分虛擬化服務(wù)器，將其轉(zhuǎn)化為共享資源，以中心服務(wù)器為基礎(chǔ)，向外部傳輸信息以及提供虛擬桌面服務(wù)。根據(jù)實(shí)際需求，適當(dāng)分配資源，合理調(diào)配后臺(tái)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)集中化管理[2]。其三，硬件資源層，具有包括計(jì)算設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備等組成。其四，桌面管理層，顧名思義，負(fù)責(zé)整體系統(tǒng)的調(diào)度、處理工作，將虛擬化桌面的請(qǐng)求指令和新注冊(cè)的虛擬桌面指向可用的系統(tǒng)?？梢蕴岣吖ぷ餍?，使修改密碼、用戶添加和注冊(cè)以及修改用戶權(quán)限等系統(tǒng)操作更為便捷。對(duì)補(bǔ)丁更新、鏡像管理等系統(tǒng)工作進(jìn)行簡(jiǎn)化。其五，終端接入層，也就是連接到云終端的設(shè)備，在高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中，通常采取價(jià)格和管理成本比較低，以及系統(tǒng)更新周期較長(zhǎng)的客戶端，還可以是PAD、傳統(tǒng)PC 和智能手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備。

2 高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理現(xiàn)狀

在大數(shù)據(jù)背景下，為提高教學(xué)效率，國(guó)內(nèi)各高校逐漸加大在計(jì)算機(jī)教學(xué)方面的投入。計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)具有大量的計(jì)算機(jī)，作為實(shí)驗(yàn)室管理人員，不但要保障計(jì)算機(jī)系統(tǒng)得以安全、有效的運(yùn)行，還要強(qiáng)化自身技術(shù)管理能力，為瞬息多變的教學(xué)需求改革提供彈性調(diào)整的部署方案。但是在實(shí)際的管理過(guò)程中，管理人員一直重復(fù)著技術(shù)含量較低、枯燥單一的管理運(yùn)維工作。由于計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室涉及范圍比較廣，管理人員需要花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行軟件系統(tǒng)安裝以及教學(xué)課件更新，導(dǎo)致大量軟件的交叉安裝應(yīng)用，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行緩慢，效率嚴(yán)重降低[3]。此外，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)大部分計(jì)算機(jī)都為傳統(tǒng)PC 機(jī)器，其內(nèi)部系統(tǒng)構(gòu)件復(fù)雜分散，很容易出現(xiàn)單點(diǎn)故障，為保障計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行，管理人員需要定期開展系統(tǒng)檢測(cè)工作，對(duì)軟件設(shè)備進(jìn)行維護(hù)升級(jí)，但是管理人員素養(yǎng)能力存在差異，無(wú)法統(tǒng)一性管理，所以工作效率低下。

3 桌面虛擬化技術(shù)在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3.1 方便管理且安全性高

所有的數(shù)據(jù)運(yùn)算都發(fā)生在數(shù)據(jù)中心，而且計(jì)算機(jī)桌面軟件管理以及物理設(shè)備調(diào)試也都在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行，對(duì)于所有計(jì)算機(jī)的軟件安裝和系統(tǒng)升級(jí)工作，技術(shù)管理人員都可以利用數(shù)據(jù)中心進(jìn)行統(tǒng)一性集中管理，這種方式有效的緩解了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)管理中的技術(shù)難度和高額運(yùn)營(yíng)成本，特別是在高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用環(huán)境中，應(yīng)用桌面虛擬化技術(shù)效果非常明顯[4]。大大縮減了系統(tǒng)調(diào)試時(shí)間以及軟件安全時(shí)間，而且通過(guò)計(jì)算機(jī)桌面所傳輸?shù)亩紴榻Y(jié)果圖像，過(guò)程中的一系列數(shù)據(jù)運(yùn)算都發(fā)生在數(shù)據(jù)中心，所以計(jì)算機(jī)信息和數(shù)據(jù)不需要通過(guò)占用網(wǎng)絡(luò)帶寬實(shí)現(xiàn)傳輸，為信息數(shù)據(jù)提供安全保障，不但為管理人員系統(tǒng)操作提供便捷，還可以降低人外因素以及外部因素對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的影響。

3.2 有利于節(jié)約管理成本

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，大部分都為PC 機(jī)器，耗電量基本都在200w 以上，在應(yīng)用瘦客戶端之后，計(jì)算機(jī)耗電量保持在25w 左右，極大降低電量損耗。雖然高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，大量的計(jì)算機(jī)同時(shí)應(yīng)用會(huì)為服務(wù)器帶來(lái)較大的計(jì)算壓力，從而導(dǎo)致機(jī)器的耗電量增高，但是相比其他應(yīng)用環(huán)境的大規(guī)?？蛻舳耍咝?nèi)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室電量損耗可以忽略不計(jì)[5]。所以，長(zhǎng)期以往電費(fèi)會(huì)有大幅度的降低，實(shí)驗(yàn)室電量損耗降低，代表著碳排放的減少，也充分符合了綠色校園的建設(shè)要求。結(jié)合桌面虛擬化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，以及規(guī)模效應(yīng)的特點(diǎn)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用數(shù)量越多，管理人員開展統(tǒng)一集中管理的效果越顯著。

