趙新偉 周晗

摘要：隨著高校計算機實驗室承擔的任務量越來越多，高校計算機實驗室在人才培養(yǎng)中發(fā)揮的作用越來越重要，如何提高實驗室的管理保障水平，使得實驗室能夠安全穩(wěn)定運行，更好地支撐實驗教學的開展，是實驗室管理人員面臨的問題。針對這個問題，通過技術手段改進實驗室的管理保障模式，采用基于VDI（virtual Desktop Infrastructure，虛擬桌面基礎架構）的云桌面部署實驗平臺，以華為云桌面部署方案為例，探討了計算機實驗室的管理保障手段，對高校計機實驗室的建設和管理具有一定的參考意義。

關鍵詞：云桌面；計算機實驗室；虛擬桌面基礎架構；模板；管理保障模式

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）08-0128-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

0 引言

當前，各級各類學校都建有計算機實驗室，用于保障計算機實驗課程的開展，不同學校的計算機實驗室購買的設備和采用的實驗平臺不同，保障模式也不相同，隨著云計算技術的發(fā)展，采用桌面云的形式建設計算機實驗室已經成為趨勢。

文獻[1]分析了高校計算機實驗室建設和管理的現狀，論述了云桌面技術在其運用中的顯著優(yōu)勢，文獻[2]提出了利用云計算技術，在計算機實訓室中建立基礎層、服務與管理層、用戶層等云桌面層級，為不同師生用戶提供多樣化的云桌面軟件操作服務，提升實訓室的運維與管理效率，文獻[3]探討了云桌面在計算機機房管理中的作用，分析了云桌面整合計算機機房資源、統(tǒng)籌的管理及優(yōu)勢，并且研究了云桌面在機房管理中的具體實施路徑。文獻[4]探討云桌面技術在高校計算機實驗室管理中的實用性并提出幾點云桌面技術的應用對策，文獻[5]闡述了云桌面實驗平臺的架構及其應用于計算機實驗室的優(yōu)劣勢，并從完善實驗室管理職能、滿足個性化教學需求、整合多平臺教學資源等方面，分析了云桌面技術對計算機實驗教學的影響。文獻[6]分析了基于云桌面的高校計算機機房管理思路與管理實踐，為高校機房管理工作提供了參考，文獻[7]通過實驗總結，對基于Vmware技術虛擬云桌面實驗室管理中遇到的問題進行歸納分析，提出了有效的解決方案，文獻[8]提出一種基于VDI云桌面架構的高校計算機機房建設方案，探究了云桌面機房的管理模式，包括模板管理、桌面管理、教室管理等，提升了機房的建設與維護效率，文獻[9]針對老舊設備無法滿足需求，常見問題頻頻出現，通過搭建VDI架構的云桌面對實訓室進行管理，提高了實驗室的管理維護效率，文獻[10]介紹了基于云桌面技術的計算機實驗室的諸多優(yōu)點，介紹了Horizon云桌面產品的基礎環(huán)境架構及云桌面的具體設計結構。

1 基于云桌面計算機實驗室原理和架構

桌面云技術通過把計算資源虛擬化、存儲資源虛擬化和網絡資源虛擬化，構建了一個資源池，可以根據不同的應用從資源池中分配相應的資源，相比于傳統(tǒng)的計算機實驗室部署方式，資源的分配和使用更加靈活，在性能不變的前提下，能夠保障更多的任務。

