基于桌面虛擬化技術的計算機實驗室管理

蔣榮萍

（廣西民族大學 廣西壯族自治區南寧市 530006）

近年來，在科研人員的努力鉆研之下，信息化技術也在不斷的變革和發展，憑借其顯著的應用效果，在各行各業得到了廣泛應用。高校作為人才培養的主要基地，為提高教學效率和質量，計算機技術早已經融入到日常教學當中，成為現代化教學中不可或缺的一部分。現階段，我國大部分高校開始將計算機實踐教學列為首要教學課程，加大資金投入，促進發展。但是隨著計算機的大量應用，需要管理和維的問題逐漸凸顯。在計算機實驗室中，由于計算機數量較多，而且管理人員每天要面對大量的軟件維護管理工作，比如補丁更新、系統恢復、系統更換、PC 故障等，管理工作比較復雜。除此之外，計算機實驗室的運營成本也需要重點關注。為了有效的緩解此類問題，高校開始逐漸應用桌面虛擬化技術來進行計算機實驗室管理工作，以一種新型的管理模式建設計算機實驗室，從而提高服務質量和管理效率。以中心服務器作為基礎構建計算機模型，將系統內的桌面軟件統一進行虛擬化改造，教師可以對軟件程序進行管理執行，在一定程度上，極大的降低了計算機實驗室管理難度。

1 桌面虛擬化技術原理與基礎框架

1.1 桌面虛擬化技術原理

桌面虛擬化技術也可以稱為虛擬桌面基礎架構，將計算機中心服務器作為基礎，構建計算機模型，可以實現計算機物理設備和個人桌面環境相分離。應用虛擬化技術，桌面軟件不會存儲遠程客戶端本地磁盤中，直接將軟件信息傳輸到遠端中央服務器進行存儲。桌面虛擬化技術能夠與無盤工作站技術有機結合，逐步將系統內的各種桌面軟件、文件指令、傳輸數據等進行分離[1]。結合目前發展現狀，可以將虛擬化技術劃分為幾個層面：終端接入層、存儲層、平臺層以及會話管理層等。圍繞虛擬化技術開展技術管理工作，將CPU、內存、硬盤以及相關物理設備進行拆分。相比傳統技術，應用桌面虛擬化技術，可以幫助管理人員提高工作效率，通過簡單的系統操作，降低管理難度，整體提高計算機實驗室管理效率。

1.2 桌面虛擬化技術的基礎框架

桌面虛擬化技術的基本框架主要有五個部分組成。其一，虛擬資源層，負責提供資源，對收集的信息資源整合處理，由網絡虛擬化和服務器虛擬化或者存儲虛擬化所形成的資源池組成。其二，虛擬桌面層，通過計算機技術，應用服務器虛擬化技術，劃分虛擬化服務器，將其轉化為共享資源，以中心服務器為基礎，向外部傳輸信息以及提供虛擬桌面服務。根據實際需求，適當分配資源，合理調配后臺計算節點，進而實現集中化管理[2]。其三，硬件資源層，具有包括計算設備、存儲設備以及網絡連接設備等組成。其四，桌面管理層，顧名思義，負責整體系統的調度、處理工作，將虛擬化桌面的請求指令和新注冊的虛擬桌面指向可用的系統。可以提高工作效率，使修改密碼、用戶添加和注冊以及修改用戶權限等系統操作更為便捷。對補丁更新、鏡像管理等系統工作進行簡化。其五，終端接入層，也就是連接到云終端的設備，在高校計算機實驗室中，通常采取價格和管理成本比較低，以及系統更新周期較長的客戶端，還可以是PAD、傳統PC 和智能手機等移動設備。

2 高校計算機實驗室管理現狀

在大數據背景下，為提高教學效率，國內各高校逐漸加大在計算機教學方面的投入。計算機實驗室內具有大量的計算機，作為實驗室管理人員，不但要保障計算機系統得以安全、有效的運行，還要強化自身技術管理能力，為瞬息多變的教學需求改革提供彈性調整的部署方案。但是在實際的管理過程中，管理人員一直重復著技術含量較低、枯燥單一的管理運維工作。由于計算機實驗室涉及范圍比較廣，管理人員需要花費大量的時間進行軟件系統安裝以及教學課件更新，導致大量軟件的交叉安裝應用，導致系統運行緩慢，效率嚴重降低[3]。此外，實驗室內大部分計算機都為傳統PC 機器，其內部系統構件復雜分散，很容易出現單點故障，為保障計算機的正常運行，管理人員需要定期開展系統檢測工作，對軟件設備進行維護升級，但是管理人員素養能力存在差異，無法統一性管理，所以工作效率低下。

