中小學云機房的建設與應用初探

何葦

[摘 要]建設云機房，可以把學校系統、課程教學、辦公環境等資源進行整合，使師生通過多樣化的終端設備與云平臺互動，改善中小學教育教學的時空環境和信息資源環境，為打造安全穩定、資源節省、方便快捷的現代化數字校園打下堅實的基礎。

[關鍵詞]中小學；云機房；建設；應用

[中圖分類號] G43 [文獻標識碼] A [文章編號] 1007-9068（2019）12-0048-02

隨著科學技術的不斷發展和進步，信息技術在中小學教學中得到了廣泛的應用，促進了素質教育的全面實施，為科教興國的戰略目標奠定了堅實的基礎。其中，計算機教室作為學校信息化建設的基礎性硬件設施，其重要性不言而喻。機房的建設和運維成本一直是制約學校信息化發展的重要因素，而云計算的出現則給教育教學帶來了巨大的變化。云計算作為一種新興的計算處理方式，是以數據為中心、為依托的一種密集型數據計算。云桌面技術是云計算虛擬化技術的主要應用之一，以精簡的、低成本的瘦客戶機代替傳統意義上的個人電腦主機，減少了對資源使用的訪問和管理，使其不受物理硬件的約束，將計算機應用虛擬化，簡化了軟件配置的流程。下面，筆者以銳捷公司的云桌面系統為例，談談基于云桌面的教學機房的原理及應用。

一、云機房的概念

云計算技術簡稱云技術，即通過互聯網將原先需要本地處理的存儲和計算任務分布到大量非本地的與遠程分布式集群服務器的計算機中，這些計算機群組可為用戶提供類似于本地的計算機服務（包括計算、存儲、軟硬件等服務），使得用戶能夠方便快捷地將資源切換到自己需要的應用上。簡單來說，云技術就是把傳統軟件的本地安裝、本地計算的方式轉變為隨取隨用的遠程服務，通過互聯網或局域網連接并操控遠程服務器集群。云技術應用的主要載體是互聯網技術，以瘦客戶端或智能端取代傳統PC訪問遠程服務器，采用此種技術建設的機房，我們稱之為云機房。

1.云機房的原理

云機房是運用云技術提供的一種基礎設施即時服務的機房。用戶能利用網絡從完善的計算機基礎設施中獲得即時服務，以云計算向用戶提供信息服務。在云機房的實施機制中，用戶交互界面向用戶提供Web服務，成為用戶交互的主要窗口。按照這個原理，可以將云機房的建設分為三個層面，即客戶端層、云主機層以及管理層。客戶端層主要是針對不同教學需求設計的云客戶端；云主機層是根據不同課程要求建立的軟件鏡像，通過云服務器接入客戶端層；管理層則是部署在服務器和教師機上的相關應用軟件及管理平臺，并對整個系統起操控和安全監護的作用。

2.云機房的建設原則

全融合、高體驗、簡管理、促效率，是云機房建設的基本原則。全融合，指云機房的建設應該根據學校的實際教學需要對信息化資源進行整合，提供適合多種教學環境的鏡像并支持實時切換。高體驗，指傳統機房使用時可能會有延時、卡頓等現象，云機房則力求使用方便快捷，有效保障學生上課使用時的體驗，同時上課期間保證學生專注聽課和課堂紀律，從而提升教學質量，給使用者帶來全新的觀感和體驗。簡管理，強調降低機房的維護難度和繁雜的后期管理，不需要很強的專業技能也能熟練操作。促效率，云機房使用桌面虛擬化技術代替傳統PC機，通過部署高性能的云機房主機和零維護的學生端，交付學生上課使用教學桌面，并通過云教學管理軟件豐富的教學功能，高效地完成教學，極大地降低了運維難度，節能減排，促進學校的信息化發展。

