桌面云技术在高校计算机类实验室建设中的应用

邹永康

(重庆文理学院软件工程学院， 重庆　永川　402160)



桌面云技术在高校计算机类实验室建设中的应用

邹永康

(重庆文理学院软件工程学院， 重庆永川402160)

计算机软硬件技术更新换代速度越来越快.各学校计算机实验室拥有大量计算机，每年需要不少实验运行经费进行软硬件升级换代，因此应构建全新的实验室建设方案，降低实验室建设及维护成本，减轻教师工作强度，提高实验教学效果.通过桌面云技术把各种教学资源放到云平台上，师生用多种终端设备通过网络访问云端资源，可有效改善教学的时空环境，解决了传统实验室计算机更新换代快、实验环境扩展性差、维护管理复杂等问题.

桌面云；虚拟化技术；Thinclient

大学计算机类课程实验与课堂教学相辅相成，对学生动手能力要求较高，但不同的课程需要配置不同的实验环境.一般是每个学生单机实验，教师巡视答疑，分别查看学生的实验过程.目前，计算机相关课程实验教学改革的思路包括：根据学生的基础情况实行分层教学；实验实训课程均衡分布，强化学生的综合能力；增加实验课程比例，提升工程化实践能力；学生与教师教学过程双向互动；改革考核方式；满足学生实验方式的个性化要求等[1].

在以往的高校计算机类实验室建设过程中，几乎都是采购计算机的模式，越来越多的学校感觉到使用成套计算机在实验使用过程中会出现大量的问题，如后期维护工作量大、软件硬件升级成本高、系统及数据维护管理困难、管理不集中等，而桌面虚拟化作为虚拟化技术又一个快速兴起的潮流，越来越多的学校开始接受桌面虚拟化技术.该技术通过桌面虚拟化技术在远程服务器上虚拟出若干台虚拟机主机(VM ).用户及管理员可以在该虚拟主机中安装不同的操作系统、应用软件、管理程序等.管理员可以根据用户需求将一台或多台虚拟机分配给一个或多个用户，用户终端不一定需要部署性能较高的PC，而只需要一台安全、易管理的云终端机就可以连接到数据中心的虚拟机并使用该虚拟机，通过网络把服务器端的虚拟主机传输到客户端并展现给最终用户.

1　传统计算机类实验室建设存在的问题

我们对多所本科类、高职高专类院校进行调研，发现很多学校的计算机类实验室建设过程中存在相似的问题，主要表现在5个方面.

1.1一个实验室多用途，教学环境配置复杂

由于教学实验室计算机数量不能满足与课程一对一的配套，经常是一个实验室承担多门课程的实验任务，而不同的课程又需要不同的系统配置和相关的应用软件，由于不同系统环境下软件配置不统一，越来越快速的软件更新以及师生对于各种应用软件的操作形式不同，经常造成应用软件不能正常使用，甚至系统文件破坏，导致死机等[2].比如，实验室教学对数据库SQL Sever有在同一操作系统下使用不同版本的要求.一台计算机上往往需要安装多个操作系统，每个系统下又要安装多个应用软件.软件安装过多不仅影响机器的运行速度，还会分散学生在实验过程中的注意力，同时给实验室管理带来相当大的难度.

1.2实验用计算机投资大，淘汰速度快

为了满足高校师生教学和科研的需求，计算机实验室建设规模普遍较大，硬件设备的一次性投入动辄几十万甚至上百万，学校需要使用计算机实验室的课程较多，使用频率非常高，PC 机零部件损坏概率增大，同时各种系统及软件更新换代速度加快对计算机性能要求越来越高等原因，学校每3至5年就需要对计算机进行更新换代，但显示器等部件通常还能正常使用，如果全部更换又会造成资源的极大浪费，也给学校有限的资金带来压力.

1.3病毒肆虐，安全问题突出

实验室作为教学科研的公共场所，不同学生和老师的存储设备交叉使用，造成病毒的不断扩散，不但加重了实验室管理人员的维护工作量，而且妨碍了计算机的正常运行，影响了正常的教学与科研.现行计算机病毒往往还具有自我传播与变异的能力，对于这些恶意程序，很多杀毒软件都不能完全清除，同时还存在文件被误删的问题，实验数据及文件安全无法保证[3].