3 桌面虛擬化技術在計算機實驗室管理中的應用優勢

3.1 方便管理且安全性高

所有的數據運算都發生在數據中心，而且計算機桌面軟件管理以及物理設備調試也都在數據中心進行，對于所有計算機的軟件安裝和系統升級工作，技術管理人員都可以利用數據中心進行統一性集中管理，這種方式有效的緩解了傳統計算機管理中的技術難度和高額運營成本，特別是在高校計算機實驗室的應用環境中，應用桌面虛擬化技術效果非常明顯[4]。大大縮減了系統調試時間以及軟件安全時間，而且通過計算機桌面所傳輸的都為結果圖像，過程中的一系列數據運算都發生在數據中心，所以計算機信息和數據不需要通過占用網絡帶寬實現傳輸，為信息數據提供安全保障，不但為管理人員系統操作提供便捷，還可以降低人外因素以及外部因素對系統數據的影響。

3.2 有利于節約管理成本

傳統的計算機實驗室內，大部分都為PC 機器，耗電量基本都在200w 以上，在應用瘦客戶端之后，計算機耗電量保持在25w 左右，極大降低電量損耗。雖然高校計算機實驗室內，大量的計算機同時應用會為服務器帶來較大的計算壓力，從而導致機器的耗電量增高，但是相比其他應用環境的大規模客戶端，高校內的計算機實驗室電量損耗可以忽略不計[5]。所以，長期以往電費會有大幅度的降低，實驗室電量損耗降低，代表著碳排放的減少，也充分符合了綠色校園的建設要求。結合桌面虛擬化技術的應用優勢，以及規模效應的特點，計算機應用數量越多，管理人員開展統一集中管理的效果越顯著。

3.3 有利于提供方便靈活的教學環境

在實際工作中，靈活的應用桌面虛擬化技術，能夠有效的緩解技術升級和軟件安全等技術難題，更好的實現動態部署，保障計算機教學的有效進行，基于桌面虛擬化技術的應用優勢，可以充分滿足學生在教學過程中的應用需求。除此之外，教師在進行訪問管理時，操作更為便捷簡單，有利于營造靈活便捷的教學氛圍，只要有網絡覆蓋的地方，教師就可以隨時登錄個人桌面，開展一系列教學實踐課程。相比傳統模式，教師可以節約更多的精力放在泛在、移動的訪問和學習中，也可以讓學生得到解放，任何時候都可以連接到計算機實驗中，利用遠程操作的方式來獲取個人桌面的數據信息，從而開展教學實驗。

3.4 能夠有效提升工作效率

網絡環境是一個開發的環境，在結合桌面虛擬化技術后，極大地提高了計算機實驗室資源的使用性，在進行計算機調配過程中，可以根據使用者的應用需求，設計出不同的系統桌面，根據自身的需求，進行文件數據的處理和傳輸。傳統的PC 計算機，主要以分散管理為主，每一個人自行管理，教師對于學生的動態情況無法掌握，導致許多學生利用課上時間“開小差”，影響教學效率。而應用桌面虛擬化技術之后，可以實現所有計算機的集中性管理，不但幫助教師降低工作強度，還提高管理效率。而且利用這種管理模式，能夠降低計算機系統對于終端設備的硬件要求，只需要使用普通的移動終端、臺式機器、筆記本等設備就可以承載虛擬桌面環境，打破時間和空間的限制，極大地提高工作效率[6]。

