桌面云在高校計算機實驗室建設中的應用

于洲

【摘要】 高校計算機實驗室承擔大量上機和實驗任務，本文詳細分析了機房在實際使用中存在的諸多問題，并提出運用基于云計算的桌面云技術解決這些問題的全新思路和解決方案，以期降低計算機實驗室建設和管理的復雜度，提高資源應用效率。

【關鍵詞】 云計算 桌面云 計算機實驗室

一、高校計算機實驗室應用現狀

目前高校的計算機實驗室大多基于PC建設，存在諸多問題，最突出的有以下幾個方面：

應用場景復雜----信息化教學方式越來越豐富，上機實驗、多媒體教學、遠程教學、在線考試等場景需求不同，基于PC的方案部署和管理非常復雜。

統一管理困難----信息產業發展日新月異，應用軟件對硬件系統的要求越來越高，加上大學擴招，計算機實驗室的規模和硬件配置都在不斷發展。筆者工作以來的五年時間來，所在高校的計算機房就進行過兩次大規模升級擴建，以滿足全校專業課和公共課的教學及考試需求，同時新的機房也已列入建設規劃中。基于上述原因，實驗室的建設無法一次性完成到位，導致不同批次采購的計算機品牌、硬件配置甚至操作系統都不同，這給統一管理帶來麻煩。

運維效率低----所有計算機都需要實驗技術人員現場維護，不僅花費時間較長，而且效率低下。無論采用的是硬件還原還是軟件還原，在使用網絡同傳功能恢復系統或增量拷貝時，都需要傳輸大量數據，但囿于網絡速度、網絡穩定性等原因，傳輸中常常因中途斷線而前功盡棄。

安全性較差----由于機房使用人數眾多、使用頻次高，且學生上機經常自帶U盤，而殺毒軟件難以做到像個人計算機一樣及時更新，難以抵御新型病毒，同時傳統計算機房使用的還原卡常常由于插槽氧化導致保護失效，這種情況發生輕則是一臺計算機受到病毒感染，重則在局域網傳播，危害整個機房甚至服務器的數據安全。

二、桌面云技術

2.1 云計算

云計算是一種新型的計算模式，是新一代網絡計算平臺的核心技術，谷歌、亞馬遜、IBM等世界IT業巨頭都以前所未有的速度和規模大力推動云計算技術和產品的普及。那么究竟何謂云計算呢？維基百科定義云計算“是一種基于互聯網的計算方式，通過這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需提供給計算機和其他設備”。筆者認為，通俗地說，云計算是把服務器、存儲等資源集中起來成為一個平臺，根據用戶的需求靈活配置資源，再通過網絡交付給最終用戶使用。

云計算具有以下幾個主要特征：

1、基于虛擬化技術快速部署資源或獲得服務；2、按需求提供資源，實現動態可伸縮的擴展；3、通過網絡提供、面向海量信息處理；4、用戶可以方便地參與；5、減少用戶終端的處理負擔；6、降低用戶對IT專業知識的依賴。[1]

運用云計算這種嶄新的計算模式，幾乎所有計算都在后臺功能強大的服務器上進行，客戶端只需接受用戶輸入、輸出執行結果即可。

2.2 網絡虛擬化技術

虛擬化技術可以在一臺物理服務器上虛擬出多個機器，這些虛擬機共用物理服務器的硬件資源，提高硬件使用效率[2]。而網絡虛擬化是以在一個物理網絡上支持多個邏輯網絡為目的，通過虛擬化技術保留原有網絡設計中的層次結構、數據通道和所提供的服務，使得最終的用戶體驗同獨享物理網絡一樣；網絡虛擬化技術還提供超大規模的組網，高效地利用空間、能源、設備容量等網絡資源，提高網絡的整體性能和效率[3][4]。

2.3 桌面云技術

桌面云是基于云計算技術和虛擬化技術的云時代軟件環境管理解決方案。應用桌面云技術，可以通過瘦客戶端或其他任何與網絡相連的設備來訪問跨平臺的應用程序以及整個客戶桌面[5]。桌面云與云桌面，是對同一對象的不同側重點的闡述。

三、桌面云的應用模式研究

3.1 云計算應用現狀

隨著大數據時代的到來，云計算發展迅猛，逐漸成為IT市場的主流。有調查表明，截至2012年初，在已經部署云計算系統或使用云計算服務的用戶中，超過90%是企業，政府用戶占4%，非盈利性組織占2%，而學校及培訓機構用戶僅占1%。

云計算在各行業的應用中，普遍最受重視的是其大規模數據分析與處理、海量數據安全存儲、動態資源分配、信息共享、虛擬化等方面的能力，其中虛擬化是當前最主要的云計算應用，大規模數據分析與處理、海量數據安全存儲是行業用戶最希望通過云計算改善的能力。

3.2 云計算在計算機實驗室應用上的優勢

將云計算技術融進高校計算機實驗室，無論從建設和管理來說都具有極大優勢，主要體現在以下幾個方面：

降低建設成本----計算機產品更新換代周期短，為了保證教學的正常進行，需要定期進行軟硬件淘汰和升級，而云計算對于接入端計算機的配置要求并不高，硬件投入可以擺脫不斷追逐高性能的局面，這對高校而言無疑節省了一筆巨大的費用。

