基于分布式桌面云在實驗教學中的應用

俞含 江蘇大學京江學院

引言

近些年隨著云的概念不斷深入人心，越來越多的云計算技術應用于我們日常的生活中，尤其對于高校，集研究、學習新技術于一體，智慧校園的概念已慢慢滲透進學校。隨著云桌面技術的逐漸成熟，實驗室的管理日漸集中化、合理化，有效的提高了管理效率。

1 云計算與桌面云技術

云計算這個概念從提出到如今的成熟運用已經走過了十年的時間，這期間研究人員頂住壓力和大部分人的不理解，為這項新技術的到來努力耕耘。正是由于前輩們的辛勤努力，到如今云計算取得了翻天覆地的變化。如今，云計算被視為計算機網絡領域的一次革命，因為它的出現，社會的生活、工作方式和商業模式也在發生巨大的改變。

云計算（cloud computing）是分布式計算的一種，指的是通過網絡“云”將巨大的數據計算處理程序分解成無數個小程序，然后，通過多部服務器組成的系統進行處理和分析這些小程序得到結果并返回給用戶。云計算早期，簡單地說，就是簡單的分布式計算，解決任務分發，并進行計算結果的合并。因而，云計算又稱為網格計算。

分布式桌面云系統是一款云端集中管控、本地執行面向教育行業的智能分布式桌面虛擬化系統，充分利用終端本身的計算性能，有效降低后端管理服務器、網絡壓力。適用于網絡復雜、網絡不穩定、外設多、終端異構、分布分散機房環境的統一管理。

2 目前高校實驗室及多媒體教室管理現狀

計算機實驗教學是教學中很重要的環節，不光是計算機專業的同學，像電氣、車輛、物理、化學、醫學幾乎所有的學科都會進行上機實踐，從而更加透徹的理解課本內容，將理論轉化為實踐。有很多學科例如車輛、電氣和計算機的部分課程幾乎全部都需要進行實踐操作，例如：畫圖、車輛仿真軟件使用和程序開發。對于可能動輒上千臺機器的機房實驗室來說，傳統的還原卡管理方式，對于新軟件的安裝和整體管理有著極大的不便，甚至會阻礙上機實驗的正常開展。

2.1 傳統設備的采購成本高，管理難度大

從第一代的I3 到如今的I9 僅僅經過了9 年的時間，對于機房的更新換代來說，最快也要3-5 年，也許到了5 年機器還可以使用，但是作為學校這一將科研放在第一要素的地方，研究最新的項目勢必會使用最新的軟件，軟件所使用的平臺趨使我們必須進行更新換代，假設每5 年更新1000 臺機器，這將是一筆幾百萬的開支，對于學校來說，如何在保證教學正常的前提下節省開支，將更多的經費投入于科研發展中，才是更有意義的。而對于管理者來說，用傳統方式，不管是對機房進行軟件更新，還是有效的統一管理，都是一件費時費力且效率低下的工作。

2.2 故障率高

由于機房使用的頻率日漸上升，軟硬件故障發生率不斷提高，軟件問題尤為突出，每安裝一款新軟件，都需要對其激活、注冊等一系列的操作，由此引起的配置信息錯誤、運行環境的沖突或是注冊表錯誤，導致軟件或機器無法使用。

2.3 管理人員少、實驗室分布廣、無法統一管理

主控服務器與核心交換機相對位置固定，但是實驗室機房及多媒體教室分布廣泛，每棟教學樓里都會有多媒體教室及實驗室，距離可能相聚幾公里，在管理人員有限的情況下，如果出現問題，根本無法在第一時間趕到進行維護、解決，如果出現大范圍癱瘓就會造成嚴重的教學事故后果不堪設想。

