基于云桌面技術的計算機實驗室管理應用研究

◆李延香 袁輝 劉敏娜

（1.咸陽師范學院計算機學院 陜西 712000；2.陜西工業職業技術學院信息工程學院 陜西 712000）

計算機機房承擔著全校公共基礎課程實驗、專業實驗教學、課程設計及畢業設計等教學任務，也是各類計算機等級考試、計算機水平考試和學生上機考試的主要基地[1]。但是隨著計算機技術的發展，實驗教學所需的軟硬件的種類、數量和性能要求也在不斷增加[2-3]，各類上機考試也需要計算機實驗室具有共享性和開放性[4]。

然而計算機實驗室由于分布較分散、計算機硬件性能參差不齊、更迭速度慢、集中管理維護困難、資源共享利用率低、誤操作、移動存儲設備的頻繁使用導致計算機容易出現死機、藍屏、病毒入侵、速度變慢、網絡癱瘓和系統崩潰[5]等諸多問題，已經不能完全滿足計算機實驗教學的要求。如何快速高效的處理計算機常見故障恢復系統、提升計算機實驗室集中管理的效率、降低硬件建設成本，已經成為我們迫切需要解決的問題，計算機云桌面技術應運而生。

1 傳統計算機實驗室管理現狀分析

目前，大多數高校計算機實驗室仍采用傳統的部署方式，機房教學軟件種類多、教學軟件和環境更新升級頻繁[6]，病毒感染與軟硬件故障時有發生，機房管理人員需要重新部署操作系統、搭建教學環境、更新升級軟件、維護硬件、保障網絡通暢、排除故障[7]等工作，任務繁重且效率不高，致使機房的管理和維護壓力與日俱增，影響了師生日常實驗教學和科研工作的進行。傳統的計算機實驗室建設和管理已難以滿足教學科研的需要，并存在以下問題。

1.1 計算機實驗室分布分散，難以集中管理

為滿足教學需求，高校計算機實驗室分別建設在不同的樓層或教學樓之間，各教學終端物理位置較分散、不同實驗室中的計算機配置等級不一，需要根據各個實驗室的計算機性能參數和教學內容進行單獨管理和維護，難以實現統一集中管理。

1.2 計算機實驗設備配置參差不齊、軟件安裝、更新維護困難

為了適應課程的需求，每學期都要安裝或者更新軟件版本。傳統模式下，采用奧易硬盤保護卡的網絡同傳功能來實現操作系統的升級、應用軟件的新增變更等操作。然而這種方式只適用于主板型號、網卡設置相同并且在同一個局域網內的計算機。然而，高校規模的擴張，機房數量增加，新舊機房計算機配置很難統一，分批采購的計算機硬件配置差異較大且處于獨立的局域網。當需要新增軟件、安裝升級、網絡對拷、感染病毒、藍屏死機、計算機系統升級、系統維護時，實驗室管理員只能以每個實驗室為單位逐個機房進行更新、安裝和數據同傳，對拷中網絡掉線、中斷等現象時有發生，致使軟件安裝時工作量巨大、重復性工作多[8-9]，勞動強度大、耗時，維護更新難度加大。

1.3 數據共享性差

傳統計算機實驗室大多是一個獨立的局域網環境，PC 機一般會安裝不同的專業教學軟件，以適應計算機專業課程的需求，實驗室按照實驗課表的安排，在特定的時間和特定的場所向師生提供相應的教學服務，不能實現基于遠程的網絡實驗和資源共享，各實驗室資源利用率較低，造成實驗室閑置、資源浪費。

1.4 系統安全性差

傳統實驗室都是利用硬盤保護卡或者還原卡對局域網內的PC機硬盤分區進行全盤保護，然而不少來自U 盤等移動存儲設備的頻繁使用和局域網ARP 病毒，硬盤保護卡也無法有效地防護，操作系統和應用軟件本身存在的系統漏洞，計算機在使用過程中易出現藍屏現象，導致軟件無法使用、系統頻繁死機、磁盤盤符被改變、數據丟失、磁盤訪問時間增長、占用系統資源。局域網保護模式下，殺毒軟件病毒庫和系統漏洞無法自動更新，不能及時有效地防止病毒入侵和操作系統的升級，影響了正常實驗教學的實施。

2 云桌面技術分析

2.1 云技術

云技術（Cloud technology）也稱云計算（Cloud Computing），是基于互聯網的一種計算方式。云就是網絡[10]。百度百科介紹：云技術是在廣域網或局域網內將硬件、軟件、網絡等系列資源統一起來，實現數據的計算、儲存、處理和共享的一種托管技術。以網絡為載體，將傳統計算機客戶端組合成強大的計算機系統，構建統一的“云”處理與計算能力，減少終端用戶信息處理的負擔。借助各種商業發展模式，云技術已隨處可見，可移植到手機、掌上電腦、GPS、云桌面等應用服務。

