高校計算機實驗室桌面化虛擬化建設的研究

張園園，馮光南

（安徽工業經濟職業技術學院,安徽 合肥 235100）

0 引言

計算機技術的飛速發展為虛擬機的使用提供了非常便捷的條件，高等院校的計算機實驗室在傳統的架構模式下呈現出管理分散、成本高以及用戶使用不便等一系列缺點。通過桌面虛擬化技術對高等院校的計算機實驗室進行改造具有非常重要的作用。

1 桌面虛擬化概述

桌面虛擬化的技術最早是基于服務器而提出的一種更加便捷的計算機管理模型，計算機系統的組成中主要包括最基本的硬件、架構在硬件系統上的操作系統以及各種具有特定功能的軟件，桌面虛擬化主要是從人的操作和管理的角度對整個計算機系統進行優化所形成的產物，其特點是可以將計算機的物理部分與人們的操作環節進行相對徹底地分離，這些虛擬化的桌面可以直接存儲在遠程的中央服務器上，其具體構成可分為4個主要部分。將計算機終端進行虛擬化處理之后可以讓人們在不受時間和地點限制的情況下方便地通過網絡訪問個人的桌面系統，完成其操作活動。

計算機桌面虛擬化技術可以將計算機的硬件設備、操作系統、應用軟件以及使用者進行有效的綁定，操作人員只需要通過虛擬化的桌面系統就可以對整個計算機進行有效的管理并指揮其完成具體的工程任務。

現階段計算機的桌面虛擬化技術發展正在接受新的挑戰，主要原因在于互聯網技術和智能硬件技術的發展導致終端系統的類型、功能和數量出現了大幅度的增加，層出不窮的新型智能硬件系統導致計算機桌面虛擬化的需求越來越多，舊的硬件系統和新的硬件系統在架構上存在的差異也會導致桌面虛擬化工作的開展具有一定的難度[1]。

2 建設需求分析

第一，傳統架構下的高效計算機實驗室往往是在每一臺計算機上安裝操作系統以及教學課程所需的各種軟件，這種管理模式帶來的弊端在于計算機系統上存儲的數據非常分散且對后續的管理帶來了較大的難度，例如，數據的存儲和備份需要逐一去完成。第二，學生在利用網絡或者使用某些移動式硬件設備的過程中可能會受到病毒的攻擊，傳統的計算機系統在安全防護水平方面的管理也存在著比較松散且難以集中統一管理的問題，這就為計算機安全管理帶來了困難，嚴重的情況下可能會造成計算機課實驗室數據丟失或者嚴重損壞等。第三，傳統的架構模式下學生在上課時必須在計算機實驗室中去完成相關的操作，而且一旦設備出現故障就會出現停滯不前的情況，這種計算機系統管理模式導致學生在學習的過程中受到時間和空間上的巨大限制。第四，實驗室內眾多的計算機在日常的管理中需要老師對其軟硬件系統進行及時的維護，這種分散化的管理模式需要消耗大量的時間和人力成本，一個簡單的軟件升級就可能產生很大的工作量[2]。

3 桌面虛擬化的作用

3.1 集中化管理

個人計算機的出現可以讓用戶在更加廣泛的場合和時間下去完成某些特定的任務，用戶的使用相對于更早的大機器時代得到了大幅度的改善，由此帶來的問題是計算機的分散化導致管理工作大幅度增加。桌面虛擬化技術的出現可以讓學生在不限于實驗室環境的情況下訪問自己計算機，管理員只需要借助實驗室的數據管理中心就可以實現對每一臺計算機的管理，進而將原本相對分散的管理模式改變為集中式的管理模式，并有效地提高了工作效率。管理人員通過數據中心就可以對實現統一的系統配置、數據同步。

3.2 靈活的訪問方式

傳統的計算機管理模式下學生在進行實驗時必須在特定的時間內進入實驗室完成各項工作，而桌面虛擬化技術的應用可以讓學生通過互聯網在各種時間和各種地點下方便地訪問虛擬化的桌面，進而借助桌面上的軟件系統去完成相應的實驗任務，學習效率大大提升[3]。