3 分布式桌面云的構成及優勢

3.1 分布式桌面云的組件項

配置要求：Intel 志強 E5-2600 系列CPU，至少32G 內存，硬盤空間1T 以上。

服務器端：需要一臺服務器作為主控節點，安裝虛擬化軟件，由此來控制整個服務器集群及終端，并通過虛擬機來創建模板給用戶使用。

客戶端：在這里分為胖客戶端(Rich or Thick Client)和瘦客戶端(Thin Client)；胖客戶端需要安裝底層客戶端軟件，提供還原、模板上傳等功能，還需要在windows系統層安裝系統及服務器通信功能，在上層的Linux 客戶端安裝Linux 系統和服務器通信功能。

管理平臺：任意聯網的PC 都可以通過瀏覽器直接訪問桌面云管理平臺，實現服務器和虛擬桌面的統一管理。

3.2 分布式桌面云與傳統形式的優勢對比

(1）集中下發，“無影”下發。與傳統系統更新時一樣，都需要下發更改過的鏡像系統，但是桌面云下發系統時，無聲無息且具有斷點續存的特點，只要客戶端聯網且開機的狀態下，用戶可以正常的使用機器，當系統更新好后，下次啟動電腦，系統即更新完畢。而且與傳統保護卡不同的是，保護卡在更新系統時，采用廣播的形式下發，造成了千兆網絡的環境中，如果有一臺機器網絡是百兆，整個傳輸過程將會非常緩慢；而桌面云系統下發系統時，不會受到單獨某臺客戶端網絡速度快慢的影響。

(2）集中管理提高工作效率。基于傳統系統在維護和更新時，需要奔走于各個機房，在需要批量更新軟件和系統時，重復的工作可能需要做十幾遍，大大影響了實驗機房的使用和管理效率，在使用了分布式桌面云技術以后，只需要在單個機器或某臺機器上面更新完系統后上傳至服務器，在任何只要可以連接上服務器的電腦上都可以進行系統的更新操作。

(3）桌面隨身帶。如果說云技術僅僅提升了管理的效率，那還是遠遠不夠的，他是一項革命性的突破，每個教師在教課時都希望使用自己的系統，自己習慣性的文件排布方式，自己個性化的桌面設置，個人獨立的存儲空間，這些要求在桌面云技術上都可以得到實現。如果教師使用云桌面專用的瘦客戶端接入，瘦客戶端往往只有傳統客戶端的十分之一大小，發熱量微乎其微，更沒有散熱風扇的噪音，為高校教師和管理人員提供了更加整潔和安靜的辦公環境，營造出清爽舒適的辦公氛圍。據不完全統計，云桌面使每個用戶的耗電功率平均小于20W，如此一來大幅度降低了能耗，全年可節省近65%以上的電費。這樣對智慧校園、綠色校園的建設都有著不小的作用。

(4）關于胖客戶端與瘦客戶端的選擇。在利用分布式桌面云管理系統時，需要根據實際情況來選擇客戶端，對于基礎教學，瘦客戶端完全滿足教學需求，且能耗更低，客戶端成本也相對較低。但是對于某些特殊課程來說，例如CAD 制圖和某些仿真軟件的使用，機器的硬件配置要求較高，就必須要使用胖客戶端。在經過一段時間的課程分布統計之后，合理的分配胖、瘦客戶端在機房的比例，使得能耗最低、成本最低管理更高效，才是最終的任務。

(5)關于對學生的管控和大數據分析。每當到了學期末結束要進行上機考試的時候，需要斷掉外網，封住電腦的USB 接口，防止學生作弊，而桌面云的使用可以對上網策略、IO 端口拷貝權限控制和學生上機行為權限控制，同時產生大量的數據信息，包括每節上機課學生做作業、上網、看視頻和打游戲的時間統計，教師可以根據具體信息，更改教學方案改進上課形式，并對上課經常不認真完成課堂任務，做與教學無關事務的同學進行批評教育。

4 結論

針對目前高校的實驗室機房的現狀，結合當前最主流的技術方案，提出了較為合理的分布式桌面云技術應用到計算機實驗室的方法，使得實驗室機房從建設到后期維護，不論是成本還是管理效率都有著極大的提升。