云技術使用虛擬化技術，將服務器、存儲、網絡設備整合起來，形成虛擬資源池[11]，統一管理、分配計算資源池中的資源為用戶提供服務。

2.2 云桌面

云桌面是云計算技術虛擬衍生技術[12]的一種典型應用。云計算平臺安裝云桌面系統，各種應用集中在云平臺，依靠服務器集群集中服務，任何與網絡相連的終端設備都可遠程調用訪問跨平臺的應用程序及客戶桌面。云桌面技術就是將計算機系統中的桌面內容存儲在云端，以虛擬化的形式，可實現終端與云平臺的遠程資源共享和集中管理。這一技術革新打破了傳統計算機設備系統空間的束縛、提升了傳統計算機系統中桌面空間的合理利用度，強化了信息數據的安全。

3 云桌面技術在機房管理中的應用

3.1 云桌面計算機實驗室的優勢

計算機實驗室采用云桌面技術，可實現實驗室的集中管理、桌面快速部署、統一配置、數據資源的遠程共享和個性化存儲及擴展，提高了數據的安全性及桌面接入的便捷性，降低硬件購置成本、綠色節能[13]，故障率、運維成本和勞動強度降低，實驗室使用率得到提升，彌補了傳統管理模式的缺陷與漏洞，確保實驗教學環境的穩定。表1為云桌面計算機實驗室與傳統計算機實驗室各技術優勢比較。

3.2 云桌面計算機實驗室的應用

咸陽師范學院計算機學院實驗中心實驗室分布在1號和3號教學樓的不同區域，考慮實驗室現狀，目前只在軟件實驗室安裝云計算管理平臺，采用雷風電子iStreamDesktop 云桌面系統，配備PowerEdge R730 機架式服務器2 臺（英特爾至強2*E5-2640CPU，64G 內存，企業級固態硬盤120GB+SATA 12T 硬盤）；雷風電子iStreamBox S60云終端虛擬桌面瘦客戶機66 臺（Ⅰntel J1900 主頻2.GHz，4GDDR3內存，128G SSD 硬盤，支持Windows7 以上操作系統）；H3C S1248 48 個10/100M/1000M 自適應RJ45 端口、支持MDⅠ/MDⅠX 自適應功能防雷千兆交換機2 臺；iStreamDesktop 云桌面軟件系統66 套等設備。

iStreamDesktop 如圖1，桌面云系統利用本地虛擬化技術和專有的網絡協議，將操作系統、Tomcat7.0、J2EE、MyEclipse、VMware、Visual studio2012 等各種應用軟件集中部署在集群服務器中，將所有軟件上傳至云存儲服務器，以此作為云端教育資源，供教學環節調取，客戶端軟件運行在云終端設備上，無需安裝任何其他管理工具，就可以高效、安全、便捷地訪問各種應用軟件，從而構建出具備集中管控、安全可靠的信息化平臺。

表1 云桌面計算機實驗室與傳統計算機實驗室各技術優勢分析

圖1 iStreamDesktop 云桌面系統

云桌面虛擬技術能夠實現資源管理動態化，根據實際課程需求添加流桌面鏡像，并采取升級、刪除等方法，使不同階段的實驗課程需求得到滿足。教師可快捷發布各類教學資源，方便課程存儲、共享和檢測；學生通過云客戶端遠程訪問連接云桌面，進行操作系統的終端應用，如進行網絡安全病毒植入實驗、匯編語言實驗、高級程序設計實驗、數據庫實驗、組裝與維護實驗、編程應用測試、課件下載、上傳提交作業考試等。可實現跨平臺跨區域訪問云終端系統，如手機、iPad 以及Android、ⅠOS 操作系統的便攜式電腦作為虛擬終端，學生通過B/S 模式輸入自己的賬號即可登錄到云桌面系統進行作業。實驗教學過程中，如需要安裝升級應用軟件，只需在云端服務器進行軟件的安裝、備份與更新部署即可，云桌面開機后可自動生成最新的桌面操作系統。支持各種移動存儲設備、并口、串口、調制解調器、打印機，掃描儀、聲卡、智能卡、藍牙，紅外接、無線網卡等設備的接入，可實現云終端操作系統的自動還原、更新和防止ARP 攻擊，能夠記錄終端計算機上網的URL 痕跡，圖形化狀態監控界面，實驗員能實時查看當前服務器系統狀態、網絡狀態、內存和磁盤狀態，系統運行狀態，根據云桌面中出現的問題，進行重啟、重置、延長使用時間等動態調整，快速恢復云桌面系統，降低運維復雜度、提高運維效率。

4 結語

云桌面實驗教學平臺的建成，使我院軟件機房的管理和實驗教學管理提升到了“云時代”，摒棄了傳統計算機應用模式效率低下，速度緩慢，難于維護系統和更新軟件等弊端，實現了集中管理、集中存儲、分布式計算的模式，安全高效，實驗室的建設成本降低，優化了實驗室管理效果，提升了實驗室資源的利用率和實驗室整體管理水平，有效保證了實驗課程的順利進行。借助云平臺，希望融入計算大數據、物聯網等其他相關專業實驗、教學和科研內容，發揮“云”優勢。