云桌面在实训室建设与管理中的应用

桂 超

（1.南京广播电视大学，江苏 南京 210002；2.南京城市职业学院，江苏 南京 210038）

云桌面在实训室建设与管理中的应用

桂 超1,2

（1.南京广播电视大学，江苏 南京 210002；2.南京城市职业学院，江苏 南京 210038）

在计算机专业实训室中，传统的PC使用3～5年后硬件损耗率大且故障率高。实训教学所用软件的部署复杂程度较高，对硬件资源需求多样化。实训室的管理工作复杂、繁重且效率低。用虚拟化技术实现云桌面系统，可按需向用户提供硬件、软件资源，满足用户自由使用软硬件资源的需求，同时满足实训室集中管理和数据安全的需求。

虚拟化；云桌面；计算机实训室

1 传统PC机组建实训室存在的问题

随着IT技术和教育信息化技术的发展，各种教育信息化系统和软件不断在教学过程中应用。计算机专业的实验实训室对PC机的硬件性能、软硬件系统安全、运行维护管理及时性等要求越来越高，对PC系统的可靠性、稳定性等方面的要求也越来越高。为计算机专业课程提供服务的实训室，是在物理PC机上安装部署桌面操作系统和教学所用的各种程序软件。桌面操作系统、应用程序软件和数据，这些组件都是以紧耦合模式组成系统。其中任何一个组件出现问题，必然影响实训教学活动的正常开展。

计算机专业实验实训教学过程中需要数据库系统、UML建模工具、代码管控工具、集成开发环境（IDE）、虚拟计算机软件等软件程序。这些软件安装过程复杂，对PC机的硬件性能要求较高。管理人员需要不断地升级、安装和配置PC机的硬件。同时为保证PC机系统的稳定性，实验实训室的PC机上都要安装硬件或软件保护卡。因为病毒、木马等系统安全威胁不断出现，实训室管理人员又要解除保护卡后安装系统补丁，升级软件程序。PC机物理位置上分散在不同的楼层或房间，以上这些因素导致实训室管理人员维护成本和工作量不断增加。

2 应用云桌面优化实训室建设和管理工作

如基于虚拟化技术实现云桌面系统的应用，上述问题可以获得有效解决。云桌面可以将计算机实训室所使用的计算机硬件设备和资源、桌面操作系统、应用程序软件、数据进行逻辑分离。对于最终用户而言，使用的软硬件资源都是完全透明的。云桌面可实现计算机实训室管理人员对软硬件资源进行集中分配、管理和控制，这样就可以满足用户自由使用软硬件资源的需求。

2.1 优化实训室建设的硬件投资效益

传统PC机的硬件一般用到3～5年就需要更新，换掉旧硬件，造成硬件的重复再投资。云桌面系统只需对服务器硬件进行更新换旧，或者在保留原用硬件的基础上，增加新的硬件资源。通过简单的操作就可平滑地将所有云桌面和数据迁移到新设备上。云桌面所需要的硬件建设成本、系统升级改造成本和人力维护成本远远低于传统PC的建设、维护和升级成本。

2.2 将软硬件资源以服务的形式提供给最终用户

传统PC硬件采购完成后，管理员还面临着繁重的系统及应用程序的安装与维护任务。云桌面系统可以实现资源管理集中化。在云端实现软硬件资源的自由分配。因为每个实训室支持的实验实训课程不同，所以每个实训室对硬件性能的需求也不同。云桌面系统将服务器的硬件资源集中配置，虚拟化为相对独立的虚拟桌面。虚拟桌面安装操作系统和应用程序软件后，即可将硬件资源、桌面操作系统和应用程序以服务的形式提供给终端用户。实训室管理人员可以动态分配每个实验室的硬件资源，减少了管理工作量，增强了管理的灵活性。

