中小学云机房的建设与应用初探

何苇

[摘 要]建设云机房，可以把学校系统、课程教学、办公环境等资源进行整合，使师生通过多样化的终端设备与云平台互动，改善中小学教育教学的时空环境和信息资源环境，为打造安全稳定、资源节省、方便快捷的现代化数字校园打下坚实的基础。

[关键词]中小学；云机房；建设；应用

[中图分类号] G43 [文献标识码] A [文章编号] 1007-9068（2019）12-0048-02

随着科学技术的不断发展和进步，信息技术在中小学教学中得到了广泛的应用，促进了素质教育的全面实施，为科教兴国的战略目标奠定了坚实的基础。其中，计算机教室作为学校信息化建设的基础性硬件设施，其重要性不言而喻。机房的建设和运维成本一直是制约学校信息化发展的重要因素，而云计算的出现则给教育教学带来了巨大的变化。云计算作为一种新兴的计算处理方式，是以数据为中心、为依托的一种密集型数据计算。云桌面技术是云计算虚拟化技术的主要应用之一，以精简的、低成本的瘦客户机代替传统意义上的个人电脑主机，减少了对资源使用的访问和管理，使其不受物理硬件的约束，将计算机应用虚拟化，简化了软件配置的流程。下面，笔者以锐捷公司的云桌面系统为例，谈谈基于云桌面的教学机房的原理及应用。

一、云机房的概念

云计算技术简称云技术，即通过互联网将原先需要本地处理的存储和计算任务分布到大量非本地的与远程分布式集群服务器的计算机中，这些计算机群组可为用户提供类似于本地的计算机服务（包括计算、存储、软硬件等服务），使得用户能够方便快捷地将资源切换到自己需要的应用上。简单来说，云技术就是把传统软件的本地安装、本地计算的方式转变为随取随用的远程服务，通过互联网或局域网连接并操控远程服务器集群。云技术应用的主要载体是互联网技术，以瘦客户端或智能端取代传统PC访问远程服务器，采用此种技术建设的机房，我们称之为云机房。

1.云机房的原理

云机房是运用云技术提供的一种基础设施即时服务的机房。用户能利用网络从完善的计算机基础设施中获得即时服务，以云计算向用户提供信息服务。在云机房的实施机制中，用户交互界面向用户提供Web服务，成为用户交互的主要窗口。按照这个原理，可以将云机房的建设分为三个层面，即客户端层、云主机层以及管理层。客户端层主要是针对不同教学需求设计的云客户端；云主机层是根据不同课程要求建立的软件镜像，通过云服务器接入客户端层；管理层则是部署在服务器和教师机上的相关应用软件及管理平台，并对整个系统起操控和安全监护的作用。

2.云机房的建设原则

全融合、高体验、简管理、促效率，是云机房建设的基本原则。全融合，指云机房的建设应该根据学校的实际教学需要对信息化资源进行整合，提供适合多种教学环境的镜像并支持实时切换。高体验，指传统机房使用时可能会有延时、卡顿等现象，云机房则力求使用方便快捷，有效保障学生上课使用时的体验，同时上课期间保证学生专注听课和课堂纪律，从而提升教学质量，给使用者带来全新的观感和体验。简管理，强调降低机房的维护难度和繁杂的后期管理，不需要很强的专业技能也能熟练操作。促效率，云机房使用桌面虚拟化技术代替传统PC机，通过部署高性能的云机房主机和零维护的学生端，交付学生上课使用教学桌面，并通过云教学管理软件丰富的教学功能，高效地完成教学，极大地降低了运维难度，节能减排，促进学校的信息化发展。

当然，在学校财力许可的情况下，云机房的建设不应局限于机房本身的建设，可考虑云计算和教学场景之间的紧密融合。如可以将云技术融入于整个校园环境中，实现构建支付、管理、教学、监控等全方位的信息化校园体系。具体建设包括以下四个方面：（1）云课堂主机的部署，提供服务器的管理和维护；（2）使用瘦客戶端替换传统主机；（3）教师机上安装厂商提供的云课堂多媒体教学管理软件和后台程序，可以极大地提升教学效率并进行快捷的管理维护；（4）有条件的可以建设统一的管理平台，集中管理校园内的服务器和其他的信息化资源。

二、中小学传统机房与云机房的对比分析

传统机房和云机房在建设与运维等方面都有很大的不同，下面着重从三个方面进行对比分析。

1.建设成本对比分析

云机房的硬件成本相对于传统机房来说要低很多。以笔者学校为例，学校采用锐捷公司设备建设的云机房，包括一台锐捷RG-RCD6000云服务器、两部锐捷交换机、一台教师机和60台RG-Rain100S客户端、60台显示器，合计成本7万元左右。传统机房，60台学生机大约要20万左右，而云机房的硬件建设成本只有传统机房的三分之一左右，使用功耗也更低。此外，云机房的软件成本低，只需要在服务器上安装一套操作系统和应用软件即可，而传统机房的每台PC机均需要购买软件许可。

