桌面云在高校實驗教學中的應用研究

仇 明

（江蘇旅游職業學院，江蘇 揚州 225009）

桌面云在高校實驗教學中的應用研究

仇 明

（江蘇旅游職業學院，江蘇 揚州 225009）

高校中傳統的機房部署存在著地理位置分散、用途單一、管理效率低、軟件更新困難等弊端。隨著云計算、虛擬化技術的不斷發展，桌面云的使用可以很好地解決這一問題。在采用桌面云平臺后，能夠極大地提高機房的維護效率、減少實驗教學中的軟件更新升級和教學準備時間、大幅度降低機房的建設費用，取得較好的教學效果。

Horizon View；云計算；桌面云；虛擬化

1 傳統實驗機房管理的不足

實驗教學是高職院校日常教學中的重要組成部分。目前很多高校機房仍舊采用傳統的固定機房的部署方式，即根據機房的用途來確定機房的配置和軟件安裝，比如公共課機房、專業課機房等。這種部署模式帶來很多問題。

（1）管理效率低、成本高。機房分布在不同的部門、樓層中，設備比較分散，日常管理和維護需要大量的人力物力，管理效率低、成本高，很難及時滿足教學的需要。

（2）操作系統和應用軟件調整困難。傳統的機房部署模式中操作系統和應用軟件的部署比較固定，然而有些課程，如計算機網絡、Linux操作系統、網絡安全等課程，需要經常更換操作系統，增添新的應用軟件，此時需要管理員將所有的電腦全部重新安裝和部署，費時費力，很難做到及時調整。

（3）多人共用電腦，很難滿足學生的個性需求。在傳統的機房中，由于資源有限，都是多人共用一臺電腦，而且為了防止病毒入侵，避免學生不當操作造成的種種問題，所有的電腦上都安裝了還原軟件，學生無法保存自己的實驗成果，不能配置適合自己的實驗環境，更無法進行連續、長時間的實驗操作。

（4）計算機硬件需要不斷升級，經濟成本較高。由于計算機硬件更新換代的速度不斷加快，軟件的運行對硬件要求越來越高，為了滿足教學需要，就必須對計算機硬件進行不斷的升級。至于淘汰的舊電腦，一般只是作為計算機組裝與維護課程的實驗設備，沒能做到充分利用。

2 桌面云的相關技術

云計算就是采用相關的虛擬化技術，將網絡、服務器、存儲器、應用軟件等進行資源池化，為用戶提供一種新的應用模式。用戶可以按照自己的需要從這些共享資源池中獲取資源。這些按需定制的資源可以快速提供，而不需要用戶投入過多的資金和精力，是一種方便快捷的服務模式[1]。云計算具有資源池化、可伸縮性、可度量性、可靠性、按需服務等特點[2]。虛擬化技術是云計算重要的支撐技術之一，虛擬化技術為云計算實現了彈性伸縮的底層支持。

桌面云是云計算應用中的一種，它采用計算機桌面的虛擬化技術，使得用戶能夠通過瘦客戶端或者其他任何與網絡相連的設備來訪問跨平臺的應用程序，以及整個計算機桌面[3]。這些個人桌面存放于后臺的數據中心，可以根據客戶需求對計算機的CPU、內存、網絡、應用程序進行個性化配置。桌面云不同于傳統電腦，桌面云將操作系統的計算、存儲都放在數據中心端。桌面云是一個綜合型的IT技術，它集中了服務器虛擬化、虛擬桌面、虛擬應用、應用打包、遠程會話協議等多種IT技術。采用桌面云后可以很好地彌補傳統機房部署的缺點[4]，實現系統的快速安裝、隨身桌面、桌面備份遷移、集中管理各分散的機房、降低成本，提高系統的可用性。

3 桌面云的部署方案

3.1.5 vCenter Server

云計算的實現依賴于虛擬化平臺[5]。當前主流的虛擬化平臺有微軟的Microsoft Desktop Optimization Pack、XenDesktop、VMware Horizon View等。各平臺都有自身的技術優勢，其中以VMware為主流平臺。VMware公司在2014年發布了Horzon 6，首次把應用虛擬化技術與虛擬桌面軟件進行捆綁，通過單一平臺交付應用和桌面。它可以集中管理任意類型的企業應用和桌面，有效地進行桌面虛擬化、應用虛擬化和企業移動管理[6]。VMware Horizon View是企業級桌面云解決方案，它支持最終用戶安全靈活地訪問其虛擬桌面和應用程序，并利用與VMware vSphere之間的緊密集成，幫助客戶以安全托管的服務形式交付桌面。

3.1 Horizon View體系結構

3.1.1 Horizon View Client

Horizon View Client用來實現PC、瘦客戶端、移動設備上的用戶到虛擬桌面的連接。另外，通過Horizon提供的HTML5 Blast技術，用戶不需要在設備上安裝任何程序就可以訪問Horizon View虛擬化環境，極大地方便了用戶的使用。

