虛擬化實驗教學管理模式在高校中的應用

朱劍玫　夏宏雷

摘 要 隨著信息化技術的飛速發展，高校傳統的PC實驗室管理模式的弊端日益凸顯，武漢工商學院實驗教學中心經過近一年的考察、調研、論證、試運行，建立了計算機桌面虛擬化和服務器虛擬化實驗教學管理新模式，創建功能強大的虛擬資源中心，實現教學智能化、管理集中化、維護便利化，將教學、科研、考試、管理等方面有機結合。

關鍵詞 虛擬資源中心 桌面虛擬化 服務器虛擬化 實驗教學管理

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2017.03.039

Application of Virtual Experiment Teaching Management

Mode in Colleges and Universities

——Take Wuhan Technology And Business University as an example

ZHU Jianmei， XIA Honglei

（Wuhan Technology And Business University， Wuhan， Hubei 430065）

Abstract With the rapid development of information technology， the traditional management mode of PC laboratory is increasingly obvious shortcomings， the experimental teaching center of Wuhan Technology And Business University， after nearly a year of investigation， research， demonstration， trial operation， and established a new model of virtual experiment teaching management of computer desktop virtualization and server， create a powerful function of virtual resource center， implementation the teaching of intelligent， centralized management， maintenance convenience， combining teaching and research， examination and management etc..

Keywords virtual resource center； desktop virtualization； server virtualization； experimental teaching management

1 虛擬資源中心概況

1.1 基礎設備

主要硬件設備有：DELL R730服務器、S7703核心交換機和華為S6700-24-EI萬兆以太網交換機、LIKE品牌UPS電源、圖騰品牌精密配電柜和網絡服務器機柜、多分屏拼接處理器等；軟件有：VMware服務器虛擬化和桌面虛擬化軟件、支持遠程控制的海康品牌KVM、拼接控制器軟件等；采用單模、多模光纖模塊與交換機部署整個實驗教學中心。

1.2 技術支持

（1）服務器虛擬化。指將服務器物理資源抽象成邏輯資源。服務器虛擬化主要分為三種：第一，它可以將一臺物理服務器虛擬成多臺相互隔離、互不干擾的虛擬服務器；第二，它也可以將多臺獨立的物理服務器虛擬成一個邏輯服務器，其作用是使多臺物理服務器協作“辦公”，互相配合完成一項工作；第三，它還可以將多臺物理服務器虛擬成一個邏輯服務器，再將其劃分出多個虛擬環境，在虛擬環境中完成多個業務。

服務器虛擬化最大特點是不再拘束于物理設備的限制，而是讓其物理磁盤、內存、CPU等硬件變成動態的“資源池”，從而實現資源的整合及使用效益最大化，簡化系統管理，讓IT對業務的變化更具適應力。

（2）桌面虛擬化。桌面虛擬化是指將PC機的桌面進行虛擬化，以達到桌面使用的靈活性和安全性。

桌面虛擬化建立在服務器虛擬化之上，在數據中心的服務器上進行服務器虛擬化，生成多個的獨立的虛擬桌面，同時根據專有的虛擬桌面協議發送給終端設備。用戶終端通過以太網訪問虛擬主機，只需要記住用戶名和密碼及網關信息，就可以使用任何設備，在任何地點，任何時間通過網絡遠程動態訪問個人桌面系統，從而實現單機多用戶。

1.3 管理平臺

武漢工商學院實驗教學中心引進實驗中心管理平臺。整個系統平臺采用 B/S 結構和 C/S 結構相結合，依托校園網絡，突破空間和時間限制，以學校實驗室管理的核心業務流程和重要管理事務為基礎，以服務院校實驗室全面實施信息化管理和全面提高實驗室的管理水平為宗旨，以全面提供實驗室管理的解決方案為導向，實現了教學實驗申請、審批、預約，合理安排教學實驗和開放實驗發布；實現了老師和學生在系統里能查閱實驗教學大綱，老師能知道自己的教學任務；實現了教學實驗、開放實驗過程監管；實現了在線交流、加強學校各級角色互動交流以及實現了對試驗場地、設備、耗材的管理，并進行統一分配調度控制等功能。

2 虛擬化實驗教學管理模式的實施效果

2.1 服務器虛擬化效能

通過武漢工商學院虛擬資源中心服務器虛擬化管理平臺可以在4臺高配置的DELL R730群集服務器里虛擬化多臺Windows server 2003、Windows Server 2008等操作系統，基于C/S、B/S模式的教學軟件以及中心網站系統都可以掛載在虛擬服務器上，通過網頁管理后臺可以根據需要靈活更改虛擬硬件CPU、內存和磁盤的容量。

（1）解決了舊軟件依賴的操作系統無法在新服務器上安裝的技術難題，延續了舊版軟件的使用壽命，節省軟件更新經費；

（2）比以往物理服務器更加方便管理、數據更加安全穩定、同時節約了大量建設成本；

（3）更大意義上實現了整個實驗教學中心資源共享和集中管理。

2.2 桌面虛擬化效能

（1）教學部署方便。學期初或上學期末，在教務部門課表安排出來之后，根據不同課堂操作系統、應用軟件的要求，可以虛擬出不同硬件、軟件配置虛擬桌面，再發布到相應的實驗室，從而滿足不同課堂的多樣化需求。

