覃玉筆?滕廣祿

摘要：高校計算機實驗室PC終端數(shù)量多，不同實驗室需要承載的實訓(xùn)考核功能不同，在這種情況下，PC終端的軟硬件配置以及整體系統(tǒng)架構(gòu)有較大差異，因此計算機實驗室管理運維工作難度較大。云桌面技術(shù)屬于虛擬化技術(shù)范疇，在該技術(shù)下，硬件實力強大、數(shù)據(jù)集成度更高的服務(wù)器可以將自身資源分配給多個PC終端使用，這種模式下不同PC集群不必為了不同的目標功能而進行軟硬件調(diào)整，不論是運維成本還是管理效率都大幅提升，而且在服務(wù)器統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳遞的基礎(chǔ)上，其數(shù)據(jù)安全性也更有保障。云桌面是當前高校計算機實驗室發(fā)展建設(shè)的重要方向，相關(guān)技術(shù)應(yīng)用自然也成為此方向的研究重點。將以云桌面技術(shù)概念為入手點，分析云桌面技術(shù)應(yīng)用于高校計算機實驗室的優(yōu)勢以及傳統(tǒng)高校計算機實驗室存在的問題，并重點研究云桌面技術(shù)在此方向上的應(yīng)用策略。

關(guān)鍵詞：計算機實驗室；云桌面技術(shù)；技術(shù)優(yōu)勢

一、前言

現(xiàn)代教育發(fā)展過程中，高等院校教育硬件發(fā)展受到廣泛重視，而從教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容方面看，不論是計算機相關(guān)專業(yè)還是非計算機相關(guān)專業(yè)學(xué)生都對計算機實驗室有著較高的使用需求。在高校建設(shè)發(fā)展過程中，計算機實驗室建設(shè)管理支出占比相對較大，在更高的授課和學(xué)習(xí)需求下，計算機實驗室硬件升級運維周期相對較短，這是各高校在相關(guān)方向建設(shè)發(fā)展中必須考慮的問題。此外，從需求角度看，相當一部分需要應(yīng)用到計算機的教學(xué)科目對計算機軟硬件要求相對較高，而且在共同學(xué)習(xí)、統(tǒng)一考核的應(yīng)用形式下，計算機實驗室還必須具備較強的信息共享能力。傳統(tǒng)計算機實驗室各PC端獨立性相對較強，教學(xué)工作完全依托PC端自身的軟硬件。在這種情況下，計算機實驗室運維成本相對較高，而且功能實現(xiàn)度有限。云桌面技術(shù)能夠深挖云端服務(wù)器資源，在遠程共享的基礎(chǔ)上實現(xiàn)外部資源在PC端上的合理分配，這也是解決高校計算機實驗室建設(shè)問題的關(guān)鍵技術(shù)。

二、云技術(shù)及云桌面技術(shù)概念分析

云桌面技術(shù)屬于云技術(shù)范疇，云技術(shù)是一種基于遠程硬件共享實現(xiàn)本地設(shè)備更高軟硬件性能的技術(shù)。以往人們在使用計算機設(shè)備時，需要根據(jù)自身使用需求選擇硬件性能達標的計算機設(shè)備，隨著使用需求的提升，計算機設(shè)備的硬件也面臨升級換代需求，使用者的使用成本提升，使用便捷性也受到一定影響。云技術(shù)下，人們將擁有強悍硬件性能的服務(wù)器作為公共設(shè)施，所有人都可以通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在付費租賃的基礎(chǔ)上在本地設(shè)備上享受服務(wù)器硬件資源[1]。以人們比較熟悉的百度網(wǎng)盤為例，其主要為客戶提供云端儲存空間，相較于購買同等容量的移動硬盤，使用百度網(wǎng)盤性價比更高，其服務(wù)器租賃費用相對較低，開通會員后，可以以每年不足200元的費用享受5T超大云盤空間，而購買同等容量的移動硬盤不僅花費更高，且無法享受云盤基于硬件優(yōu)勢而帶來的寫入和讀取速率優(yōu)勢。