當然，在學校財力許可的情況下，云機房的建設不應局限于機房本身的建設，可考慮云計算和教學場景之間的緊密融合。如可以將云技術融入于整個校園環境中，實現構建支付、管理、教學、監控等全方位的信息化校園體系。具體建設包括以下四個方面：（1）云課堂主機的部署，提供服務器的管理和維護；（2）使用瘦客戶端替換傳統主機；（3）教師機上安裝廠商提供的云課堂多媒體教學管理軟件和后臺程序，可以極大地提升教學效率并進行快捷的管理維護；（4）有條件的可以建設統一的管理平臺，集中管理校園內的服務器和其他的信息化資源。

二、中小學傳統機房與云機房的對比分析

傳統機房和云機房在建設與運維等方面都有很大的不同，下面著重從三個方面進行對比分析。

1.建設成本對比分析

云機房的硬件成本相對于傳統機房來說要低很多。以筆者學校為例，學校采用銳捷公司設備建設的云機房，包括一臺銳捷RG-RCD6000云服務器、兩部銳捷交換機、一臺教師機和60臺RG-Rain100S客戶端、60臺顯示器，合計成本7萬元左右。傳統機房，60臺學生機大約要20萬左右，而云機房的硬件建設成本只有傳統機房的三分之一左右，使用功耗也更低。此外，云機房的軟件成本低，只需要在服務器上安裝一套操作系統和應用軟件即可，而傳統機房的每臺PC機均需要購買軟件許可。

2.管理維護對比分析

云機房的維護簡便易行、不耗時，軟件更新或加裝軟件只需要教師機連接服務器操作即可，一次更新，所有終端生效。而傳統機房的維護，一般需要更新母機，設置學生機的還原卡，通過局域網系統同傳，在漫長的等待后再次經歷設置還原卡的繁雜過程，花費時間是云機房的10倍以上，且過程復雜，容易出現系統發送失敗的情況。另外，云機房的安全性較好，電腦病毒不易感染傳播，而普通的PC中毒概率較高（即使帶還原卡的電腦也會中毒），在局域網內更是經常集體中毒，給機房管理維護帶來極大的不便。在機房后期的維護升級方面，云機房的硬件升級或擴展只需要升級服務器即可，瘦客戶端一般無須升級，而傳統機房則會因配置落伍需全部更換，造成嚴重的資源浪費。

3.教學使用體驗對比分析

在實際教學中，云機房的管理人員可以準備多個教學鏡像，根據教學需求進行極速切換，滿足不同教師、不同操作系統、不同課程、不同內容的教學需要。經過實際測試發現，不同鏡像之間的轉換不超過1分鐘時間（視服務器配置的高低而定），而傳統機房中只有一個教學環境，要更改只有重做系統。此外，為了便于教學，云機房廠商還開發配套了適合自己產品的教學管理軟件，既能將學生的操作結果自動進行統計并生成報表，便于學生的作業能及時上傳到服務器中保存，不用擔心丟失，又有利于教師即時調整自己的教學，而傳統機房只能依靠第三方軟件實現，并且功能比較單一。

三、云機房軟件的具體使用

云機房軟件解決方案的核心構成是云機房統一管理平臺、教師端和學生端。以銳捷的云課堂（彩虹版）軟件為例，管理員在統一管理平臺上針對不同課程制作課程模板，即在教師機上部署教師端程序，在學生機上部署學生端程序。上課時，教師在教師機上執行客戶端程序：選中所需課程，發送“上課”指令，即可將云主機中生成的虛擬桌面并推送到各個學生端；下課時發送“下課”指令，即可終止課程，刪除虛擬機，回收資源。上課過程中的操作記錄、運行狀態等，可以通過圖形化管理界面即時查看，一目了然。學生的云終端開機后可以自動與云主機連接，獲取虛擬桌面，操作方式與傳統PC完全相同。具體操作方式如下：第一步，教師機發出請求，連接至云主機，選擇課程鏡像，點擊“上課”按鈕，制作好的課程模板在90秒內生成60個虛擬機；第二步，學生開機后（學生端自動運行），即獲得虛擬桌面，可以運行虛擬機里的軟件或訪問校園網系統；第三步，教師可以通過多媒體教學管理軟件進行教學，如屏幕廣播、遠程協助、在線答疑等；第四步，教師點擊“下課”按鈕，即可結束課程，所有虛擬機都會被刪除，云主機回收資源，切換到下一節課的鏡像，為下面的課程教學做好準備。