4 基于桌面虛擬化技術的計算機實驗室管理

4.1 需求分析

計算機實驗室應用桌面虛擬化技術的一大優勢就在于學生可以隨時隨地的通過任何設備實現桌面登錄。在高校內，不同的專業學生所接受的知識不同，所以開著計算機教學課程也存在差異，為了使不同院系的學生更為熟練的掌握網頁制作、數據庫、大型圖像處理、網絡實驗等應用型技能，必須要確保計算機實驗室的穩定高效，基于桌面虛擬化技術，構建出基數大、復雜程度高的信息共享型計算機實驗環境，從而為廣大師生提供多方位、多角度的實踐教學平臺，管理人員不斷的開展計算機系統革新和軟件安裝等工作，對實驗室系統管理進行優化升級。而且，實驗室平臺架構要簡單便捷，面向全體師生開放，通過動態資源基礎平臺，進一步實現信息資源的整合計算，提高計算機設備的使用率，避免應用軟件重復，強化資源存儲功能以及信息數據共享能力，幫助實驗室降低運營成本，更為適合使用需求多變的教學環境，而且管理人員實施管理維護也更為簡單便捷。

4.2 桌面虛擬化技術部署

在建立高校計算機實驗室時，一直以共享、簡化、動態最為建設原則，引入現代化管理理念，結合虛擬化、負載均衡以及多級存儲等信息化技術，構建多方位、多角度的動態資源基礎平臺，通過管理人員的嚴格執行，定期對設備進行維護和管理，逐步實現計算資源的整合，最大程度的發揮桌面虛擬化技術的作用，提高設備的使用率，有效避免出現應用軟件重復的現象[7]。在桌面維護中，由于管理人員的技術在能力存在差異，所以需要應用需求不斷調整，使得系統操作難度得以降低。在桌面虛擬化技術動態部署實踐過程中，服務器虛擬化作為管理核心，而且過程中的一切計算都發生在數據中心，所以基于數據中心的服務器來對計算機桌面進行虛擬化，需要結合實際要求，將傳統PC 機器桌面環境直接傳輸給終端設備。使用者只需要在保障有網絡的情況下，將客戶端安裝到用戶網絡登錄的設備上，通過輸入用戶名和登錄密碼，便可以打破時間和空間限制，實現隨時隨地登錄訪問個人桌面系統，進而實現單機多系統或者單機多用戶的虛擬化應用服務。

4.3 軟硬件配置

現階段，隨著年限的增長，計算機性能無法滿足現代化計算機實驗室的建設需求，特別是在用于承接計算機基礎實驗的實驗室內，使用頻率的增高，導致系統運行緩慢，并且硬盤平均壽命逐漸縮減[8]。為滿足目前的教學需求，充分利用教學資源和使用資金，最大程度的體現出服務器的性能，幫助計算機實驗室降低運營成本，通過實際調查，以300 個用戶處理軟件的最高峰值作為參考，得出一臺中心服務器可以同時帶動40 臺左右客戶端，作為圖形資源分許處理的計算機可以選擇在25 到35 臺之間，在硬件服務器方面，配置內存64GB，4 顆8 核英特爾至強處理器，作為虛擬化基礎服務器。此外，選擇2 顆六核英特爾處理器E7-2820，以及配置內存為128GB 的服務器作為虛擬化管理服務器，為了實現硬件性能的最大化，以及系統兼容性問題，分析教學所應用的軟件，確定應用型號為Z10L1 的瘦客戶端部署為終端設備。配置軟件方面，借鑒其他應用環境的經驗，為了最大程度的提高工作效率，可以選擇思杰Xen Desktop 企業版的桌面虛擬化軟件。

5 結論

總而言之，隨著大數據、云計算等現代化計算機技術與商業活動的結合發展，為了順應時代的發展趨勢，國內教育行業也要做出適當改變。桌面虛擬化技術的廣泛應用，使得計算機實驗室管理環境得以全面優化。不但提高高校給各個專業的教學效率，還可以幫助計算機實驗室降低運營成本。基于桌面虛擬化技術，打破傳統的技術管理模式，讓師生群體不在受時間和空間上的束縛，可以隨時隨地的實現個人桌面系統的登錄，更好的開展教學實踐工作。此外，應用桌面虛擬化技術，能夠讓考試環境和教學環境隨時切換，迅速部署，幫助實驗室管理人員降低工作量，為高校內計算機活動提供穩定的技術支撐。桌面虛擬化技術的研究 分析，豐富了新型技術領域和技術形態，使得國內計算機實驗室管理工作得到進一步完善優化。