云技術(shù)的核心理念是通過共享服務(wù)器資源來降低本地設(shè)備的硬件負擔，隨著技術(shù)的發(fā)展，云端服務(wù)器不僅可以為本地設(shè)備分配相應(yīng)的硬件資源，也可以在軟件層面實現(xiàn)操作系統(tǒng)等方向的技術(shù)支持，云桌面技術(shù)是在云技術(shù)云計算技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種云端虛擬化技術(shù)，根據(jù)不同的技術(shù)架構(gòu)，云桌面技術(shù)主要分為虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu)（VDI）、虛擬操作系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)（VOI）、智能桌面虛擬化技術(shù)（IDV）三類，其中應(yīng)用比較廣泛的是VDI和VOI，此類架構(gòu)的終端通常是瘦客戶端[2]。通常遠程終端與云計算平臺之間通過互聯(lián)網(wǎng)之間進行數(shù)據(jù)交互，而云計算平臺與計算機實驗室各PC端之間也通過互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交互。云計算平臺通過服務(wù)器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化、存儲虛擬化和計算虛擬化，同時，相應(yīng)的操作系統(tǒng)和桌面系統(tǒng)也都儲存于服務(wù)器之中[3]。云桌面通過桌面虛擬化技術(shù)，將服務(wù)器資源合理分配給多個用戶使用，不僅降低了本地設(shè)備的硬件負載同時也提升了數(shù)據(jù)的集中度和開放程度，更利于多臺機器的數(shù)據(jù)共享，此特點正與高校計算機實驗室建設(shè)發(fā)展需求相符。

三、云桌面技術(shù)應(yīng)用于高校計算機實驗室的優(yōu)勢

（一）運維成本低

相較于傳統(tǒng)計算機實驗室架構(gòu)，云桌面技術(shù)顯著降低了運維成本，這體現(xiàn)于硬件升級成本、能耗成本以及管理成本三個方面。首先，應(yīng)用云桌面技術(shù)充分發(fā)掘了遠程云端服務(wù)器的硬件優(yōu)勢價值，在本地PC端設(shè)備硬件參數(shù)相對有限的情況下，就可以實現(xiàn)一些高硬件性能需求的教學(xué)/考核功能，相較于直接購買硬件升級本地設(shè)備，租賃云端服務(wù)器的成本明顯更低。而從能耗成本角度看，云桌面技術(shù)主要應(yīng)用瘦終端，功耗在15w左右，而傳統(tǒng)主機功耗一般在200w至300w，以200臺規(guī)模的計算機實驗室為例，其需要3臺單位功耗500w左右的服務(wù)器來進行虛擬資源分配，按照當前電價，傳統(tǒng)計算機實驗室年能耗成本約為7.5萬元，而云桌面模式下，瘦終端功耗加服務(wù)器功耗年能耗成本約為1.4萬元，由此可見云桌面架構(gòu)具有明顯的功耗成本優(yōu)勢[4]。而從管理成本上看，云桌面計算機實驗室在后期運維過程中僅需對服務(wù)器及內(nèi)存等少部分硬件設(shè)備進行更新維護，本地主機管理維護需求相對較低，其管理成本也相對較低。

（二）便于集中管理

云桌面技術(shù)下計算機實驗室數(shù)據(jù)存儲非常集中，絕大多數(shù)數(shù)據(jù)信息儲存于云端服務(wù)器之中。教師在進行授課或考核時，只需通過教師端登錄相應(yīng)的云桌面服務(wù)平臺即可通過虛擬桌面來進行數(shù)據(jù)讀取和任務(wù)分配，而且由于數(shù)據(jù)信息不在本地PC端上儲存，因而數(shù)據(jù)集中度更高，教師想要開展某一方面的教學(xué)或考核工作時，可在不同計算機實驗室登錄相同的云桌面平臺進行遠程數(shù)據(jù)讀取，這使得教師無須在各個實驗室之間進行反復(fù)的數(shù)據(jù)拷貝和數(shù)據(jù)輸入，教師只需在一個教師端口上上傳相應(yīng)的教學(xué)或考核軟件，系統(tǒng)即可通過虛擬模板機來進行快速自動化任務(wù)部署，此時所有學(xué)生端計算機都可通過虛擬機克隆的形式獲取同樣的操作系統(tǒng)和軟件信息內(nèi)容，這大大加強了，計算機實驗室的信息集中度，教師的管理工作也更加便捷[5]。

（三）資源開放度高

云桌面技術(shù)以云端服務(wù)器為數(shù)據(jù)核心，服務(wù)器的數(shù)據(jù)體量和數(shù)據(jù)廣度極高，用戶使用相應(yīng)的云桌面平臺，可以充分利用云端服務(wù)器內(nèi)的各類開源數(shù)據(jù)，因此云桌面技術(shù)具有資源開放度高、資源共享更為便捷的優(yōu)勢。高校計算機實驗室教學(xué)內(nèi)容不同，其需要應(yīng)用的教學(xué)資源以及授課時使用的操作系統(tǒng)也不相同，這種情況下，云桌面技術(shù)可以實現(xiàn)遠程資源共享，不僅可以將預(yù)設(shè)的軟件內(nèi)容通過虛擬機克隆至每一臺本地設(shè)備，而且可以從云桌面平臺直接獲取適宜的操作系統(tǒng)和工作場景，提升計算機設(shè)備的可操作性。而從教學(xué)考核角度看，由于云桌面平臺具有資源開放以及資源共享的特點，因此學(xué)生在登錄相關(guān)系統(tǒng)后可以自行同步相應(yīng)的考核內(nèi)容，并根據(jù)自動分配的操作系統(tǒng)和工作場景妥善接受考核測定。

