傅務謹

摘要： 全球教育行業(yè)的信息化浪潮伴隨著云計算的成熟席卷而來，隨著教育信息化的深入，很多高校已開始應用云計算的虛擬技術來降低教學成本，以提高教育教學資源的利用率。該文在介紹虛擬化技術和云桌面技術的基礎上，對高校計算機實驗中心云桌面系統(tǒng)的總體架構(gòu)進行了分析與部署，提出了一種適用的構(gòu)建方案，并對教育應用場景進行了規(guī)劃與分析。

關鍵詞：云計算；虛擬化云桌面；實驗中心

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）30-0213-02

隨著云計算技術的快速發(fā)展，云計算產(chǎn)品、技術和服務在市場引起了新一輪的產(chǎn)業(yè)變革。虛擬化云桌面應用現(xiàn)已在政府、金融、教育、醫(yī)衛(wèi)等行業(yè)領域占據(jù)了相當份額，優(yōu)秀的國產(chǎn)虛擬化產(chǎn)品在國內(nèi)市場上已具有較大的影響力，在未來幾年，針對教育行業(yè)的桌面產(chǎn)品將是云桌面的爆發(fā)式增長點。虛擬化云桌面使人們獲取軟硬件資源、數(shù)據(jù)應用方式的發(fā)生了改變，越來越多的高校關注到這一技術并利用它帶動現(xiàn)代教育和管理的發(fā)展，為師生提供優(yōu)質(zhì)的資源和訪問體驗。本文以我校為例，闡述了云桌面在高校計算機實驗中心建設中的具體應用。

1 什么是虛擬化云桌面

云計算的典型應用模式可分為3類：IaaS（基礎架構(gòu)即服務）、PaaS（平臺即服務）、SaaS（軟件即服務）。其中，基于遠程桌面視圖交付的SaaS層云桌面技術是將數(shù)據(jù)計算由傳統(tǒng)終端（臺式機等）轉(zhuǎn)移到后端服務器，終端側(cè)僅負責圖形顯示及鼠標鍵盤操作的桌面虛擬化技術。云桌面是云計算的一種應用形態(tài)，它具備云計算的三大特征：對用戶呈現(xiàn)為桌面服務、資源可彈性管理、通過網(wǎng)絡提供，是一種云化的服務。我們只需要一個瘦客戶端設備，或者其他任何可以連接網(wǎng)絡的設備，通過專用程序或者瀏覽器，就可以訪問駐留在服務器端的個人桌面以及各種應用，且用戶體驗和我們使用傳統(tǒng)的個人電腦是等同的。

虛擬化云桌面依賴于服務器虛擬化，在數(shù)據(jù)中心的服務器上進行服務器虛擬化，生成大量的獨立的桌面操作系統(tǒng)（虛擬機或者虛擬桌面），同時根據(jù)專有的虛擬桌面協(xié)議發(fā)送給終端設備。用戶終端通過網(wǎng)絡登錄到虛擬主機上，只需要記住用戶名和密碼及網(wǎng)關信息，即可隨時隨地通過網(wǎng)絡訪問自己的桌面系統(tǒng)。個人桌面環(huán)境所需的計算、存儲資源集中于中央服務器上，以取代客戶端的本地計算、存儲資源；中央服務器的計算、存儲資源同時也是共享的、可伸縮的，使得不同個人桌面環(huán)境資源按需分配、交付，達到提升資源利用率，降低整體擁有成本的目的。

2 高校計算機實驗中心運維中存在的問題

那么在傳統(tǒng)PC機組成的計算機實驗教學中心中引入云桌面的意義何在呢？我們先來分析一下目前高校計算機實驗教學中心（非云桌面）日常運維中存在的問題。高校在投入計算機數(shù)據(jù)中心的建設時，服務器虛擬化幾乎都是必選的方案，但傳統(tǒng)終端在云計算時代開始時顯得單薄無力，終端仍然采用分散管理的PC模式。在大多數(shù)情況下，傳統(tǒng)PC終端模式提供了性價比與功能的最佳組合。但在實際應用過程中也存在諸多弊端：

1） 設備維護成本較高，專業(yè)實驗室限定了使用對象，設備利用率提高途徑受限；

2） 實驗室軟件平臺維護工作量居大，集中管理困難，人力、物力耗費高；

3） 對軟件系統(tǒng)的保護及使用對象的流動性造成了數(shù)據(jù)存儲困難，信息安全存在隱患；

4） 服務器閑置現(xiàn)象嚴重，云資源沒有合理地規(guī)劃利用。

云桌面解決方案能解決上述問題。云桌面將PC桌面環(huán)境通過云計算模式從物理機器分離出來，成為一種可以對外提供的桌面服務。桌面環(huán)境所需的計算、存儲資源集中于中央服務器上，云桌面通過網(wǎng)絡傳送到終端。實驗云桌面和傳統(tǒng)PC機的效能對比如表1所示：