安全可靠----數據備份和容災技術保證云存儲中的數據不會丟失，即便一臺服務器出現故障也不會影響教學的進行；數據加密技術保證云存儲中的數據不會被未授權的用戶訪問，可為教學資源的安全性和可靠性提供保障；云計算能夠有效降低服務器故障率，如在教學活動中師生不再需要使用U盤等拷貝文件，而是通過一個賬號登錄云計算中心，從而避免了病毒傳播，為機房營造正常運行的安全環境。

穩定性高----一般服務器性能和處理能力受到很多因素的影響，例如在同一時刻因用戶訪問量過大，服務器可能拒絕服務而影響服務的正常提供，筆者所在學校每個學期末進行計算機等級考試，每場300多名考生同時抽題，就常常出現卡死的情況。而云計算中心擁有大量性能強大的服務器，能夠綜合實際情況合理分配資源，即便在用戶量很大的情況下也不會出現拒絕服務的情況，穩定性很高。

減少管理工作量----高校機房管理工作量較大，管理員不但需要準確掌握硬件的運行狀況，還要保證軟件正常工作。應用云計算進行管理能夠極大減少工作量，因為云計算中心負責整個軟硬件系統維護工作，軟件升級完全在云端進行，一旦出現故障能夠及時處理，從而節省大量運維時間。

3.3 桌面云的應用價值

筆者認為，桌面云系統能夠將應用和桌面的升級、變更、維護等工作交由后臺統一管理。設計一個基于桌面云的部署方案，可以在滿足各種教學場景需要的同時實現IT資源集中構建、管理，保證學生上機不再受軟硬件系統頻繁故障的影響，不但節省資金投入、能耗大幅降低，而且具備良好的綜合定位分析及故障恢復能力，大大簡化管理員的繁瑣工作，相對于傳統的計算機房，桌面云的運維效率成倍提升。

四、桌面云應用方案

桌面云在計算機實驗室應用的整體設計思路是運用虛擬化技術，通過配置虛擬化服務器、虛擬存儲，實現機房桌面虛擬化和應用虛擬化，實現實驗環境統一部署、應用程序統一訪問、上機用戶統一管理，降低管理的復雜度，提高設備的利用率，延長實驗用計算機的生命周期，增加實驗環境配置的靈活性，提高實驗環境的安全性。[6]本文設計的方案采用ICA協議，這是一種極為成熟的技術，具有連接速度快、安全性高、可管理性強、支持外設多等優勢；設計中的虛擬通道支持應用控制管理，每個虛擬通道可以單獨激活或關閉，數據在送往虛擬通道前進行壓縮處理，能有效節省帶寬達到30%以上，比傳統PC連接速度更快。（圖4-1）

由于桌面云相對來說是一項新技術，在高校計算機實驗室應用也面臨難點，主要有二：

難點一，高校計算機房機少人多，但是每個學生都希望獨占，有長期保存文件的需求；難點二，作為公共用機，難以根據需要隨時管控上網、使用U盤等外設、安裝軟件等各種用戶行為。

針對難點一，筆者提出的解決方案是：虛擬機通過統一鏡像批量創建，形成虛擬機資源池，學生用自己的域賬號登陸，自動分配資源；配置網盤（如網絡存儲設備NAS），給每個學生分配一定的存儲空間與學生的AD賬號進行綁定，當學生登陸VM時，自動映射成網絡驅動器，如此每個學生的文件得以長期保存；針對難點二，解決方案是采取1：1固定分配方式，瘦終端、域賬號和虛擬機綁定，虛擬機可以集中安全管控，用戶無管理員權限，無法開展權限外操作。為降低成本可通過鏈接克隆方式提供虛擬機。（圖4-2）

五、結論

針對目前高校計算機實驗室存在的各種問題，筆者結合實際工作提出將桌面云技術應用到計算機房的建設和部署中，這一方案可使實驗室硬件和軟件資源利用率顯著提升，并保護最終用戶免受病毒困擾，同時能提高管理人員工作效率，且大幅降低能耗和資金投入、運維成本等，具有可行性和良好的發展前景。

參考文獻

[1]劉鵬. 云計算[M]. 北京：電子工業出版，2009

[2]MELL P. GRANCE T. The NIST Definition of Cloud Computing[R]. National Institute of Standards and Technology. 2011

[3]王慶波，涬 金，何樂，等. 虛擬化與云計算[M]. 北京：電子工業出版社，2009

[4]李剛健. 基于虛擬化技術的云計算平臺架構研究[J]. 吉林建筑工程學院學報， 2011，01：79-81

[5]林飛躍，林先津. 云桌面在教學管理中的應用[J]. 實驗室研究與探索， 2013，10：336-338+343

[6]宋蕾. 虛擬技術在高校計算機機房實驗室中的應用[J]. 實驗室研究與探索，2013，06：274-278