四、傳統(tǒng)高校計算機實驗室存在的問題

（一）硬件問題

傳統(tǒng)高校計算機實驗室各PC端相對獨立，在運行相關(guān)內(nèi)容時，所有PC端的硬件設(shè)備都必須達到相關(guān)運行內(nèi)容的最低配置要求。計算機專業(yè)或設(shè)計專業(yè)學(xué)生，其學(xué)習(xí)的各類軟件技術(shù)對計算機硬件配置要求較高，而且隨著相關(guān)軟件不斷的發(fā)展升級，其對于計算機硬件配置的要求還將進一步增加。在這種情況下，傳統(tǒng)高校計算機實驗室必須根據(jù)教學(xué)需求動態(tài)升級實驗室內(nèi)各臺電腦的硬件設(shè)備。一般來講計算機各硬件設(shè)備平均壽命在8年以上，而較短的硬件更新升級周期極大的提高了計算機實驗室的硬件建設(shè)成本。以3D設(shè)計相關(guān)教學(xué)工作為例，由于在教學(xué)工作中需要進行復(fù)雜的3D建模，因此這一方向的教學(xué)工作對計算機CPU以及GPU的渲染能力要求較高，如根據(jù)最高硬件要求標準，更新既有PC端設(shè)備，不僅需要購買新的CPU和顯卡設(shè)備，還需要連帶更新適配的主板以及電源，這幾乎相當于更換了整個PC主機設(shè)備，硬件成本極高。

（二）管理問題

使用傳統(tǒng)PC主機開展教學(xué)工作時，計算機實驗室整體管理工作極為復(fù)雜，不僅需要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容逐臺調(diào)整硬件配置，耗時時間長，而且操作量大。除硬件設(shè)備更新外，工作人員還需要根據(jù)下一階段教學(xué)工作所用的軟件系統(tǒng)調(diào)整計算機的操作系統(tǒng)和驅(qū)動模塊。很多教學(xué)所用軟件在經(jīng)過升級后提高了對PC端操作系統(tǒng)的最低要求，為滿足教學(xué)需求，工作人員需逐臺進行系統(tǒng)重裝并且在重裝系統(tǒng)后需要更新電腦驅(qū)動以保障教學(xué)軟件的正常運行。在這種情況下，工作人員的工作量相對較大，而且實際教學(xué)應(yīng)用過程中單臺電腦故障發(fā)生率相對較高，整體管理難度也相對較大。最后，教師在傳統(tǒng)計算機實驗室中開展教學(xué)工作時需要通過網(wǎng)絡(luò)同傳來進行大量數(shù)據(jù)信息傳輸工作，這不僅要求所有PC端主機處于同一局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，而且不同軟硬件配置的主機也很難同步完成數(shù)據(jù)接收工作，教師或管理人員在此過程中需要進行大量的調(diào)整操作。

五、高校計算機實驗室云桌面技術(shù)應(yīng)用策略

（一）保持設(shè)備集中，實現(xiàn)統(tǒng)一管理

首先，對處于不同區(qū)域的計算機實驗室進行MAC地址記錄，逐臺采集終端網(wǎng)卡相應(yīng)信息，記錄所有終端地址并將其交由云桌面平臺云端服務(wù)器進行存儲，在后續(xù)開展教育工作時教師就可根據(jù)教學(xué)需求通過虛擬機以及服務(wù)器記錄的MAC地址來進行服務(wù)器資源的動態(tài)分配。其次，將各類終端軟件進行打包整合，將其置于云端服務(wù)器之中，在軟件系統(tǒng)執(zhí)行過程中，同步調(diào)動本地PC終端的相關(guān)硬件參與軟件系統(tǒng)的解析執(zhí)行，保證云端服務(wù)器與本地設(shè)備共同發(fā)揮自身價值，降低網(wǎng)速以及寬帶頻譜穩(wěn)定性對云桌面系統(tǒng)的影響。另外，在進行系統(tǒng)建設(shè)的過程中注意匯聚層與接入層之間的連接，匯聚層將管理機房中服務(wù)器虛擬化以及云服務(wù)器集群，存儲的相關(guān)信息通過校園網(wǎng)進行信息交換，由接入層交換機完成HUB信息交換并將信息同步至普通本地PC端以及云桌面終端機。在此架構(gòu)中物理資源管理不需要人工干預(yù)，管理機房采取超融合管理平臺來合理劃分虛擬儲存以及虛擬網(wǎng)絡(luò)等，在系統(tǒng)使用過程中操作者接入云桌面平臺即可同步共享虛擬桌面資源。