表1 實驗云桌面和傳統(tǒng)PC機的效能對比

[效能對比＼&實驗云桌面＼&傳統(tǒng)PC機＼&功耗＼&非常低，19W＼&高，200W＼&安裝部署＼&1分鐘/臺＼&75分鐘/臺＼&操作系統(tǒng)＼&支持windows、linux等多系統(tǒng)靈活切換＼&部署多操作系統(tǒng)復雜，維護量大。＼&安全性＼&100%免疫病毒和木馬等惡意程序＼&硬軟件故障率高造成維護量較大；易感染病毒，系統(tǒng)維護繁瑣。＼&可管理性＼&非常好，可以對所有的云終端的操作系統(tǒng)、應用和數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，支持遠程協(xié)助維護系統(tǒng)。＼&非常差。經(jīng)常因為誤操作、病毒而癱瘓，應用無法集中管理，只能依靠本校技術人員。＼&可靠性＼&非常好，高度集成化設計，低功耗，硬件損壞的可能性低，使用壽命長。＼&非常差，機械部件多，易損件多，維護工作量非常大，維護成本高。＼&人力成本＼&只需維護服務器，維護量非常小，成本較低。＼&由于PC數(shù)量多、位置分散，品牌型號配置不同，涉及軟硬件問題也各不一致，需要安排專人對硬件、系統(tǒng)進行管理與維護。＼&]

3 基于云桌面的計算機教學中心建設模型

3.1 云桌面系統(tǒng)的整體架構(gòu)

虛擬桌面基礎架構(gòu)VDI（Virtual Desktop Infrastructure）是目前部署云桌面常用的技術。高校計算機教學中心一般承擔全校計算機專業(yè)課程及各專業(yè)計算機輔助軟件應用課程，所需軟件多樣化、實訓環(huán)境復雜。計算機教學中心的用戶群有實驗教學（基礎和專業(yè)）、科研機構(gòu)、行政辦公四部分，既有集中的、又有地點零散的應用場景，因此將整個虛擬化平臺做成集群模式（具有高可用性）是比較恰當?shù)?。該模式采用超融合VDI架構(gòu)，虛擬桌面、虛擬化服務器、虛擬化分布式存儲均整合為一個軟件包內(nèi)置于底層虛擬化平臺hypervisor中，hypervisor直接安裝在硬件計算資源上，不用綁定操作系統(tǒng)便可搭建虛擬化平臺。存儲系統(tǒng)可采用外置光纖FC/IP-SAN或DAS存儲，存儲系統(tǒng)通過交換機和服務器集群連接，服務器集群與核心交換機直連，每個分支機構(gòu)（各專業(yè)實驗室）的PC或者瘦客戶端接入交換機再通過匯聚交換機與核心交換機連接。整體架構(gòu)如圖1所示。endprint

圖1 高校計算機教學中心云桌面系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.2 硬件資源整體配置

服務器采用18臺戴爾（DELL）2U服務器主機R730 ，雙路16核心Intel Xeon E5-2683v4處理器16*16GB DDR4內(nèi)存+3*6T SAS硬盤+480G固態(tài)硬盤，配置4路千兆以太網(wǎng)卡?？紤]到以后不斷增長的個人數(shù)據(jù)存儲需求，資金充裕的情況下還可配置DELL MD3800i iSCSI磁盤陣列（雙控制器+4個10Gb 以太網(wǎng)口 +4T SAS 7.2K *12塊），支持多級緩存機制，能實現(xiàn)高頻率讀寫數(shù)據(jù)。整個計算機中心云桌面系統(tǒng)采用分布式存儲結(jié)構(gòu)，分布在18臺服務器中，每臺服務器實例最高56 VCPU 224G內(nèi)存。云桌面終端一部分采用瘦終端，一部分采用利舊方案可節(jié)省不必要的開支，網(wǎng)絡均為千兆連接。

4 云桌面在計算機教學中心的應用

云桌面系統(tǒng)能在統(tǒng)一的B/S架構(gòu)的單一管理視圖中，用戶通過任意聯(lián)網(wǎng)的PC使用瀏覽器直接訪問主控機的虛擬桌面管理平臺，實現(xiàn)服務器虛擬化IT架構(gòu)以及虛擬桌面的統(tǒng)一管理。目前提供虛擬化軟件產(chǎn)品的廠家較前些年有了更多的選擇，國外如思杰、VMware；國內(nèi)針對高校教育的廠家有銳捷、OS-easy、H3C等，在開源虛擬化平臺的基礎上開發(fā)了第三方軟件比較適合在教育云中的應用。