（2）教學排課靈活。對傳統PC實驗室排課，往往要綜合考慮實驗室硬件配置、專業類別、容量等方面，加大排課人員的工作量，而且容易出現同一機房軟件安裝過多而影響機器運行效果、大容量實驗室安排小班制學生上課造成實驗室利用率偏低等情況；桌面虛擬化在排課上只需考慮學生人數和實驗室容量匹配情況即可，大大提高了排課效率和實驗室利用率。同時，在實驗室建設規劃中，前期重點調研上課班級人數分布狀況，依據調研結果規劃不同容量實驗室間數，不需要為某一專業某一上機課程而建專門的機房，提高了實驗室建設經濟效益。

（3）教學過程規范。通過在服務器上安裝學生上機行為監控、上網控制軟件，可隨時監控學生上機行為。無需外網開放條件的課堂教學，設為禁止上網狀態，或是有選擇性地開放網站，這對于自我控制力不強的學生來說，是很有必要的措施，也是提高課堂教學質量和效率的有效方法。

（4）教學資源共享。虛擬化實驗教學管理模式采用了外掛存儲方式，將教師教案、課件、精品課程、優質課程、學生作業存儲在外掛存儲設備中，教師學生可通過遠程訪問設備IP地址，就可以對教學資源進行上傳、下載，從而實現教學資源的充分共享。

（5）管理集中。傳統PC機房傳系統，需要先制作母機，通過母機下發數據，途中故障率高，且需要時間長。桌面虛擬化通過集中管理，將所需要的系統軟件、應用軟件都安裝在服務器上，制作成“快照”，管理人員在一臺服務器上統一發布桌面，就可以完成對整個機房的管理維護工作，成功率可達100%，且所需時間短；同時在服務器后臺自動進行部署或更新，通過自動化管理流程，大量的維護工作將自動完成，包括軟件下載、升級補丁、安全更新等；可部署多個操作系統到終端電腦，真正實現一機多系統環境，以滿足不同的教學需求。

（6）降低應用程序和其他軟件的沖突。一臺傳統PC機往往安裝的軟件比較多，在安裝新應用軟件時可能會與其他軟件造成沖突，而導致無法使用或是PC機運行速度非常慢，影響到正常上課。桌面虛擬化通過在服務器端集中部署，完全避免這些情況。

（7）安全性能高。傳統實驗室管理模式容易出現病毒感染、數據丟失損壞等現象，桌面虛擬化在服務器端安裝了防火墻，如出現上述情況，只需在后臺對異常PC機進行中裝即可解決。

（8）綠色節能低耗。一臺傳統PC機功率約每小時300W，一臺瘦客戶機約20W，目前武漢工商學院有800臺瘦客戶機，每小時可省電224000W，即224度電。如果按每度電0.6元，瘦客戶機一天工作8小時，一年工作160天來計算，一年可節約電費約17萬元。隨著后期桌面虛擬化規模擴大，節能效果也將越來越明顯。

（9）后期擴容便利。傳統PC實驗室后期擴容，需要再次設備采購，周期長，可擴展性差，而且造成硬件資源浪費。桌面虛擬化只需重新虛擬高配置的虛擬桌面，后臺進行發布即可。大大提高硬件資源使用效益和經濟效益。

2.3 實驗教學管理平臺效能

（1）業務管理系統的集中綜合應用，實現應用統一平臺管理、數據共享。

（2）面向教師、學生提供更便捷的資源服務。

（3）實現實驗室及實踐教學管理工作網上在線登記、審批辦公及基表數據上報。

（4）確保實驗教學任務的完成，滿足開放需要，最大限度發揮實驗室其效益。

（5）實現業務數據電子化、無紙化、規范化存儲，從而使數據信息的瀏覽、檢索更為便捷。

（6）方便學校及管理部門對業務環節的管理和督查，提高業務管理效率。

（7）校方可以依據平臺數據合理規劃建設實驗室。

3 虛擬化實驗教學管理模式的局限性

（1）對網絡要求高。虛擬化實驗教學管理模式過于依賴網絡設施，一旦斷網，會直接影響到教學。虛擬化實驗教學管理模式對終端網絡要求千兆以上，中央機房出口端需要萬兆光纖。

（2）對服務器配置要求高。服務器虛擬化、桌面虛擬化對服務器配置、性能要求較高，且要支付桌面虛擬化相關軟件許可費用，初始成本會增加。

（3）需要定期對桌面虛擬化后臺進行維護。

（4）并發現象容易導致死機。如果所有的機器全部開機使用，容易出現死機現象。在實際操作中，可給予充足的授權點，一般大于實際機位數5%即可。

4 結語

虛擬化管理模式在教學中的運用實現了資源共享、集中管理，進一步推進了實驗教學信息化建設，為培養創新實用的高素質人才提供了有利條件。

基金項目：武漢工商學院教改教研課題：基于“云課堂”實踐教學模式的研究（2014Y11）

參考文獻

[1] 何亮.虛擬化技術在教學平臺中的應用.信息與電腦，2016（14）：231-232.

[2] 朱劍玫，常紅艷.“云課堂”教學模式在高校實驗室中應用探討.科教導刊（電子版），2016（9）：13-14.