3.3 有利于提供方便靈活的教學(xué)環(huán)境

在實(shí)際工作中，靈活的應(yīng)用桌面虛擬化技術(shù)，能夠有效的緩解技術(shù)升級(jí)和軟件安全等技術(shù)難題，更好的實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)部署，保障計(jì)算機(jī)教學(xué)的有效進(jìn)行，基于桌面虛擬化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，可以充分滿足學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用需求。除此之外，教師在進(jìn)行訪問管理時(shí)，操作更為便捷簡(jiǎn)單，有利于營(yíng)造靈活便捷的教學(xué)氛圍，只要有網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方，教師就可以隨時(shí)登錄個(gè)人桌面，開展一系列教學(xué)實(shí)踐課程。相比傳統(tǒng)模式，教師可以節(jié)約更多的精力放在泛在、移動(dòng)的訪問和學(xué)習(xí)中，也可以讓學(xué)生得到解放，任何時(shí)候都可以連接到計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)中，利用遠(yuǎn)程操作的方式來(lái)獲取個(gè)人桌面的數(shù)據(jù)信息，從而開展教學(xué)實(shí)驗(yàn)。

3.4 能夠有效提升工作效率

網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是一個(gè)開發(fā)的環(huán)境，在結(jié)合桌面虛擬化技術(shù)后，極大地提高了計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室資源的使用性，在進(jìn)行計(jì)算機(jī)調(diào)配過(guò)程中，可以根據(jù)使用者的應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)出不同的系統(tǒng)桌面，根據(jù)自身的需求，進(jìn)行文件數(shù)據(jù)的處理和傳輸。傳統(tǒng)的PC 計(jì)算機(jī)，主要以分散管理為主，每一個(gè)人自行管理，教師對(duì)于學(xué)生的動(dòng)態(tài)情況無(wú)法掌握，導(dǎo)致許多學(xué)生利用課上時(shí)間“開小差”，影響教學(xué)效率。而應(yīng)用桌面虛擬化技術(shù)之后，可以實(shí)現(xiàn)所有計(jì)算機(jī)的集中性管理，不但幫助教師降低工作強(qiáng)度，還提高管理效率。而且利用這種管理模式，能夠降低計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)于終端設(shè)備的硬件要求，只需要使用普通的移動(dòng)終端、臺(tái)式機(jī)器、筆記本等設(shè)備就可以承載虛擬桌面環(huán)境，打破時(shí)間和空間的限制，極大地提高工作效率[6]。

4 基于桌面虛擬化技術(shù)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理

4.1 需求分析

計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用桌面虛擬化技術(shù)的一大優(yōu)勢(shì)就在于學(xué)生可以隨時(shí)隨地的通過(guò)任何設(shè)備實(shí)現(xiàn)桌面登錄。在高校內(nèi)，不同的專業(yè)學(xué)生所接受的知識(shí)不同，所以開著計(jì)算機(jī)教學(xué)課程也存在差異，為了使不同院系的學(xué)生更為熟練的掌握網(wǎng)頁(yè)制作、數(shù)據(jù)庫(kù)、大型圖像處理、網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)等應(yīng)用型技能，必須要確保計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的穩(wěn)定高效，基于桌面虛擬化技術(shù)，構(gòu)建出基數(shù)大、復(fù)雜程度高的信息共享型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，從而為廣大師生提供多方位、多角度的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，管理人員不斷的開展計(jì)算機(jī)系統(tǒng)革新和軟件安裝等工作，對(duì)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)管理進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)。而且，實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)架構(gòu)要簡(jiǎn)單便捷，面向全體師生開放，通過(guò)動(dòng)態(tài)資源基礎(chǔ)平臺(tái)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)信息資源的整合計(jì)算，提高計(jì)算機(jī)設(shè)備的使用率，避免應(yīng)用軟件重復(fù)，強(qiáng)化資源存儲(chǔ)功能以及信息數(shù)據(jù)共享能力，幫助實(shí)驗(yàn)室降低運(yùn)營(yíng)成本，更為適合使用需求多變的教學(xué)環(huán)境，而且管理人員實(shí)施管理維護(hù)也更為簡(jiǎn)單便捷。