在部署虛擬化平臺的過程中，首先就要對具體應用場景進行合理規(guī)劃，不同的場景意味著不同的資源需求，它關系到資源配置的合理性與高可用性。以我校為例，含基礎實驗室6個、專業(yè)實驗室9個，專業(yè)實訓室3個，還有部分行政辦公和教師辦公和科研場所若干，共計點數(shù)在960左右。以下是幾個常用的場景。

4.1 實驗教學應用場景

我校教學電腦機房原有18個，其中基礎實驗室6個，點數(shù)都在80左右；專業(yè)實驗室實訓室12個，點數(shù)在40左右?；A實驗室實驗環(huán)境相對單一，可以使用同一云桌面鏡像。專業(yè)實驗室對于不同的專業(yè)可配置多樣化的云桌面，考慮到很多專業(yè)課程使用的都是大型軟件，將哪些軟件優(yōu)化安裝在一個模板鏡像下是非常有必要的。即每個模版可針對不同專業(yè)有一定的偏向性，比如數(shù)學專業(yè)要用到Matlab、Lingo、SPSS、Eviews、R語言等，可以安裝在教學模版1；計算機專業(yè)要用到Java、C++、SQL、.NET、PHP等，同時還有很多購置的專用實驗教學平臺，可以歸類安裝在教學模版2、教學模版3……有時不同專業(yè)類似的課程由于教材不同需要安裝同一款軟件不同的版本，這在以前同一物理機上是很難解決的問題，現(xiàn)使用不同的教學模版來安裝不同版本，實驗時啟用不同的云桌面就可以使問題迎刃而解。

對于電腦設備陳舊的實驗室可以采用瘦終端的方案；對于設備較新的實驗室可采用利舊方案，即同時保留物理機，在網(wǎng)絡故障或?qū)嶒炚n程需要的情況下仍可正常啟動物理機而不選擇云桌面。

4.2 個人辦公桌面場景

行政辦公用電腦和教師日常辦公電腦都屬于個人辦公桌面場景，它屬于部分集中但會多VLAN分布的應用場景。行政辦公電腦很多時候使用不同的業(yè)務系統(tǒng)，會對瀏覽器有各種各樣的不同要求，用戶數(shù)據(jù)需要安全保存；教師辦公電腦軟件專業(yè)化、多樣化，教師還利用電腦備課、記錄學生成績、出試卷等等，異地存儲、數(shù)據(jù)安全都是需要解決的問題；通過統(tǒng)一部署功能，一次性為所有教師安裝常用軟件，教師可在個人桌面的基礎上再安裝個人使用的軟件。在桌面云系統(tǒng)中用戶數(shù)據(jù)存儲在服務器，集中進行安全管控，減少了由于用戶硬盤故障造成的損失，也防止用戶數(shù)據(jù)被非法訪問或盜取涉密信息。

4.3 移動辦公桌面場景

教師下班備課、處理行政事務、開展科研工作、在網(wǎng)上查閱

（下轉(zhuǎn)第219頁）學生通過教學平臺提交的作業(yè)，都可以通過登錄學校內(nèi)部網(wǎng)絡來完成。用戶無論在任何地點、使用任何終端設備（如PC、筆記本、iPad 平板電腦、iPhone 智能手機、Android 系列平板及智能手機等）均可安全高效地接入學校內(nèi)網(wǎng)，訪問學校內(nèi)部應用，很好地滿足了移動辦公及在家辦公的應用需求。

4.4 對外服務考試開放場景

高校計算機實驗室不僅是高校教學實驗、學生自主學習、上機實踐的場所，還是承辦一些校內(nèi)及社會無紙化考試的考場，如計算機課程的期中、期末考試，全國計算機等級考試、全國從業(yè)資格考試等。不同的考試要安裝不同的軟件和客戶端，且有的是B/S架構(gòu)有的是C/S架構(gòu)，考試期間要求客戶端USB口禁用且處于開放狀態(tài)。在云桌面系統(tǒng)下我們只用創(chuàng)建一個與考試對應的模板，完成應用系統(tǒng)的安裝和相關配置，并以該模版為母體，批量克隆出多個完全相同的桌面，從而實現(xiàn)考試環(huán)境的快速大規(guī)模部署。

5 結(jié)束語

云桌面技術明顯地改善了傳統(tǒng)教學環(huán)境，在擴大高校計算機教學、管理的技術研究領域邁出了重要一步，通過桌面虛擬化技術將為高校教學科研帶來更多更美好的發(fā)展前景。云桌面作為云計算應用的一種具體體現(xiàn)，在高校計算機實驗中心建設中可以有效降低機房建設的成本，它安全、便于管理、可擴展性強、節(jié)能環(huán)保，云桌面取代PC 是一種技術潮流和必然趨勢。如何使這一技術與高校計算機實驗教學中心建設高度契合、進而推動智慧校園的建設是未來要研究的方向。

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