基于云桌面技術(shù)高校機(jī)房建設(shè)方案

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 賀安坤 周筑南 王婷婷

文章分析了目前高校機(jī)房管理中存在的問題，介紹了云桌面技術(shù)的優(yōu)勢，提出了一種基于云桌面技術(shù)的機(jī)房建設(shè)方案。該方案能夠顯著提高計算機(jī)機(jī)房的信息化水平，能夠更好的為計算機(jī)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)訓(xùn)、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等服務(wù)。在實(shí)際應(yīng)用中效果良好。

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，高校各專業(yè)培養(yǎng)方案里都設(shè)有計算機(jī)公共課，除計算機(jī)類專業(yè)外還有很多其他專業(yè)增加了計算機(jī)類課程。因此計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室已成為了學(xué)校實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐及實(shí)訓(xùn)的重要場所，也是大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的重要場所。為了滿足日益增多的計算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，機(jī)房的建設(shè)規(guī)模也越來越大，軟硬件投入也越來越多。傳統(tǒng)機(jī)房建設(shè)方案成本高，且使用周期短、存在計算機(jī)品牌、型號和性能的差異，從而增加運(yùn)維難度，同時還存在資源分散、利用率低、資源共享困難等問題，顯然已不能滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)訓(xùn)要求。因此研究建設(shè)高效的機(jī)房是非常必要的。隨著云計算技術(shù)的發(fā)展，高校機(jī)房逐漸由傳統(tǒng)的建設(shè)管理模式，轉(zhuǎn)向基于桌面虛擬化技術(shù)的集中云管理輕量化客戶端模式。從而實(shí)現(xiàn)資源充分利用、按需分配資源、隨時隨地獲取資源；在管理方面具有實(shí)施相對容易、管理成本較低、擴(kuò)展性強(qiáng)、運(yùn)行維護(hù)的成本低等優(yōu)勢。因此，云桌面技術(shù)在高校機(jī)房管理中越來越普及，也是將來發(fā)展得必然趨勢。

1 傳統(tǒng)機(jī)房管理存在的問題

傳統(tǒng)的機(jī)房管理過程中主要存在以下幾個問題：

（1）硬件配置參差不齊：由于計算機(jī)采購的數(shù)量和時間不同，導(dǎo)致各機(jī)房之間出現(xiàn)不同機(jī)型，難于集中管理，硬件更新速度慢，機(jī)器逐漸老化，系統(tǒng)的安裝和維護(hù)越來越困難。

（2）機(jī)房運(yùn)維成本高：計算機(jī)硬件的質(zhì)保超過3 年后故障率不斷升高，硬件的維修成本逐漸增加，新版軟件越來越大，新技術(shù)課程和相應(yīng)軟件對計算機(jī)的配置要求越來越高，維護(hù)和管理難度隨之增加。

（3）資源共享困難：各個機(jī)房的計算機(jī)不能很好地實(shí)現(xiàn)資源共享,致使各個機(jī)房的建設(shè)和維護(hù)都基本相同，造成大量人力、物力、財力的浪費(fèi)。

（4)安全性低：機(jī)房的交換機(jī)及網(wǎng)線更新不及時，有的甚至老化，網(wǎng)速慢，系統(tǒng)及軟件更新用時長，學(xué)生使用U 盤頻繁，對系統(tǒng)安全造成很大威脅。數(shù)據(jù)保存在本地計算機(jī)上，這樣很容易造成數(shù)據(jù)信息泄露，數(shù)據(jù)的信息安全性低。

（5）用戶體驗(yàn)差：學(xué)生與教師互動性不強(qiáng)，學(xué)生的疑問不能及時得到老師的答復(fù)，只能在有限實(shí)驗(yàn)課上完成老師布置得的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。老師課堂外無法了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，無法得知學(xué)生對知識掌握情況。

2 云桌面優(yōu)勢

2.1 云桌面介紹

云桌面技術(shù)是云計算的一個重要分支，是一種基于虛擬化技術(shù)的終端操作系統(tǒng)交付與管理方案，能夠針對實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)訓(xùn)的各種場合，量身定做所需要的應(yīng)用模板。終端用戶可以方便的利用遠(yuǎn)程桌面?zhèn)鬏攨f(xié)議、虛擬化磁盤讀取指令、虛擬地址映射等多種技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)模板的本地化呈現(xiàn)。用戶無需考慮本地設(shè)備的硬件配置、軟件的安裝以及數(shù)據(jù)計算和存儲的問題，從而完成客戶端的輕量化實(shí)現(xiàn)。通過這種架構(gòu)徹底忽略用戶終端的軟硬件差別，同時滿足使用者在任何地點(diǎn)、任意時間來使用桌面進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而顛覆了以往以設(shè)備為中心的桌面使用方式，轉(zhuǎn)化為以人為中心的桌面使用方式。

