常青

[摘? ? 要] 高校的計算機(jī)實驗室皆為面向全校師生服務(wù)，承擔(dān)著多層次多學(xué)科的計算機(jī)課程。除此以外，還承接各項上機(jī)考試和教師的集中網(wǎng)上閱卷等工作。因此計算機(jī)實驗室涉及安裝的應(yīng)用軟件較多，計算機(jī)的利用率極高，降低了機(jī)器的使用壽命。云桌面技術(shù)運用互聯(lián)網(wǎng)的云計算存儲技術(shù)和加密算法，將云平臺和云終端有機(jī)結(jié)合，集中管理，為高校的計算機(jī)實驗教學(xué)及管理提供了更為簡捷，更為安全的服務(wù)，同時也延長了實驗室設(shè)備的生命周期，節(jié)約了成本。

[關(guān)鍵詞] 計算機(jī)實驗室;云桌面;架構(gòu)

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 03. 084

[中圖分類號] G647;TP311? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? A? ? ? [文章編號]? 1673 - 0194（2019）03- 0205- 02

1? ? ? 高校計算機(jī)實驗室現(xiàn)狀簡析

1.1? ?軟件繁冗硬件滯后

高校計算機(jī)實驗室主要用于學(xué)校的計算機(jī)實踐教學(xué)，承擔(dān)著較重的教學(xué)任務(wù)，以及臨時性的機(jī)考任務(wù)。不同課程對軟件運行環(huán)境要求各異，若干實驗室內(nèi)機(jī)器的批次、型號、配置亦不同，這就需要計算機(jī)實驗室管理人員提供不同的鏡像與驅(qū)動，布置不同的軟件環(huán)境，安裝多個操作系統(tǒng)和多版本的同一軟件。眾所周知，計算機(jī)的硬件更新速度快，多數(shù)實驗室的硬件至少五至七年更新一次，硬件資源受限，而新版本軟件占用系統(tǒng)資源較高，實驗室現(xiàn)有硬件設(shè)施不能完全滿足教學(xué)需求。

1.2? ?故障率較高

機(jī)器的高頻使用，個人操作的習(xí)慣不同，導(dǎo)致機(jī)器的破損率增加。對于一般的軟件故障，諸多高校的計算機(jī)實驗室采用“保護(hù)卡”的還原功能來解決。低版本配置的保護(hù)卡應(yīng)用該功能，容易造成機(jī)器藍(lán)屏，同時也造成病毒庫和補丁升級的不及時，系統(tǒng)的安全性較弱。

1.3? ?數(shù)據(jù)共享性較弱

高校的計算機(jī)實驗室內(nèi)一般會安裝多個操作系統(tǒng)，由于授課的內(nèi)容不同，安裝的應(yīng)用軟件也不同，這樣就會在課程結(jié)束后產(chǎn)生大量的教師課件、學(xué)生課堂作業(yè)等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)分布在若干臺計算機(jī)上，只有在原終端才可以訪問該數(shù)據(jù)，各實驗室的IP段不同，數(shù)據(jù)不易傳遞，只能通過移動設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)備份，共享性較弱。

2? ? ? 云桌面技術(shù)

云桌面主要基于云計算的存儲管理模式開發(fā)，采用高加密按需即取的算法，是依托互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行資源利用的新方式。簡單來講，就是可以通過特定的程序，訪問云平臺的服務(wù)器資源（包括個人桌面和各種應(yīng)用軟件）。它的用戶體驗與我們?nèi)粘２僮鱾€人PC無二，只需對物理設(shè)備進(jìn)行虛擬化建模，無須頻繁的設(shè)備升級更新，不僅控制了建設(shè)成本，而且資源利用也不再受限。

云桌面為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供了一個基于瀏覽器的桌面系統(tǒng)，針對不同用戶的需求，方便用戶的個性化上網(wǎng)。同時云桌面還提供各項常用的管理功能，用戶可以按需管理使用經(jīng)常瀏覽的網(wǎng)站，拓展搜索引擎和網(wǎng)絡(luò)收藏夾等個性化上網(wǎng)入口功能。