4.2 桌面虛擬化技術(shù)部署

在建立高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室時(shí)，一直以共享、簡(jiǎn)化、動(dòng)態(tài)最為建設(shè)原則，引入現(xiàn)代化管理理念，結(jié)合虛擬化、負(fù)載均衡以及多級(jí)存儲(chǔ)等信息化技術(shù)，構(gòu)建多方位、多角度的動(dòng)態(tài)資源基礎(chǔ)平臺(tái)，通過(guò)管理人員的嚴(yán)格執(zhí)行，定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和管理，逐步實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源的整合，最大程度的發(fā)揮桌面虛擬化技術(shù)的作用，提高設(shè)備的使用率，有效避免出現(xiàn)應(yīng)用軟件重復(fù)的現(xiàn)象[7]。在桌面維護(hù)中，由于管理人員的技術(shù)在能力存在差異，所以需要應(yīng)用需求不斷調(diào)整，使得系統(tǒng)操作難度得以降低。在桌面虛擬化技術(shù)動(dòng)態(tài)部署實(shí)踐過(guò)程中，服務(wù)器虛擬化作為管理核心，而且過(guò)程中的一切計(jì)算都發(fā)生在數(shù)據(jù)中心，所以基于數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器來(lái)對(duì)計(jì)算機(jī)桌面進(jìn)行虛擬化，需要結(jié)合實(shí)際要求，將傳統(tǒng)PC 機(jī)器桌面環(huán)境直接傳輸給終端設(shè)備。使用者只需要在保障有網(wǎng)絡(luò)的情況下，將客戶端安裝到用戶網(wǎng)絡(luò)登錄的設(shè)備上，通過(guò)輸入用戶名和登錄密碼，便可以打破時(shí)間和空間限制，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地登錄訪問個(gè)人桌面系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)單機(jī)多系統(tǒng)或者單機(jī)多用戶的虛擬化應(yīng)用服務(wù)。

4.3 軟硬件配置

現(xiàn)階段，隨著年限的增長(zhǎng)，計(jì)算機(jī)性能無(wú)法滿足現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)需求，特別是在用于承接計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，使用頻率的增高，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行緩慢，并且硬盤平均壽命逐漸縮減[8]。為滿足目前的教學(xué)需求，充分利用教學(xué)資源和使用資金，最大程度的體現(xiàn)出服務(wù)器的性能，幫助計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室降低運(yùn)營(yíng)成本，通過(guò)實(shí)際調(diào)查，以300 個(gè)用戶處理軟件的最高峰值作為參考，得出一臺(tái)中心服務(wù)器可以同時(shí)帶動(dòng)40 臺(tái)左右客戶端，作為圖形資源分許處理的計(jì)算機(jī)可以選擇在25 到35 臺(tái)之間，在硬件服務(wù)器方面，配置內(nèi)存64GB，4 顆8 核英特爾至強(qiáng)處理器，作為虛擬化基礎(chǔ)服務(wù)器。此外，選擇2 顆六核英特爾處理器E7-2820，以及配置內(nèi)存為128GB 的服務(wù)器作為虛擬化管理服務(wù)器，為了實(shí)現(xiàn)硬件性能的最大化，以及系統(tǒng)兼容性問題，分析教學(xué)所應(yīng)用的軟件，確定應(yīng)用型號(hào)為Z10L1 的瘦客戶端部署為終端設(shè)備。配置軟件方面，借鑒其他應(yīng)用環(huán)境的經(jīng)驗(yàn)，為了最大程度的提高工作效率，可以選擇思杰Xen Desktop 企業(yè)版的桌面虛擬化軟件。

5 結(jié)論

總而言之，隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)技術(shù)與商業(yè)活動(dòng)的結(jié)合發(fā)展，為了順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)教育行業(yè)也要做出適當(dāng)改變。桌面虛擬化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理環(huán)境得以全面優(yōu)化。不但提高高校給各個(gè)專業(yè)的教學(xué)效率，還可以幫助計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室降低運(yùn)營(yíng)成本?；谧烂嫣摂M化技術(shù)，打破傳統(tǒng)的技術(shù)管理模式，讓師生群體不在受時(shí)間和空間上的束縛，可以隨時(shí)隨地的實(shí)現(xiàn)個(gè)人桌面系統(tǒng)的登錄，更好的開展教學(xué)實(shí)踐工作。此外，應(yīng)用桌面虛擬化技術(shù)，能夠讓考試環(huán)境和教學(xué)環(huán)境隨時(shí)切換，迅速部署，幫助實(shí)驗(yàn)室管理人員降低工作量，為高校內(nèi)計(jì)算機(jī)活動(dòng)提供穩(wěn)定的技術(shù)支撐。桌面虛擬化技術(shù)的研究 分析，豐富了新型技術(shù)領(lǐng)域和技術(shù)形態(tài)，使得國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理工作得到進(jìn)一步完善優(yōu)化。