近幾年，在高校信息化建設(shè)中已將云桌面技術(shù)廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)和辦公中，目前云桌面主要有三種主流技術(shù)架構(gòu)：（1）虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu)（Virtual Desktop Infrastructure,VDI），該結(jié)構(gòu)為智能分布式計算帶來出色的響應(yīng)能力和定制化的用戶體驗(yàn)，并通過基于服務(wù)器的模式提供管理和安全優(yōu)勢，但VDI 需要流暢、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接，尤其是大部分資源依賴服務(wù)器端，客戶端是輕量級的。（2）虛擬操作系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)（Virtual OS Infrastructure,VOI）技術(shù)最顯著的特點(diǎn)是不全部依賴后端服務(wù)器資源，而是可以充分利舊用戶終終端計算機(jī)資源，以處理計算及圖形應(yīng)用，同時對網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器的依賴性大大降低，即使遇到網(wǎng)絡(luò)中斷或硬件故障時終端也可以繼續(xù)使用。（3）智能桌面虛擬化架構(gòu)（Intelligent Desktop Virtualization，IDV）最早是由英特爾提出，IDV 的數(shù)據(jù)存儲集中在服務(wù)器，鏡像存儲在本地，減少了服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，因此離線是可用的，但是安全性會略低于VDI，由于IDV 的終端配置高，計算分布在終端，整體性能優(yōu)于VDI，但終端成本大大增加。

2.2 云桌面優(yōu)勢

云桌面方案的優(yōu)勢就是可以根據(jù)個性化需要，提供相應(yīng)的教學(xué)環(huán)境。老師與學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)平臺登錄云桌面，并針對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和教學(xué)方式等選取最適宜的桌面場景，以便更好的推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施。同時，通過云桌面還可以進(jìn)行遠(yuǎn)程教學(xué)的開展，教師在任何時間、不同地點(diǎn)均能輕松登錄云桌面?？梢噪S時把預(yù)先設(shè)計好的教學(xué)課件以及相關(guān)資料上傳到云端平臺，以實(shí)現(xiàn)教師對教學(xué)課件內(nèi)容的講解。云桌面技術(shù)還能改善資源共享、降低維護(hù)成本、增加安全性、實(shí)現(xiàn)節(jié)能和減排。具體優(yōu)勢如表1 所示。

表1 云桌面技術(shù)優(yōu)勢Tab.1 Advantages of cloud desktop technology

3 云桌面建設(shè)方案

云桌面技術(shù)的架構(gòu)選用就高校來說，計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室擔(dān)負(fù)著不同的實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)訓(xùn)、學(xué)生創(chuàng)新和考試等任務(wù)，根據(jù)學(xué)校不同的要求，不同的應(yīng)用場景應(yīng)采用不同的云桌面解決方案，以實(shí)現(xiàn)投資最合理、資源使用最充分以及運(yùn)行維護(hù)最簡單。VDI 架構(gòu)方案對服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)的要求較高，但是后期升級運(yùn)維及升級管理方便，非常適合公共機(jī)房建設(shè)，文章討論了一種基于VDI 技術(shù)的機(jī)房建設(shè)方案。在實(shí)際運(yùn)行使用中，效果良好。

3.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

VDI 云桌面架構(gòu)是深度融合桌面虛擬化和服務(wù)器虛擬化技術(shù)，將計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)資源集中到后臺數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度管理，將資源的利用率最大化，通過云終端即可快速實(shí)現(xiàn)云桌面一站式交付解決方案。通過使用服務(wù)器虛擬化和桌面虛擬化技術(shù)來生成多個虛擬機(jī)，客戶端設(shè)備可以像訪問本地安裝的桌面一樣訪問桌面。VDI將計算資源部署在服務(wù)器上，進(jìn)行集中管理。整體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)Fig.1 Overall system architecture

3.2 系統(tǒng)主要功能模塊

3.2.1 服務(wù)器虛擬化系統(tǒng)

通過將服務(wù)器物理資源抽象為邏輯資源，將一臺服務(wù)器轉(zhuǎn)化為多臺甚至上百臺獨(dú)立的虛擬主機(jī)，打破物理界限，使CPU、內(nèi)存、硬盤、I/O 等硬件成為動態(tài)管理的“資源池”，從而提高資源的利用率，簡化系統(tǒng)管理，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器集成。主要功能如下：

（1）實(shí)現(xiàn)CPU 虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、硬盤虛擬化、顯卡虛擬化；