圖1為云桌面架構圖，在最底層是硬件資源層，硬件資源包括計算資源、存儲資源和網絡資源，第二層是虛擬化資源層，通過虛擬化技術，將底層的計算資源、存儲資源和網絡資源虛擬化形成虛擬資源池，第三層是虛擬化層，在這一層通過虛擬資源管理系統(tǒng)創(chuàng)建虛擬機群，根據應用需求為虛擬機分配虛擬資源池中的資源，可以把不同的虛擬機劃分到對應的虛擬機組中，第四層是云桌面管理層，虛擬機創(chuàng)建完以后，通過云桌面管理平臺，為不同的虛擬機分配用戶，形成用戶組，此外云桌面管理平臺還對用戶組中的云桌面進行管理和監(jiān)控，不同的云桌面在運行時是相互獨立的，某個云桌面出現故障不影響其他云桌面的運行，第五層是終端用戶和管理層，云桌面在服務器上運行，通過特定的傳輸協(xié)議和云終端進行交互，用戶和云桌面管理員通過終端設備使用和管理云桌面，用戶使用云桌面可以獲得和使用物理主機系統(tǒng)相同的體驗。

基于云桌面的計算機實驗室，由于計算資源、存儲資源和網絡資源均在服務器端，學生使用的云終端僅僅是和服務器進行數據交互，虛擬系統(tǒng)和數據均不在終端運行和存放，因此云終端可以是一個功能結構相對簡單的小盒子，在使用過程中功耗低，故障率低，不需要較多維護，運行穩(wěn)定，能夠更好地保障實驗教學開展。

傳統(tǒng)的通過部署若干臺物理主機組成計算機實驗室的形式，需要安裝軟件和處理物理主機故障時，管理和維護工作量大，如果有多個物理主機出現故障，還需要逐臺檢修，這種情況經常出現，這就需要實驗室管理維護人員經常檢修設備，排查故障，費時費力，不利于更好地保障實驗教學，維護效率低，而采用云桌面的部署形式后，云終端故障率低，所有的管理維護集中在服務器端，軟件安裝以及云桌面的創(chuàng)建、維護和注銷均可以在一臺管理終端上進行，提高了管理維護的效率。

基于云桌面的計算機實驗室性能升級時更加方便，隨著信息技術的發(fā)展，新的計算機實驗課程和新的應用出現，需要實驗室能有更高的計算性能和存儲能力，傳統(tǒng)計算機實驗室一旦建設完成，性能升級困難，需要采取淘汰舊設備，重新購置新設備和建設實驗室的形式，而采用云桌面的計算機實驗室，可以通過在服務器端對原有的資源進行擴容實現，不需要丟掉原有設備從零開始建設，成本更低。

2 云桌面的主流架構及提供商

目前主流的云桌面架構有VDI（Virtual Desktop Infrastructure，虛擬桌面基礎架構）、IDV（Intelligent Desktop Virtualization，智能桌面虛擬化）和VOI（Virtual operating-system Infrastructure，虛擬操作系統(tǒng)基礎架構），在VDI架構中，所有的資源均部署在服務器端，前端僅是一個需要和后端交互的設備，云桌面和數據全部位于服務器上，便于集中管理，缺點是對服務器和網絡性能要求較高，使用過程中，用戶使用的云終端需要和服務器實時交互，一旦網絡出現故障，云桌面出現卡頓，無法使用。IDV結構會將全部或者部分的計算、存儲功能放在終端完成，使用中，虛擬機在本地終端運行，終端不需要和服務器實時交互，在服務器端通過鏡像的方式保存有虛擬機副本，缺點是對終端有性能和標準要求，不同規(guī)格和標準的終端不能同時使用。VOI架構采取的是集中存儲、分布計算的模式，虛擬機是在終端運行，沒有虛擬化層，只在虛擬機開始運行和結束時才需要和服務器有數據傳輸，該模式支持離線運行、支持桌面系統(tǒng)集中安全管理。

目前國內云桌面提供商有很多，聯想、深信服、華為、阿里、銳捷等都有云桌面產品，VDI架構因系統(tǒng)和數據能夠實現集中統(tǒng)一管理，數據安全性高，終端接入類型豐富，能夠實現隨時隨地接入云桌面，被認為是主流的云桌面架構，VDI架構云桌面對服務器和網絡性能要求較高，因此在選擇云桌面廠商時，可以選擇類似于華為這種規(guī)模大、實力強，服務器和網絡設備有自主核心技術的廠商，下面以基于華為云桌面的計算機實驗室為例，探討如何更好地做好實驗室的管理保障工作。