（二）構(gòu)建系統(tǒng)軟件云，簡化資源應(yīng)用過程

在云平臺技術(shù)下，計算機實驗室需完善構(gòu)建系統(tǒng)軟件云，在提升軟件執(zhí)行效率的同時簡化各類云服務(wù)器終端資源應(yīng)用過程。云端服務(wù)器中整合存儲了大量用于不同方向的教學(xué)資源和教學(xué)軟件，通過系統(tǒng)軟件云，教師可以結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容來通過云平臺構(gòu)建任意數(shù)量的虛擬機，在設(shè)置任務(wù)目標后，進行虛擬機任務(wù)資源自動分配，此時學(xué)生端顯示器即可根據(jù)教師所選，創(chuàng)建能夠運行相應(yīng)教學(xué)軟件的虛擬桌面，而教師在教學(xué)過程中可以通過教師端對虛擬桌面進行控制和調(diào)整，這樣教師就能夠根據(jù)自己的教學(xué)進度，基于虛擬桌面和虛擬機投射的軟件內(nèi)容進行教學(xué)演示以及學(xué)生自我練習(xí)任務(wù)的分配。VOI架構(gòu)的云桌面平臺具備單一服務(wù)器多重虛擬桌面的功能，不僅所有虛擬桌面統(tǒng)一受控于教師端，而且在權(quán)限下放后，每一個虛擬桌面也具備獨立的操作運行能力。教師在教學(xué)過程中可通過管理中心實時查看終端列表，不僅可以了解每一個MAC地址的當前狀態(tài)，而且也可以了解所有虛擬機的鏡像狀態(tài)，這在簡化資源應(yīng)用過程的基礎(chǔ)上提升了教師對所有學(xué)生的教學(xué)控制能力。

（三）依托模板和桌面池，強化整體管理質(zhì)量

云桌面平臺普遍采用三層桌面管理模型，包括模板、桌面池以及桌面虛擬機。使用者根據(jù)實際使用需求裝好相應(yīng)的應(yīng)用軟件和操作系統(tǒng)，而這個虛擬機就將作為后續(xù)系統(tǒng)構(gòu)建其余虛擬機的標準模板，而作為模板的原始虛擬機又不同于其他虛擬機，其在后續(xù)調(diào)取使用過程中將視作標準化文件，而不是一般虛擬機。桌面池是以模板為基礎(chǔ)的所有虛擬機集合，桌面池能夠通過參數(shù)設(shè)置確定所有虛擬機的虛擬硬件參數(shù)，以某大學(xué)計算機實驗室為例，三好計算機實驗室其桌面池命名為“電教室—3”，該教室用于計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)且本地終端數(shù)量為45臺，因此桌面池將具體參數(shù)定義如下：使用專用桌面、虛擬機最大數(shù)量為45、單個虛擬桌面16顆vCPU、8G內(nèi)存、虛擬機存儲于D盤。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中直接使用桌面虛擬機，由教師進行統(tǒng)一控制，適時下放自行操作權(quán)限，學(xué)生借助于桌面虛擬機同步的軟件操作系統(tǒng)和軟件功能學(xué)習(xí)和練習(xí)相關(guān)課堂知識。

六、結(jié)語

計算機實驗室在高校教學(xué)工作中占據(jù)重要地位，而云桌面技術(shù)符合高校計算機實驗室建設(shè)需求，其不僅能夠解決傳統(tǒng)模式下軟硬件配置限制，同時也能進一步強化計算機實驗室整體管理水平。應(yīng)用云桌面技術(shù)可讓高校師生在現(xiàn)有設(shè)備條件下開展各種不同形式的教學(xué)和學(xué)習(xí)工作，有助于實現(xiàn)相應(yīng)的教學(xué)目標。

參考文獻

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基金項目：1.2021年度廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項目“云計算技術(shù)在高校計算機實驗室建設(shè)中的應(yīng)用研究”（編號：2021KY0908）；2.5G切片技術(shù)在超高清視頻的應(yīng)用研究（編號：2021KY0905）

作者單位：廣西職業(yè)師范學(xué)院