3.1.2 Microsoft Active Directory

在桌面云環境中，域控制器負責用戶賬戶信息的存儲與驗證，當一個用戶通過客戶端連接到View 安全服務器（View Security Server）或 View連接服務器（View Connection Server）時，首先需要與域控制器進行驗證。

3.1.3 View連接服務器（View Connetion Server）

View Connection Server用來充當客戶端連接的控制器，從而實現對虛擬桌面的管理和應用的安全訪問。View Connection Server通過域控制器對用戶進行身份驗證，并將用戶的訪問請求定向到相應的虛擬機上。

3.1.4 View Composer

View Composer用于系統鏡像管理，通過它可以在一個父虛擬機的快照中創建鏈接克隆桌面池。因為所有的鏈接克隆桌面共享同一個基礎映像，所以只需要在父虛擬機上更新應用、系統，就可以實現對應的鏈接克隆桌面的更新，而用戶的數據、設置、應用都不會受到影響，從而極大地簡化了管理員的部署和運維工作。

vCenter Server它是數據中心端所有的VMware ESXi服務器的中心管理員。vCenter Server提供在數據中心內配置、置備和管理虛擬機的中心點，它可以管理向物理服務器分配、存儲虛擬機的情況，以及向虛擬機分配CPU和內存資源的情況。

3.1.6 Horizon View Agent

Horizon View Agent具有接受會話連接和管控功能。

3.1.7 Horizon View Security Server

作為安全網關組件，Horizon View Security Server可以使用戶通過Internet訪問虛擬桌面，同時保障數據安全。Horizon View體系結構如圖1所示。

圖1 Horizon View體系結構

3.2 Horizon View安裝

在實際應用中，可以采用局部試點、逐步推廣的方式進行部署。在大規模部署前需要對整體桌面系統進行評估，此時可以使用VMware View Planner來模擬虛擬化桌面系統的大規模部署并進行相應的壓力測試。本文中使用2臺IBM 3850X6服務器進行局部性實驗。3850X6由5個模塊組成，每個模塊含有至強E7v2處理器，最大內存容量可達1.5TB，硬盤容量最高達12.8TB，千兆網卡。由這兩臺服務器搭建ESXI集群，并在此基礎上虛擬出4臺服務器和1臺父虛擬機。4臺服務器分別用于安裝域服務器、View connection Server、View Composer、vCenter。父虛擬機作為鏈接克隆的模板，安裝Win10系統和其他相應的應用軟件。

3.2.1 VMware ESXi群集安裝

在兩臺3850X6服務器上安裝ESXi群集，在虛擬出的一臺服務器上安裝vCenter。在一臺虛擬機上安裝好Win10以及相應的教學應用軟件作為父虛擬機。

3.2.2 域環境安裝

在一臺虛擬服務器上，安裝Microsoft Active Directory域服務器、DNS服務器和DHCP服務器。域服務器用于虛擬機用戶的管理和驗證；DNS服務器為域內服務器提供域名解析；DHCP服務器為虛擬桌面提供IP地址分發。在域服務器上創建Horizon View域用戶和組。

3.2.3 Horizon View組件安裝

進行 ViewConnetion Server、View Composer、Horizon Agent的安裝，安裝完成后可以進行Horizon View的初始化的配置。在安裝ViewConnetion Server時選擇“標準服務器”。“標準服務器”即整個域中第一臺View Connection Server，用以管理和維護虛擬桌面、Thinapp應用。而安裝“副本服務器”則提供高可用性和負載平衡功能，在完成副本安裝后，現有的及新安裝的View Connection Server實例完全相同。

3.2.4 Horizon administrator設置

相關Horizon View組件安裝完成后，在Horizon administrator管理界面中，分別添加vCenter Server、View composer和存儲的相關信息并進行配置。vCenter Server設置中“最大并發vCenter置備操作數量”用來確定在vCenter中可并發執行虛擬機克隆和刪除操作最大的數量，“最大并發電源操作數量”用來確定并發虛擬機開關重置的最大數量。Horizon administrator設置完成后如圖2所示。

圖2 Horizon administrator設置完成

3.2.5 鏈接克隆桌面池配置

為了快速生成多個虛擬桌面供學生實驗使用，本文使用鏈接克隆桌面池來快速生成多個桌面。采用 View Composer鏈接克隆可以快速創建與主映像共享虛擬磁盤的桌面映像，有助于節省磁盤空間，簡化對操作系統的修補程序和更新的管理。當我們創建鏈接克隆桌面池，View Composer會從一個父虛擬機的某個快照生成鏈接克隆虛擬機，再使用鏈接克隆虛擬機來共享一個基礎系統磁盤映像，因此虛擬桌面使用的存儲空間比完整虛擬機要少。在實際應用中，如果需要安裝、升級、更改軟件或修改虛擬機的硬件設置，只需對父虛擬機進行更改，即可批量更新，應用到所有通過鏈接克隆生成的虛擬桌面中。