3? ? ? 云桌面的管理應(yīng)用性能分析

以云桌面技術(shù)作為支撐的計算機(jī)實驗室，可以將所有用戶數(shù)據(jù)存儲于一個數(shù)據(jù)中心，有效地實現(xiàn)數(shù)據(jù)安全隔離。按照不同層次的使用需求，云桌面為用戶提供了更為適用的統(tǒng)一化的桌面及應(yīng)用軟件資源。每個客戶端成為獨立的個體，脫離主機(jī)去工作。其方式類似于虛擬的無盤工作站，利用互聯(lián)網(wǎng)接入，將服務(wù)器與云資源數(shù)據(jù)池相連。用戶可以在客戶端登錄云端，將全部數(shù)據(jù)同步儲存在云端，不僅可以共享實驗教學(xué)的資源，也避免了移動存儲介質(zhì)帶來的復(fù)雜性和不安全性，提高了資源利用率。

云桌面的管理模式，將桌面、數(shù)據(jù)訪問、軟件相結(jié)合，用戶可以通過計算機(jī)、平板電腦、手機(jī)等終端，利用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，隨時隨地地訪問屬于自己的個人桌面系統(tǒng)，完成授課及實驗。應(yīng)用軟件的統(tǒng)一，摒除了傳統(tǒng)計算機(jī)實驗室不僅需要提前做好軟件環(huán)境的準(zhǔn)備工作，還需解決軟件與軟件之間，軟件與硬件之間的兼容性的問題，它可以在任一時間任一地點使用同一桌面環(huán)境來進(jìn)行教學(xué)和實驗。

傳統(tǒng)的計算機(jī)實驗室在后期的使用維護(hù)中需要不斷更新、升級和修復(fù)軟件，安裝配置硬件，這些工作幾乎要在每臺計算機(jī)中運行一次，不僅工作量大，成本也較高。高校的計算機(jī)實驗中心可以在云桌面技術(shù)的支持下，對各實驗室進(jìn)行統(tǒng)一管理，只需管理員在服務(wù)器上進(jìn)行相關(guān)的軟件升級、更新等維護(hù)操作，統(tǒng)一分配各項作業(yè)的執(zhí)行計劃，就可以讓全體用戶體驗到良好的軟件環(huán)境，極大地減少了計算機(jī)維護(hù)帶來的工作量。

將云桌面有效地應(yīng)用到計算機(jī)實驗室，主要實現(xiàn)了集中化管理功能，只需更新一個基礎(chǔ)的鏡像。如果授課內(nèi)容不同，可以根據(jù)課程內(nèi)容配置不同的基礎(chǔ)鏡像，再將不同的學(xué)生用戶分別連接到上述不同的基礎(chǔ)鏡像。如果需要修改其中的內(nèi)容，只要在基礎(chǔ)鏡像中修改，并重新啟動云桌面的客戶端即可看到更新后的內(nèi)容。如果管理員不在計算機(jī)實驗室，在其他場所只需遠(yuǎn)程登錄管理平臺，就可以對云桌面的模板、應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。應(yīng)用云桌面技術(shù)的實驗室在后期維護(hù)中，只需更新可以提升云桌面性能的服務(wù)器和存儲資源介質(zhì)即可。

由于實驗室內(nèi)的終端顯示的是在服務(wù)器上設(shè)置的虛擬桌面，而實際的數(shù)據(jù)都存儲在服務(wù)器上，利用云桌面的還原功能，當(dāng)客戶端設(shè)置為還原模式時，服務(wù)器將客戶端新增數(shù)據(jù)存于一個臨時的區(qū)域。當(dāng)客戶端重新啟動，這一臨時區(qū)域的數(shù)據(jù)也一并刪除，以此實現(xiàn)它的還原功能。

4? ? ? 云桌面架構(gòu)部署

云桌面就是在虛擬化的服務(wù)器上生成若干個獨立的桌面操作系統(tǒng)，再通過專用的云桌面協(xié)議發(fā)送至各個終端。它將實現(xiàn)以下的基礎(chǔ)服務(wù)功能：

（1）用戶管理。分為管理員和普通用戶。管理員負(fù)責(zé)對云桌面的創(chuàng)建、配置、訪問控制，對資源進(jìn)行有效的配置與維護(hù)。普通用戶可以注冊使用云桌面的各項資源。

（2）存儲管理。包含服務(wù)器數(shù)據(jù)池內(nèi)的各項數(shù)據(jù)和終端設(shè)備上傳數(shù)據(jù)的儲存、備份。

（3）軟件管理。所有應(yīng)用軟件的安裝與維護(hù)。

（4）平臺管理。按照用戶使用需求對平臺進(jìn)行管理與維護(hù)。

（5）安全管理。服務(wù)器內(nèi)系統(tǒng)的運行，病毒的防護(hù)，數(shù)據(jù)的備份，賬號的安全管理和維護(hù)。

4.1? ?云桌面架構(gòu)