2.3 资源虚拟化后优化管理工作

云桌面系统中使用桌面虚拟化解决方案，实训室管理员在统一工作区的集中管理界面，对软硬件资源进行管理和操作。可实现跨物理设备、物理位置、介质和连接，将虚拟桌面和应用交付给用户。可集中管理所有计算机实训室终端用户，通过对终端用户授权，用户可通过网络在任意位置、使用各种数据终端设备访问虚拟的桌面操作系统和应用。如将实训室终端数据移动至数据中心，集中强制实施端点安全性和策略配置，可以提高安全性。将实训室管理技术人员从日常繁琐的桌面管理工作中解放出来，进行更多的创新工作。

（1）云桌面管理简化。云桌面系统中，软件、硬件和操作系统不再紧密耦合，将桌面操作系统和应用程序虚拟化为一个主映像。创建主映像后，通过复制主映像可以快速创建虚拟桌面。实训室管理人员只需对一个映像中的系统和软件实施更新，就可几分钟内用一个更新好的映像克隆出任意数量的虚拟桌面。主映像更新时，不会影响用户正在使用的虚拟桌面系统。最终用户的终端设备上不需要实际安装操作系统软件和应用程序，由云桌面系统的云端为用户统一提供、管理和更新所有桌面操作系统和应用程序。实训室管理人员对桌面操作系统和应用程序的安装、配置和测试工作变得轻松快捷，降低了IT管理成本。

（2）云桌面自动调配。云桌面系统提供了单个管理工具来分配和管理新桌面或桌面组，并提供了用于设置桌面策略的简单功能。通过使用模板，管理人员可以对虚拟桌面池进行自定义并设置策略。可设置池中可以包含多少虚拟桌面，也可注销池中的虚拟桌面。实现虚拟桌面调配的自动化和集中化，从而提高 IT 管理效率。

3 云桌面系统架构设计

VMware提供了成熟稳定的虚拟化技术实现云桌面应用。vSphere根据需求使用少量的物理服务器，就可在云桌面系统中搭建底层虚拟化平台。通过对硬件资源的高度整合，平台可以承载大量的终端用户接入和管理服务器的运行。Horizon中的组件可对虚拟桌面，物理桌面进行统一管理、运维监控。

3.1 数据中心管理设计

vCenter Server作为数据中心端的所有服务器的中心管理节点，在数据中心内为虚拟机分配资源，提供安装、配置和管理虚拟机的功能。vCenter将虚拟机作为虚拟桌面池的资源，可使用虚拟机来承载View的服务器组件的运行，包括vCenter Server实例、View连接服务器实例、Microsoft RDS主机和Active Directory服务器。

3.2 桌面连接服务设计

云桌面系统中需要设计一个软件服务作为客户端连接的控制器。应用View 连接服务器，通过Windows Active Directory对用户进行身份验证，并将用户请求准确定向到相应的虚拟机系统、物理PC系统或Windows RDS主机上。View连接服务器可实现如下功能：（1）用户身份验证；（2）控制用户访问特定的虚拟桌面；（3）通过ThinApp可将应用程序分配给特定的虚拟桌面；（4）集中管理远程桌面和应用程序会话；（5）在终端用户和远程桌面及应用程序之间建立安全的连接；（6）支持单点登录；（7）设置并应用安全策略。

View Manager管理用户和虚拟桌面之间的连接。当用户登录View Manager后，用户可看到有权访问的虚拟桌面。连接进入虚拟桌面系统后，用户就能使用系统中的应用程序，用户感觉应用程序和在本地运行一样。

在桌面连接安全设计中，使用AD域控制器负责虚拟桌面用户帐户信息的存储与访问验证。用户通过客户端连接到连接服务器时，需要先通过AD域控制器的身份验证。虚拟桌面与用户的OU设计和组策略对象的管理都必须在AD域控制器中完成。

3.3 多种类型客户端接入

云桌面系统需支持用户通过各种PC，Mac电脑、移动设备以及专用的瘦终端设备来接入虚拟化环境中。用户通过客户端软件，可在任何时间，任何位置，通过任何设备对虚拟桌面系统和应用程序进行安全的访问和使用。计算机实训室建设方案中配置专用的瘦终端设备提供接入，可节约硬件成本和管理成本。