3 基于華為云桌面計算機實驗的管理和維護

華為云桌面計算機實驗室的建設包括數據中心和實驗終端部署兩部分，數據中心包含機柜、華為服務器、交換機、精密空調等硬件設備，還包含運行服務上的虛擬化平臺及管理軟件，服務器等硬件設備搭建完畢后，需要安裝相關的軟件，如云操作系統(tǒng)和一些關鍵的組件，進行相應的設置，然后根據實驗室的需求，創(chuàng)建應用的基礎架構，在AD上創(chuàng)建用戶數據，在FusionCompute上生成模板，創(chuàng)建虛擬機，在FusionAccess上把虛擬機和用戶賬戶關聯起來，用戶在云終端通過客戶端軟件，使用賬戶登錄云桌面，在FusionCube Center上可以監(jiān)控服務器的運行狀態(tài)，查看報警信息，在FusionAccess上可以管理所有的云桌面，查看云桌面的運行情況，具體管理和維護包含以下幾點。

3.1 模板制作

模板是虛擬機中去除個性化設置、網絡設置等操作后形成的文件，平臺提供了多種制作模板的方法，可以通過FusionCompute軟件使用系統(tǒng)內已有的虛擬機制作模板，還可以利用已有的模板克隆一個模板，或者導入一個本地模板，在華為Fusionaccess平臺中，模板有不同類型，常用的有鏈接克隆模板和完全復制模板，分別對應制作鏈接克隆虛擬機和完全復制虛擬機。

3.2 創(chuàng)建虛擬機

可以利用模板批量創(chuàng)建虛擬機，也可以為某個用戶單獨創(chuàng)建一個虛擬機，虛擬機是創(chuàng)建云桌面的基礎，通過FusionCompute創(chuàng)建新的虛擬機，安裝OS和桌面代理及監(jiān)控軟件，也可以利用已有模板通過快速發(fā)放的形式創(chuàng)建虛擬機，還可以通過虛擬機克隆的形式創(chuàng)建虛擬機，虛擬機從虛擬化資源池中按照要求分配計算資源、存儲資源和網絡資源，所有虛擬機都是在服務器端獨立運行，互不影響，虛擬機使用完畢后可以注銷，原來占用的資源釋放到虛擬資源池中后可以重新利用，通過華為云管理平臺，可以對虛擬機進行管理，比如開關機，可以對虛擬機創(chuàng)建快照。

3.3 創(chuàng)建鏈接克隆桌面

根據應用的不同創(chuàng)建不同類型的桌面，當需要快速創(chuàng)建一個易于維護的桌面，并且需要節(jié)省資源時，可以選擇創(chuàng)建鏈接克隆桌面，創(chuàng)建的多個鏈接克隆桌面對應的虛擬機共用一個系統(tǒng)盤，用戶對系統(tǒng)盤數據的修改會保存在一個差分盤中，每一個鏈接克隆桌面都對應一個差分盤，通過映射的形式和系統(tǒng)盤進行組合，當用戶關機或者重啟虛擬機時，可以選擇保留差分盤中的數據，也可以選擇不再保留差分盤中的數據，不保留差分盤數據的情形適合于學校公共計算機實驗室，對于公共計算機實驗室，由于使用頻繁，使用對象不固定，為使實驗系統(tǒng)穩(wěn)定運行，需要定期對系統(tǒng)進行還原，這種情況下適合創(chuàng)建鏈接克隆桌面并且設置定期還原，而對于日常辦公，性能要求不太高，使用對象固定的情形，適合創(chuàng)建鏈接克隆桌面并且設置不還原。