云桌面主要由終端層、控制層、接入層和調(diào)度層構(gòu)成。

（1）終端層包括客戶端的顯示、聲音輸出、鼠標(biāo)鍵盤的輸入。

（2）控制層主要控制傳遞鼠標(biāo)的點擊，鍵盤的輸入等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)客戶端對后臺的訪問。控制同一時間點流量的分流，以達(dá)到后臺多個服務(wù)器的負(fù)載均衡。

（3）接入層是一個會話的窗口。對各用戶的身份進(jìn)行認(rèn)證，只有認(rèn)證成功方可登錄虛擬云桌面。還可以對用戶進(jìn)行添加、刪除等操作，設(shè)定其角色，不同的角色設(shè)置不同的權(quán)限。該層還配置了云桌面管理系統(tǒng)，用于管理員的管理與維護(hù)。

（4）調(diào)度層是利用云計算技術(shù)，將后臺的多個服務(wù)器虛擬成為若干個獨立的云桌面，并為前臺的云桌面提供計算和存儲服務(wù)。

4.2? ?云桌面的部署

為保證云桌面系統(tǒng)的高可靠性，首先需構(gòu)建完善的服務(wù)器集群，以其中一臺作為主控服務(wù)器。建議采用適用于高密度計算的模塊化基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)器，能在要求極為苛刻的數(shù)據(jù)庫、技術(shù)計算和虛擬化環(huán)境中提供強大的計算動力，處理繁重的工作負(fù)載。建議配置如下：英特爾至強E5-4600 v4處理器，2個英特爾QuickPath互連（QPI）鏈路互連6.4 GT/s;高速緩存每個內(nèi)核2.5 MB;內(nèi)核數(shù)量選項：10;內(nèi)存最高可配3 TB（48個DIMM插槽）： 16 GB DDR4（最高2400 MT/s）。

客戶端是需要個獨立的嵌入式操作系統(tǒng)，為了實現(xiàn)可利用資源的最大化，架構(gòu)中還支持對傳統(tǒng)桌面做出諸如安裝插件等操作的改造，以便于它們有能力運行在服務(wù)器上。建議配置如下：英特爾酷睿i7-7700T 處理器;內(nèi)存8 GB 2 400 MHz DDR4;2.5英寸 256 GB SATA Class 20 固態(tài)硬盤，本地硬盤預(yù)裝WIN7 64位系統(tǒng)，以備網(wǎng)絡(luò)不通暢時教學(xué)使用。

云桌面采用千兆以太網(wǎng)進(jìn)行布線，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有匯聚交換機(jī)、接入交換機(jī)、防火墻。每個實驗室皆通過接入交換機(jī)連接匯聚交換機(jī)，訪問云桌面的服務(wù)器集群。通過設(shè)置服務(wù)器物理機(jī)和虛擬IP來劃分若干個安全子域，再設(shè)置虛擬局域網(wǎng)的訪問控制權(quán)限，使得實驗室可以在教學(xué)的過程中相互獨立，實現(xiàn)了每個虛擬局域網(wǎng)和服務(wù)局域網(wǎng)可以相互訪問，但為了提高安全性，不同的虛擬局域網(wǎng)之間不可相互訪問。

在特定的應(yīng)用場景下，云桌面架構(gòu)提供了應(yīng)用程序，它通過共享服務(wù)的方式來提供桌面和應(yīng)用，同時，它還可以在特定的服務(wù)器上提供更完善的服務(wù)。

云桌面中會涵蓋像用戶信息、訪問信息等大量數(shù)據(jù)資源，為保證教學(xué)資源的安全性，不將上述信息泄露，還需對該信息進(jìn)行行之有效的管理。建議將其數(shù)據(jù)生成二維表格，選擇合適的數(shù)據(jù)源，構(gòu)建一個完整的數(shù)據(jù)庫，為教學(xué)提供便利條件。

5? ? ? 結(jié)? ? 語

基于云計算和虛擬化的云桌面，實現(xiàn)了教學(xué)資源的集中利用，安全節(jié)能，方便了計算機(jī)實驗室管理員對實驗室的維護(hù)與管理，改變了傳統(tǒng)實驗室的現(xiàn)狀，同時也提升了學(xué)校的信息化建設(shè)水平。

主要參考文獻(xiàn)

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