在云機房軟件使用過程中，針對不同的使用場景，需要注意以下幾點：（1）以年級為單位，按課程制作鏡像比較方便。先按課程分別創建虛擬機，再按課程要求在虛擬機中安裝操作系統，然后安裝課程需要的教學應用軟件，最后將虛擬機制作成鏡像模板并命名。如果不同年級的操作系統相同，可以在綜合考慮之后，盡量將各種應用軟件合并到相同的鏡像中并做好標注，這樣可以節約云主機的存儲空間，方便教師的日常使用。（2）應用程序的兼容性。為避免軟件出現兼容性的問題，在虛擬機中安裝軟件時要注意參數的配置和調試，保證應用軟件能正常使用。在鏡像制作完成后還要再實際使用一下，因為有些軟件在不同的系統中會出現兼容性問題，而導致無法使用。（3）外部設備的兼容性。如果教學中學生端需要外接USB設備，應該將外設連接至云終端，在虛擬機中驗證設備，需要正常識別和安裝好相應的設備驅動，并測試基本功能是否能正常使用，然后將虛擬機制作成鏡像模板。

四、云機房的應用體會與反思

1.應用體會

首先，便于管理。云機房的管理員可以根據不同的課程制作相應的鏡像，同步給教師使用。教師上課時可根據課程安排選擇鏡像，從而獲得自己所需的教學環境，極大地減輕了管理員的工作負擔。同時，云課堂提供圖形化的管理界面，無論是虛擬機部署，還是鏡像制作，都只需進行直觀化操作，而無須使用復雜的參數命令。云機房的解決方案，不僅能徹底解決機房中常見的由于大量軟件反復安裝和卸載導致的軟件沖突、系統卡頓、病毒攻擊、考場布置等難題，而且可省去Ghost恢復或還原卡的復雜設置。這樣機房中設備和使用情況的監控維護在辦公室中即可輕松實現，效率比傳統機房有了顯著提高。其次，優化教學。云課堂可讓系統終端和課程切換的速度加快，軟件虛擬化運行更加快捷，并且可以全面監控學生的使用情況，杜絕學生上課做無關事情的現象發生。同時，所有教學鏡像會由銳捷云主機自動優化，在云技術的支持下，60個虛擬機啟動需要不到1分鐘的時間。教師在上課過程中可根據實際情況隨時切換學生的系統，從而為學生提供最適合的教學環境，使學生體驗到云技術帶來的全新優化。

2.應用反思

盡管云機房的安全維護不像傳統機房那么復雜，但是云服務器和教師機的網絡安全工作必須到位，需要安裝相應的防火墻和殺毒軟件，在發現病毒后應及時做好保護措施，避免產生更大的危害。當然，云機房的網絡安全防護不可能做到萬無一失，因此云服務器與教師機的恢復和備份工作就顯得尤為重要。恢復作為最后一道的彌補措施，必須通過完善的備份機制確保系統可恢復，避免重要數據丟失。通過有效的恢復，可以降低網絡安全的風險，保證云機房正常有序的運行。

云機房是中小學教育教學中的一種新興形式，不僅可以有效降低機房建設的運維成本，而且能在減少管理工作量的同時，為師生帶來全新的體驗，提高教學效果。建設云機房，還可以把學校系統、課程教學、辦公環境等資源進行整合，使師生通過多樣化的終端設備與云平臺互動，改善中小學教育教學的時空環境和信息資源環境，為打造安全穩定、資源節省、方便快捷的現代化數字校園打下堅實的基礎。

（特約編輯 木 清）