如何用云桌面管理計算機實驗室？

文/洪艷坤

隨著現代信息技術的發展和智慧實驗室的推進，高校已將信息技術引入到實際的教學過程與環境改善建設中，其技術的創新發展與應用，勢必促進教育現代化和信息化的蓬勃發展。高校計算機實驗室可以說是高校教師人才培養與傳道授業解惑的主陣地，所以管理好計算機實驗室是促進高質量教育的關鍵。云桌面的出現，有利于提高教師教育信息技術能力、培養學生計算思維、提高實驗員管理效率和優化實驗教學環境。

問題分析

計算機實驗室是進行實驗教學和人才培養的重要場所，但是目前傳統計算機實驗室依舊存在以下問題。

1.管理分散,維護效率偏低。計算機實驗室的所有設備由實驗室管理人員統一管理，主要工作內容有硬件維護維修、操作系統安裝、基礎與應用軟件更新。但因計算機實驗室分布不集中，計算機物理設備存放分散，加之每間實驗室會因采購設備的時間和要求不同，造成設備型號和配置不盡相同，需要管理者花費較多的時間和精力進行維護，并且有些工作重復勞動，造成維護效率低，不利于工作積極性的調動和高效管理維護。

2.設備、人力成本支出較高。傳統的計算機實驗室一般都有計算機、交換機、中央控制器、功率放大器、音箱等設備，配置一套的費用往往都要幾萬。有些課程對配置設備的要求會比較高，如高性能主板、高速CPU內核、高容量內存、高存儲固態硬盤等硬件設備要求，以滿足專業課程的課堂教學需要。另外，由于物理機的分散管理模式，不免增加工作量，需要更多的實驗室管理人員來提供技術支持與保障維護。

3.缺乏個性化且兼容性差。目前許多高校的計算機實驗室建設無法根據課程的特點和教師的特殊要求進行設計和配置，缺乏個性化。而教師在使用的過程中，會臨時自行訪問互聯網下載課程資源或安裝軟件，造成計算機軟件過多安裝或無法兼容系統等問題，如系統位數的不匹配、軟件版本的不適應，從而影響計算機系統的運行效率，也會降低設備的使用效能。

4.安全性低且工作量大。計算機實驗室除了面向專業課程，還要面向全校師生開放公共必修課和專業選修課，使用人數眾多且涉及面廣。絕大部門均使用U盤拷貝傳播文件或直接訪問互聯網，容易導致電腦感染病毒、破壞硬盤系統文件、降低軟件運行速度，從而影響正常的實驗教學秩序。即使使用殺毒軟件、“保護卡”或還原軟件等也有可能被“攻破”，無法徹底根除病毒帶來的困擾。一旦計算機感染病毒，這無疑會增加實驗室管理人員工作量，進而消耗大量的人力物力。

云桌面

云桌面是基于虛擬桌面的基礎架構，是云計算時代的一種典型應用模式，是一個可以通過終端接入互聯網設備來訪問平臺程序的應用程序。它的原理是采用“瘦客戶端+胖服務器”的形式進行系統架構。其原理類似于Browser/Server架構模式，服務器端根據客戶端請求交付或反饋運算結果；而在客戶端，只需有一臺性能要求不高卻能夠連接網絡的終端硬件設備。用戶通過顯示器操作猶如使用本地電腦一樣，實質是在訪問存儲在云端服務器虛擬化出的云桌面系統及應用軟件程序。云桌面的運用，將在很大程度上解決當前計算機實驗室存在的問題。

技術優勢

1.信息數據安全。所有數據存儲于云平臺，本地不存任何數據，無法對系統參數進行任意篡改。

2.維護維修方便。所有的程序軟件和應用數據都存放在云服務器平臺，系統管理員可進行統一安裝維護、統一殺毒升級、統一備份數據、統一發布“鏡像”任務。

3.滿足個性需求。依據用戶的級別授予不同的權限，實現個性化的桌面設置和點對點服務，如同訪問自己的電腦一樣，提高師生用戶的體驗感。

4.快捷部署辦公。擁有云終端設備，接入顯示器鍵盤鼠標等外部設備，再接入RJ45網線或無線訪問即可實現互聯互通，省去安裝系統程序軟件和拷貝數據等工作。

5.支持擴展升級。云桌面系統后期通過增加新的服務器、擴容磁盤空間、增大內存或提高CPU性能延長設備使用壽命，滿足軟件的升級需求。

6.便捷靈活辦公。不僅可以通過普通計算機設備辦公，還可以通過智能手機、筆記本等隨時隨地連接到云桌面系統辦公。

7.支持復雜網絡。支持跨網段、VPN、跨VLAN、AP等復雜網絡環境，更加靈活高效。

整體架構

利用云桌面的優勢，將云桌面技術應用于計算機實驗室的管理中，有利于計算機實驗室實現快捷化、信息化和智能化管理。云桌面采用中心機房服務器虛擬化、本地終端桌面遠程訪問控制、網絡動態調配等技術構建平臺，采用虛擬機代替物理計算機作為實驗室教學環境，從而解決了傳統的計算機實驗室在建設、維護和管理過程中出現的日常問題。計算機實驗室云桌面平臺的系統架構如圖1所示，可以分為三部分：虛擬桌面資源池、桌面虛擬化系統、終端設備。