1.4教学时间、空间环境受限

目前，计算机实验教学课程多采用集中实验授课方式，且有严格的上课时间，学生在上课时间内不能完成学习任务，由于实验教学环境的不可转移性，他们不得不中断实验任务，课后的再学习和实验也只能是纸上谈兵，这样势必会使实验效果大打折扣.同时，不同的应用软件对于操作系统的要求也不相同，特别是很多正版商业软件需要注册使用，学生很难或无法在个人使用的计算机上安装相应的教学软件，配置与实验室相同的实验环境，课后实验无法实现.

1.5人力资源紧张，运维难度很大

一方面，由于计算机实验室的使用对象发生改变或是软件的更新升级，每学期初，管理员都要大面积地重装系统、安装调试应用软件，工作量相当巨大.如果机房的计算机使用年限较长，软件安装速度会变得很慢，计算机管理员经常需要提前一周上班才能完成.另一方面，机房的计算机不进行还原保护，则计算机软件会频遭破坏，如果全盘保护，限制过多，又不利于学生灵活安装、更新所需软件，影响教学过程和教学效果[4].

2　建设方案探析

2.1平台整体架构

桌面虚拟化应用是一个系统工程，需要对服务器、网络环境及协议、终端设备及软件兼容性等方面做系统的测试，整体桌面云方案是由云终端Thinclient、虚拟桌面控制器OVD、虚拟机管理平台OVP、服务器存储设备等组成，实现将用户的桌面应用统一部署到服务器上，用户的个人数据也集中存储，然后通过网络(局域网或广域网)将个人桌面系统快速交付给用户，用户可以通过各种不同类型的终端设备如瘦客户机、笔记本、手机等随时随地接入学习，打造一种新型的全开放学习新模式.

图1　桌面虚拟化云平台整体架构

2.2虚拟机管理平台OVP

以Thinputer OVP虚拟机管理平台为例，OVP平台实现用户服务器的集中管理和提供虚拟机的高可用性.虚拟化是一个抽象层，它将物理硬件与操作系统分开，从而提供更高的资源利用率和灵活性.虚拟化可实现装有不同操作系统(如Windows Server2003 Server 和Linux)和应用程序的多台虚拟机相互独立地并行运行在同一台物理机上.

图2　OVP 虚拟化平台系统架构

虚拟机是通过软件来虚拟实现物理机的过程，它拥有与实体机一样的虚拟硬件(例如：内存、CPU、网卡和硬盘等)，操作系统和应用软件就加载到这些硬件上.不管服务器和终端采用什么物理硬件，操作系统都将它们视为一组兼容、标准化的硬件.OVP 平台采用了开放性的系统架构及模块化的设计，特别针对虚拟化需求对内存管理进行优化，融合了硬件辅助虚拟化、集群、存储以及Web 技术，构建一个安全、高效、易于管理和扩展的虚拟化管理系统.

2.3虚拟桌面控制器OVD

与OVP协同工作，内置服务提供集中式的桌面用户认证，无论操作系统是Windows还是Linux，可以将桌面作为一种按需服务随时随地交付给任何用户，自动化的桌面管理，控制OVP进行创建、更新、还原虚拟桌面等操作.在不依赖于虚拟机的网络情况下将虚拟桌面安全、快速、可靠地交付到云终端，不管他们是固定计算机还是移动终端.

2.4云终端Thinclient

无论是体积小巧、功率低的瘦客户机，还是PC机、笔记本、智能终端，都能作为云终端Thinclient的软件载体，随时随地连接到虚拟桌面进行办公应用，只要输入个人账号就可以访问个人的虚拟桌面，实现桌面跟我走、应用跟我走、数据跟我走，未来做到每个学生和老师都有一个属于自己的云桌面.