3.4 創(chuàng)建完整復制桌面

完整復制桌面是根據模板創(chuàng)建的一個完整獨立的虛擬機，利用虛擬機為用戶發(fā)放的云桌面，和鏈接克隆桌面不同，每一個虛擬機都是獨立的，相互之間互不影響，用戶對虛擬機系統(tǒng)的修改和添加的數據都會保留在虛擬機中，不能進行還原，因創(chuàng)建完整復制桌面是給每一個虛擬機分配獨立的系統(tǒng)存儲資源和計算資源，因此性能較高，缺點是占用資源多，發(fā)放速度慢。

3.5 靈活調整端口映射策略

對于有保密需求的計算機實驗室，為防止非法用戶通過瘦客戶機USB口傳輸數據，可以設置端口禁用策略，華為云桌面管理系統(tǒng)提供了豐富的外設接口管理策略，通過設置策略的形式阻斷云桌面虛擬USB端口到瘦客戶機物理USB口的映射，設置后，非法用戶通過瘦客戶機USB端口連接外設將不會被識別，不能進行數據傳輸，此外還可以設置其他諸如打印機等端口策略，圖2為設置端口重定向窗口。

3.6 設置定時開啟、關閉和還原云桌面

對于計算機實驗室，有任務時通常所有用戶同時開啟云桌面，此時對服務器壓力較大，特別是云桌面數量較多時，云桌面開啟時間會比較長，影響用戶的使用體驗，任務結束后，云桌面需要及時關閉以減輕服務器的運行壓力，對于公共計算機實驗室，由于使用頻繁，任務多，使用對象不特定，為減少用戶對云桌面設置密碼、個性化操作后其他用戶不能使用的問題，同時為了更好地管理云桌面，華為云桌面管理系統(tǒng)可以設置定時開啟和關閉云桌面，定時還原云桌面等策略，可以在每天實驗室的保障任務開始前提前開啟云桌面，結束后統(tǒng)一關閉云桌面，還可以設置每隔一定的時間對云桌面進行還原，使云桌面恢復到初始狀態(tài)，圖3為通過云平臺設置定時開啟和關閉云桌面。

3.7 設置賬號和MAC地址綁定

云桌面在使用時，需要登錄域賬號，在計算機實驗室中，一個域賬號可以在不同的云終端登錄，某個用戶在云終端用一個域賬號登錄了云桌面后，其他用戶能在其它云終端用相同的域賬號登錄云桌面，造成相互擠占同一個云桌面的情況。為此，需要把域賬號和云終端進行綁定，一個域賬號只能在一個云終端進行登錄，在其他位置不能登錄，另外，為更好地管理實驗室中的網絡，避免非法用戶利用連接云終端的網絡連接其它上網設備，通常在交換機上設置云終端的MAC地址和對應的網絡IP進行綁定，綁定后，用戶通過某個IP連接網絡只能通過特定的云終端進行，非法用戶企圖用攜帶的其他上網設備設置同樣的IP并接入實驗室內的網絡，將不會被識別。

3.8 基礎架構數據備份

云桌面服務器通常是24小時不間斷運行，受意外停電、非法操作、硬件故障等影響，有可能造成服務器基礎架構的數據丟失，服務器不能正常運行，這種情況對云桌面計算機實驗室的影響較大，服務器出現故障后，業(yè)務虛擬機的運行也會受到影響，基礎架構數據丟失后，需要通過廠家售后人員進行服務器基礎架構數據配置，費時費力，為避免此問題，可設置備份服務器和備份策略，把云桌面服務器基礎架構的數據定期備份到備份服務器中，一旦服務器出現故障造成數據丟失，通過備份服務器對基礎數據進行恢復。

4 結論

基于云桌面的計算機實驗室相比于傳統(tǒng)的通過部署若干臺物理主機的形式建設的實驗室存在諸多優(yōu)點，可以根據不同的應用靈活調整資源、管理維護方便、不受時間空間的限制隨時隨地接入云桌面、后續(xù)性能升級方便，在建設基于云桌面的計算機實驗室時，選擇類似華為這種具有一定技術實力、服務器和網絡設備有較好性能的廠家，是一種比較適合的方案。

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【通聯編輯：王 力】