圖1 計算機實驗室云桌面的系統架構

虛擬桌面資源池：服務器配置在中心機房，將服務器的CPU、磁盤、內存、I/O等硬件資源集群成動態管理的“資源池”，將一臺服務器虛擬成N臺服務器，提升了服務器的資源利用率，發揮了服務器集群的高可靠性與高穩定性，實現了透明負載均衡處理、故障自動切換備用、存儲容量適時可調、動態智能遷移數據、系統自動重構配準等功能。

桌面虛擬化系統：為桌面終端用戶提供統一身份與認證、統一資源訪問與控制、統一用戶桌面創建與啟動等功能，實現以更低成本、更穩定、更安全地交付、反饋和控制桌面資源，虛擬出N個云桌面操作系統實現人性化的點對點服務。

終端設備：終端是一個嵌入式操作系統的設備，使用服務器配置的資源，通過TCP/IP協議遠程訪問運行在服務器上的虛擬桌面，通過輸入外設在虛擬桌面上操作，向服務器發送操作指令并返回響應，完成終端的作業機制功能。

應用實踐

以廈門某高校為例，目前計算機云桌面實驗室采用“瘦客戶端+胖服務器”部署了2間，擁有高性能服務器3臺，瘦客機130臺。

預設“模板”制作“鏡像”

運用云桌面管理計算機實驗室，通過預設純凈的系統“模板”，快速實現桌面操作系統的批量創建、安裝和修改，下發安裝約2小時完成130臺終端系統部署，從而快捷構建起相同的實驗教學環境；另外也可以根據實際需要，在“模板”的基礎上定制多種場景“鏡像”系統：如面向公共基礎課軟件，制作Windows基礎課程系統；面向專業課程軟件，制作Windows專業課程系統；面向計算機化考試，制作考試課程系統。系統管理員遠程桌面統一操作，在后臺管理服務器上通過虛擬桌面交付控制器推送到對應的計算機實驗室，極大簡化了計算機實驗室繁瑣的配置和安裝操作，提高實驗室管理人員的管理效率。

利舊設備升級擴容

固定資產設備一般使用壽命為5年，而云桌面部署方案的設備使用壽命可達10年，其優越性主要表現在兩方面：一方面，由于終端設備對技術要求不高，具有性能易匹配、兼容性良好等強大異構特性，學校可以利用原有不同型號或要報廢的機器作為瘦終端設備接入使用，無需再購買新設備，提高設備的利舊率；另一方面，將來通過升級服務器硬件配置來提升計算機性能，如增加內存使終端設備的內存從2G變成4G或4G以上，增加磁盤容量擴容終端硬盤空間。這樣不僅能夠延長設備的整體使用壽命，也能夠減少經費的再投入或重復投入，還能夠滿足日后軟件版本更新升級對系統提出的更高要求。

節約電量節能減排

普通電腦功耗一般都在200W以上；而云桌面終端設備所需的功耗低，一般都在20W以下低噪度運行。由此可見，云桌面終端設備比普通電腦省去了90%以上的電力。對于學校計算機實驗室動不動就擁有數百臺計算機來說，批量使用低功耗終端設備來部署實驗室教學環境，必將大大節省電費，也大大減少了噪聲干擾與碳排放，促進碳中和。另外，云桌面擁有強大的虛擬桌面資源池和虛擬服務器技術，能根據終端業務請求，自動調整物理服務器的運行，使其處于休眠或停止狀態，節約了電能，實現了節能減排。

封裝系統雙向備份

傳統計算機實驗室若遭遇操作系統崩潰、計算機中毒等情況，可能會影響教師課堂實驗教學，管理者往往要花費較長時間進行維修，這樣勢必影響正常的教學進程；而學校云桌面終端封裝了安卓系統，保證了設備不易感染病毒。

云桌面系統采用“雙鏡像”備份模式，具有容災技術特性，將系統中所有程序軟件及數據運算存儲于中心機房服務器，而不在云桌面終端設備里保存。當服務器設備故障，即“主鏡像”宕機時，隨即啟用“次鏡像”作為備用服務；當網絡無法訪問時，云桌面服務器一直處于運行工作中，通過更換終端使用授權的相同云賬號登錄，操作界面依然沒有變化，支持斷點續課且不影響正常實驗課堂教學。這種無縫的數據連接保障了教學過程的連續性和正常性；同時學校設置內部專用網絡，以保障內部網絡實驗教學環境的穩定性和可靠性。

構建以師生為中心的云桌面管理模式，能夠適應高校實驗教學環境的需求，有利于教師養成使用桌面的良好習慣，提高師生用戶體驗感和教師教育技術能力水平；有利于計算機實驗室管理者進行計算機實驗室管理與計算機設備維護，提高工作效率；同時也進一步推動了信息化實驗教學管理。