（2）生成多臺虛擬電腦主機(jī)，虛擬硬件配置可按需求動態(tài)調(diào)整；

（3）虛擬電腦主機(jī)可以在多臺服務(wù)器上遷移；

（4）將多臺物理服務(wù)器變成可統(tǒng)一管理的資源池。

3.2.2 桌面虛擬化系統(tǒng)

桌面虛擬化是指將用戶的終端系統(tǒng)（也稱作桌面）進(jìn)行虛擬化，從而實(shí)現(xiàn)桌面使用的安全性和靈活性。用戶可以通過手機(jī)、筆記本電腦等聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，在機(jī)房以外，任何時候來訪問桌面。在具體機(jī)房建設(shè)中，為了滿足公共課和其他計算機(jī)類課程的需要，設(shè)置公共教學(xué)桌面和個性桌面兩種。

（1）公共教學(xué)桌面：公共教學(xué)桌面是針對計算機(jī)公共課實(shí)驗(yàn)教學(xué)定制的場景桌面，針對于公共機(jī)房、實(shí)訓(xùn)機(jī)房、語音機(jī)房等公共桌面資源場景，實(shí)現(xiàn)桌面與終端的一一綁定，用戶在使用過程中無需通過身份驗(yàn)證即能訪問場景開放的資源，提升公共桌面資源場景用戶體驗(yàn)。

（2）個性桌面：個性桌面是針對于具有個性化需求、對資源和數(shù)據(jù)具有一定安全和權(quán)限要求的場景，實(shí)現(xiàn)桌面與用戶的一一綁定，用戶在使用過程中需要通過身份驗(yàn)證才能夠訪問的個人資源，同時個人資源無法被其他用戶訪問，確保環(huán)境的個性化和數(shù)據(jù)安全需求。

3.3 桌面管理平臺

桌面管理平臺包括云桌面管理模式、鏡像管理、多系統(tǒng)發(fā)布、桌面級管理、智能排課、權(quán)限管理等，具體如下：

（1）云桌面管理模式：支持終端掛載多個操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的還原與不還原切換。終端設(shè)備可以設(shè)置為模板，添加的終端可自動同步模板參數(shù)。同時對終端設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)計和管理，包括MAC 地址、IP 地址、系統(tǒng)版本等。

（2）鏡像管理：提供鏡像版本功能，對鏡像可創(chuàng)建不同版本號，不同版本可以安裝不同軟件，管理員可自由指定使用某一版本，支持版本合并。終端可以掛載多個鏡像，用戶能夠自由選擇所需的環(huán)境。

（3）支持多種系統(tǒng)發(fā)布：支持Windows7/10 系統(tǒng)、Windows Sever、Linux 系統(tǒng)等鏡像發(fā)布。具有鏡像修復(fù)功能，系統(tǒng)崩潰后在管理平臺能夠快速還原或修復(fù)。

（4）桌面級管理：支持批量創(chuàng)建、修改、刪除云桌面群，支持已創(chuàng)建的云桌面與機(jī)房自動關(guān)聯(lián)，無需手動配置；云桌面群支持多種模式，有隨機(jī)還原桌面、靜態(tài)還原桌面、靜態(tài)不還原桌面等。

（5）智能排課：支持智能排課系統(tǒng)，可通過配置使云桌面與課表聯(lián)動，自動切換至所需鏡像，老師上課前無需花大量時間準(zhǔn)備環(huán)境，學(xué)生亦無須等待系統(tǒng)切換或其他環(huán)境準(zhǔn)備操作，更加符合教學(xué)管理要求。

（6）權(quán)限管理：支持分權(quán)管理，管理員能夠自定義管理權(quán)限。管理員可批量創(chuàng)建用戶或?qū)胗脩?，用戶可自動與域用戶同步。分級管理明確，平臺具有很好的管理機(jī)制和穩(wěn)定性。

系統(tǒng)功能模塊還包括預(yù)警系統(tǒng)，用以全面了解云桌面、云服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)傳輸資源的使用情況、性能和運(yùn)行狀況，對萌芽異常進(jìn)行預(yù)警，提前解決避免事故的發(fā)生，并對故障原因進(jìn)行分析，提供初步解決方案。

4 結(jié)語

云桌面技術(shù)對于高校機(jī)房的建設(shè)具有非常高的應(yīng)用價值，能夠充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢，有效避免傳統(tǒng)機(jī)房存在的問題，從而更好地提高資源的使用效率。當(dāng)然，云桌面技術(shù)也有它的缺點(diǎn)，體現(xiàn)在對服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)要求高，如果服務(wù)器資源不足，網(wǎng)絡(luò)帶寬不足、不穩(wěn)定都會直接影響云桌面的使用。

引用

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