圖3 桌面池選項

圖4 用戶分配選項

在Horizon administrator管理界面中點擊桌面池的添加按鈕，因為具體實驗教學時，是直接根據父虛擬機快速生成新的計算機，所以選擇“自動桌面池”，如圖3所示。“手動桌面池”選項中的計算機是物理機或其他虛擬機。為了讓用戶每次登錄時都收到相同的計算機，在“用戶分配”選項中選擇“專用”，如圖4所示。依次對桌面池的其他選項進行設定，如“遠程顯示協議”“置備設置”“Composer磁盤”“默認映像”“資源設置”等。當桌面池創建完成后，虛擬桌面將會按照桌面池的設置創建新的計算機。此時從vCenter中可以看到兩臺新生成的虛擬機——02Win10-001和02Win10-002，至此桌面云配置完成，具體如圖5所示。此時，客戶端的用戶可以通過VMware Horizon Client登錄連接服務器，進入桌面池，連接服務器則會分配一個桌面給用戶使用。

圖5 桌面池中創建的新的計算機

4 桌面云技術的優勢

使用桌面云后極大地克服了傳統機房部署所帶來的弊端，提高了實驗教學的效果。

4.1 使用更加靈活方便

傳統機房的建設往往和專業進行綁定，一般都是固定的。比如計算機網絡機房、圖形圖像設計機房等。實行桌面云后，可以根據實驗內容，隨時使用各種操作系統，如Windows桌面操作系統、Windows服務器系統、Ubuntu、Centos等。只需新建不同的父虛擬機，在父虛擬機中安裝相應的操作系統和應用軟件，再進行克隆發放即可。這樣一套實驗設備能夠滿足多種專業教學的需求，拓寬了機房的用途，降低了機房的建設費用。

4.2 機房管理更加高效、實驗環境更加貼近實際

首先，傳統機房中是多人共用一臺主機，學生下課后實驗數據無法保存，特別是在進行畢業設計、課題研究時，學生無法進行連續性的實驗操作。采用桌面云后，學生的數據可以長時間保存在云數據中心，隨時調取、隨時實驗，從而提高了實驗的效果。其次，網絡安全課程中一些網絡破壞性的實驗，以往由于安全原因往往無法完成，采用桌面云后，由于是在虛擬化的環境中，計算機的硬件和軟件都處于隔離狀態，學生的各種操作都在虛擬桌面上完成，對實際資源并無破壞，從而使得學生能夠獲得最為貼近實際的實驗環境，提高了教學的效果。

綜上所述，云計算是高校智慧教育建設中的重點工作之一，隨著硬件價格的降低和技術的不斷推廣，桌面云技術將會更多地部署和應用在高校中，從而可以更好地為廣大師生服務。

［1］劉鵬.云計算［M］.北京：電子工業出版社，2011.

［2］李喬，鄭嘯.云計算研究現狀綜述［J］.計算機科學，2011，38（4）：32-37.

［3］劉青恒.基于桌面云的實驗教學管理系統的測試及性能優化［D］.廣州：華南理工大學，2015.

［4］張懷南，楊成.我國云計算教育應用的研究綜述［J］.中國遠程教育，2013（1）：20-26+95.

［5］張耀祥.云計算和虛擬化技術［J］.計算機安全，2011（5）：80-82.

［6］劉永，吳杰，寧玉富，等.高校虛擬化桌面實施研究［J］.計算機技術與發展，2016，26（2）：140-143+149.

Application of Desktop Cloud in College Experimental Teaching

QIU Ming
（Jiangsu Institute of Tourism and Hospitality,Jiangsu Yangzhou 225009,China）

Traditional computer room deployment in Colleges and universities has such disadvantages as scattered geographical position,single use,low management efficiency and difficult software update.With the continuous development of cloud computing and virtualization technology,the emergence of desktop cloud can be a good solution to this problem.Vmware Horizon is a relatively common-used desktop virtualization platform in the industry.In the experimental teaching of University's computer room,we can try using Vmware HorizonView to deploy our desktop cloud.After adopting desktop cloud,the maintenance efficiency of the computer room can be greatly improved,and the software update and the teaching preparation time in the experiment teaching can be reduced,and the construction cost of the computer room is greatly reduced.We have achieved better teaching results.

Horizon view;Cloud computing;Desktop cloud;Virtualization

TP393.1

A

1673-2022（2017）04-0009-04

2017－09－01

仇明（1981-），男，江蘇揚州人，講師，碩士，研究方向為計算機網絡和網絡安全。