3.3 降低設備采購和維護成本

傳統架構模式下需要為每一個學生都提供一臺物理機器以及安裝各種實驗所需的軟件，這些軟硬件設備的采購成本相對來說是比較高的。桌面虛擬化架構模式下學生使用的每一臺虛擬機器的采購成本可以降低到傳統物理機器的50%左右，整體的成本可以得到大幅度的壓縮。與此同時，通過虛擬機器節省下來的費用還可以用來改善實驗室的服務器設備，學生在使用過程中可以獲得更大的內存、磁盤空間以及更加優秀大的計算能力。

3.4 終端設備更加簡潔

傳統的實驗室計算機系統架構需要為每一個學生提供良好的計算機硬件系統，因為硬件配置直接關系到CPU計算能力、內存大小、磁盤存儲能力以及系統安全防護等一系列性能。但是虛擬桌面技術和遠程服務其的應用可以讓用戶使用一些具備簡單上網功能的硬件設備來完成遠程服務器的操作，例如個人電腦、手機或者瘦客戶端等。這些用于操作遠程服務器和虛擬桌面的硬件設備本身不需要具備非常優秀的配置，也就是說用戶使用的終端設備在這種情況下得到了大幅度的簡化。

3.5 節能

傳統的物理計算機系統在應用過程中需要消耗更多的電能，而現階段基于云服務技術所構建的虛擬機可以大幅度降低電力能源的消耗量，進而有效地節約高校實驗室的電力成本。

4 虛擬桌面建設方法

4.1 瘦客戶端方案

這種架構模式需要利用服務器的資源池來實現顯卡圖形運算、CPU計算以及數據存儲等計算機常用功能，用戶在使用時需要通過網絡直接訪問服務器資源池上運行的虛擬機桌面并借此來完成各種任務。此時，用戶使用的終端在硬件配置方面的要求是比較低的，虛擬桌面的操作系統一般是Linux，這種操作系統的主要優勢在于其具備非常良好的安全性且在這種系統下可以更好地進行網絡編程任務的管理。需要指出的是這種架構模式在某些情況下也具有較多的局限性，具體如下：（1）如果高等院校的實驗室中外接了打印機、掃描儀等多種設備就可能造成虛擬桌面出現兼容不良的問題；（2）高等院校的計算機實驗室一般具有較大的使用需求，同時上百臺虛擬機運行的情況也是非常普遍的，這種情況就對學校實驗室的網絡配置能力提出了較高的要求。例如，寬帶不足的情況下可能會導致學生在使用虛擬服務時不能獲得流暢的運行體驗；（3）這種架構方案對服務器的性能具有比較高的要求，并且在配置系統的過程中需要根據學生終端的數量合理地提升服務器性能，整體成本是比較高的。系統在運行過程中還可能因為網絡故障或者服務器故障而導致所有的學生終端都不能正常地使用[4]。

4.2 X86架構的虛擬桌面方案

采用這種架構模式可以讓管理人員快速地部署計算機終端系統并有效地降低整體的維護成本，管理人員可以在服務器上將各個終端的相關系統數據部署上去并在此基礎上實現集中化的管理。學生訪問虛擬終端時服務器會以數據流的形式將其傳輸給每一個用戶，在這種架構模式下通常包括了客戶端、服務器、管理端，而且服務器需要進行備份。這種架構形式下服務器的主要作用是向客戶提供各種必要的數據以及存儲虛擬磁盤文件，管理端可以從遠程實現用戶虛擬桌面發送以及操作等重要的工能，用戶終端主要是X86架構的個人計算機，然后在上面安裝一些云桌面客戶端，然后用戶就可以通過這些客戶端來訪問遠程的虛擬桌面。

在這種架構模式下用戶的訪問終端需要支持內存、CPU計算以及顯卡等物理功能，而服務器則根據用戶的需求將相關的軟件數據和操作系統數據通過網絡發送到用戶的個人終端上，傳統架構下的所有計算機在這種模式下依然可以得到有效的利用，因而對傳統架構體系進行改造時可以利用這種X86架構的虛擬桌面系統來降低成本。

5 結語

虛擬機和虛擬桌面技術的應用可以讓用戶通過網絡直接訪問桌面并借助各種軟件來操縱遠程服務器。高等院校的計算機實驗室可以借助這種技術來降低運行成本、提高集中管理度以及改善學生的使用體驗，學生在這種架構模式下可以不受時間和地點的限制，從而非常方便地訪問遠程服務器。在具體實現過程中可以采用瘦客戶端方案或者X86架構下的虛擬桌面方案等。