如一个客户端要连接数据中心端的虚拟桌面或虚拟应用，可在设备中安装View Agent软件，通过View Agent可以为客户端提供连接监视、虚拟打印和访问本地终端设备连接的USB设备等功能。虚拟桌面系统中，可对终端设备的本地USB接口连接的USB设备进行访问。

4 云桌面系统资源规划设计

4.1 计算资源规划设计

云桌面系统和虚拟化都需要有物理服务器来提供计算资源。计算机实训室应用场景中，不同功能的实训室中虚拟桌面所需求的计算资源存在差异。以200个虚拟桌面用户计算，系统架构如图1所示。每个桌面系统最少需要800 MHz的CPU资源。实际应用每个桌面用户同时占用800 MHz的情况出现概率较低。因此按照1.5倍的容量来设计。 内存按照每桌面用户4 G内存设计。CPU资源需求为200×800/1.5=106 666 MHz。内存资源需求：200×4 GB=800 GB。

图1 实训室云桌面系统架构图

如单台物理服务器配置采用2路8核CPU，CPU为2.6 GHz主频，256 G内存。考虑性能的最佳实践，CPU和内存使用率不超过80%的资源。每台服务器可以提供的CPU资源为2600×2×8×80%= 33280 MHz。每台服务器可以提供的内存资源为256×80%=204.8 GB；则需要4台物理服务器可以承载200个虚拟桌面。同时考虑到N+1的高可用性原则，共需要5台服务器用于虚拟桌面。

如vCenter Server，Connection Server，Windows Active Directory管理服务器等采用虚拟主机方式，需要1台物理服务器；如考虑HA高可用备份，需要1台物理服务器，共需要2台服务器。

按照全冗余可靠性架构（配置备份服务器）共需要7台物理服务器才能维持200个虚拟桌面和相关的服务器组件的云桌面系统正常运行。如不考虑冗余可靠性（不配置备份服务器），则至少需要5台服务器才可运行200个虚拟桌面和相关的服务器组件的云桌面系统。

4.2 容量及性能规划设计

普通桌面用户对存储的性能需求相对GPU高需求用户要低，以50∶50的读写比例来计算桌面用户对磁盘IOPS的要求，通常20个IOPS就可满足虚拟桌面的需求。对于GPU高需求用户，因为需要使用复杂的3D图形，所以在IOPS的性能上要求会比普通桌面用户要高，读写比较仍然以50∶50来计算，对于GPU，则需要按40个IOPS才能满足需求。两种类型的桌面用户都使用50 GB的数据空间。

5 结语

与传统PC机相比，基于虚拟化技术实现的云桌面系统和瘦客户终端设备结合应用，可以有效提高计算机实训室建设成本效益。管理人员集中管理所有实训室的终端桌面系统资源，可以简化各项维护任务，包括系统升级补丁，应用程序变更和升级等。随着硬件成本降低，云计算技术不断发展，在计算机实训室中云桌面会逐步地替代传统PC的应用。

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[3]王天明，刘树林.云桌面技术在高校教育信息化建设中的应用[J].计算机光盘软件与应用，2015（2）：228.

[4]周建美，赫荣康.基于云桌面的计算机实训室设计与实现[J].信息与电脑，2015（14）：2.

Application of cloud desktop in construction and management of training

Gui Chao1,2
（1.Nanjing Radio and TV University, Nanjing 210038, China, 2. Nanjing City Vocational College, Nanjing 210038, China）

In the computer professional training room, after 3—5 years using, the hardware loss rate and the failure rate of the traditional PC is high. The deployment of training software used in practical teaching has a higher complexity, and diversification requirements of hardware resource. Training room management is complex, heavy and inefficient. The virtual cloud desktop technology can be used to provide the hardware and software resources to meet the needs of users to freely use the hardware and software resources, while meeting the needs of the centralized management and data security of the training room.

virtualization; cloud desktop; computer training room

桂超（1979— ），男，江苏南京，讲师，工程师；研究方向：计算机网络，软件工程。