3　应用优势分析

3.1运维成本大幅降低

桌面云模式可以缩短80﹪的桌面上线周期，实现桌面环境快速就绪，还可以将故障排查速度至少加快8倍，让单个管理员可以轻松管理1 000台以上的终端，极大地减少整体运维成本.

3.2节能减排，绿色学习

传统的PC包含了显示器每小时耗电量为250 W，而瘦客户机+显示器每小时仅为60 W，在部署规模为1 000台时，每单位时间可节省64﹪的电力消耗.按一天10 h、每年有240个工作日、每0.66元一度电折算成电力费用，每年至少可节省25万元.另外，瘦客户机的小巧、无污染、无噪音可为我们打造一个绿色的学习环境.

3.3实现与PC一致的使用习惯

用户在启动或者重启虚拟桌面时，可以看到整个操作系统的开机画面，可以进入安全模式或者BIOS来进行操作，与使用PC的开机体验完全一致.云桌面可以选择开启开机自动连接，不需要重复输入账号密码，直接打开云终端，即可自动进入云桌面，且可实现在计算机实验所需的多操作系统任意切换，同时传统PC将学习地点固定化，而当前学习环境下需要随时随地进行学习.桌面云能较好地适应这种模式，通过多元化的终端设备，在任何地点都可以安全、高效地接入到学习桌面.

3.4实现统一的云终端管理

采用“云终端+云桌面”的部署模式，除了对虚拟桌面的统一部署和管理外，它为管理人员提供易用的组织管理、控制和云终端设备的OS镜像、软件分发、补丁更新及运行状态监控，无论是瘦客户机，还是传统PC机的管理方式都一样.

4　结语

实验教学在高校中的地位非常重要，在培养学生实践能力、操作能力、工程应用及创新能力等方面发挥着巨大的作用.但对计算机的维护更新、费时费力的各种软件应用环境配置，时空限制和防不胜防的病毒让人头疼不已.基于桌面云技术的实验教学环境架构解决了当前计算机实验教学环境面临的诸多问题.通过云技术和虚拟桌面技术结合对常用操作系统、应用软件和教学资源进行集约化管理，构建和谐、开放、多维互动的实验环境，师生可利用各种低配的终端设备开展个性化的教学实验和学习活动，真正实现教学模式的创新.

[1]於晓明, 沈安东. 计算机实验教学改革的探索与实践[J]. 实验室研究与探索, 2010, 29(4): 83-85.

[2]吴建善. 基于云平台的机房教学环境建设[J]. 价值工程, 2013(25): 188-189.

[3]林飞跃, 林先津. 云桌面在教学管理中的应用[J]. 实验室研究与探索, 2013, 32(10): 337-339.

[4]陈志宏.基于云计算的虚拟桌面平台的设计与实现[D].上海:复旦大学,2012.

[5]王玉芬, 郭晓娟. 云计算对高校教学资源影响解析[J]. 实验技术与管理, 2010, 27(5): 111-113.

(责任编辑穆刚)

Exploring on the application of cloud desktop technology in the constructing computer lab in university

ZOU Yongkang

(School of Software Engineering, Chongqing University of Arts and Sciences,Yongchuan Chongqing 402160,China )

The upgrading speed of technologies on computer software and hardware is quicker and quicker, and the computer labs in all universities have a large number of computers, which need more cost to upgrade every year. A new plan to construct lab can reduce the cost of building and maintenance, alleviate the work strength, and improve the effect of experiment teaching. By means of cloud desktop technology to put the various resources on cloud platform so the teachers and students can use various ending-devices to access the cloud resource on network, which can improve the time and space environment efficiently, resolve some problems include the fast upgrade speed on computer in traditional lab, poor expansibility on lab environment, complexity of maintenance management.

desktop cloud; virtualization technology; Thinclient

2015-04-08

重庆市教委科学技术研究项目(KJ1401117)；重庆文理学院科研资助项目(Y2014RJ34).

邹永康(1967—)，男，重庆永川人，副教授，主要从事计算机应用方面的研究.

TP308

A

1673-8004(2016)05-0119-04