2.管理维护对比分析

云机房的维护简便易行、不耗时，软件更新或加装软件只需要教师机连接服务器操作即可，一次更新，所有终端生效。而传统机房的维护，一般需要更新母机，设置学生机的还原卡，通过局域网系统同传，在漫长的等待后再次经历设置还原卡的繁杂过程，花费时间是云机房的10倍以上，且过程复杂，容易出现系统发送失败的情况。另外，云机房的安全性较好，电脑病毒不易感染传播，而普通的PC中毒概率较高（即使带还原卡的电脑也会中毒），在局域网内更是经常集体中毒，给机房管理维护带来极大的不便。在机房后期的维护升级方面，云机房的硬件升级或扩展只需要升级服务器即可，瘦客户端一般无须升级，而传统机房则会因配置落伍需全部更换，造成严重的资源浪费。

3.教学使用体验对比分析

在实际教学中，云机房的管理人员可以准备多个教学镜像，根据教学需求进行极速切换，满足不同教师、不同操作系统、不同课程、不同内容的教学需要。经过实际测试发现，不同镜像之间的转换不超过1分钟时间（视服务器配置的高低而定），而传统机房中只有一个教学环境，要更改只有重做系统。此外，为了便于教学，云机房厂商还开发配套了适合自己产品的教学管理软件，既能将学生的操作结果自动进行统计并生成报表，便于学生的作业能及时上传到服务器中保存，不用担心丢失，又有利于教师即时调整自己的教学，而传统机房只能依靠第三方软件实现，并且功能比较单一。

三、云机房软件的具体使用

云机房软件解决方案的核心构成是云机房统一管理平台、教师端和学生端。以锐捷的云课堂（彩虹版）软件为例，管理员在统一管理平台上针对不同课程制作课程模板，即在教师机上部署教师端程序，在学生机上部署学生端程序。上课时，教师在教师机上执行客户端程序：选中所需课程，发送“上课”指令，即可将云主机中生成的虚拟桌面并推送到各个学生端；下课时发送“下课”指令，即可终止课程，删除虚拟机，回收资源。上课过程中的操作记录、运行状态等，可以通过图形化管理界面即时查看，一目了然。学生的云终端开机后可以自动与云主机连接，获取虚拟桌面，操作方式与传统PC完全相同。具体操作方式如下：第一步，教师机发出请求，连接至云主机，选择课程镜像，点击“上课”按钮，制作好的课程模板在90秒内生成60个虚拟机；第二步，学生开机后（学生端自动运行），即获得虚拟桌面，可以运行虚拟机里的软件或访问校园网系统；第三步，教师可以通过多媒体教学管理软件进行教学，如屏幕广播、远程协助、在线答疑等；第四步，教师点击“下课”按钮，即可结束课程，所有虚拟机都会被删除，云主机回收资源，切换到下一节课的镜像，为下面的课程教学做好准备。

在云机房软件使用过程中，针对不同的使用场景，需要注意以下几点：（1）以年级为单位，按课程制作镜像比较方便。先按课程分别创建虚拟机，再按课程要求在虚拟机中安装操作系统，然后安装课程需要的教学应用软件，最后将虚拟机制作成镜像模板并命名。如果不同年级的操作系统相同，可以在综合考虑之后，尽量将各种应用软件合并到相同的镜像中并做好标注，这样可以节约云主机的存储空间，方便教师的日常使用。（2）应用程序的兼容性。为避免软件出现兼容性的问题，在虚拟机中安装软件时要注意参数的配置和调试，保证应用软件能正常使用。在镜像制作完成后还要再实际使用一下，因为有些软件在不同的系统中会出现兼容性问题，而导致无法使用。（3）外部设备的兼容性。如果教学中学生端需要外接USB设备，应该将外设连接至云终端，在虚拟机中验证设备，需要正常识别和安装好相应的设备驱动，并测试基本功能是否能正常使用，然后将虚拟机制作成镜像模板。

四、云机房的应用体会与反思

1.应用体会

首先，便于管理。云机房的管理员可以根据不同的课程制作相应的镜像，同步给教师使用。教师上课时可根据课程安排选择镜像，从而获得自己所需的教学环境，极大地减轻了管理员的工作负担。同时，云课堂提供图形化的管理界面，无论是虚拟机部署，还是镜像制作，都只需进行直观化操作，而无须使用复杂的参数命令。云机房的解决方案，不仅能徹底解决机房中常见的由于大量软件反复安装和卸载导致的软件冲突、系统卡顿、病毒攻击、考场布置等难题，而且可省去Ghost恢复或还原卡的复杂设置。这样机房中设备和使用情况的监控维护在办公室中即可轻松实现，效率比传统机房有了显著提高。其次，优化教学。云课堂可让系统终端和课程切换的速度加快，软件虚拟化运行更加快捷，并且可以全面监控学生的使用情况，杜绝学生上课做无关事情的现象发生。同时，所有教学镜像会由锐捷云主机自动优化，在云技术的支持下，60个虚拟机启动需要不到1分钟的时间。教师在上课过程中可根据实际情况随时切换学生的系统，从而为学生提供最适合的教学环境，使学生体验到云技术带来的全新优化。

2.应用反思

尽管云机房的安全维护不像传统机房那么复杂，但是云服务器和教师机的网络安全工作必须到位，需要安装相应的防火墙和杀毒软件，在发现病毒后应及时做好保护措施，避免产生更大的危害。当然，云机房的网络安全防护不可能做到万无一失，因此云服务器与教师机的恢复和备份工作就显得尤为重要。恢复作为最后一道的弥补措施，必须通过完善的备份机制确保系统可恢复，避免重要数据丢失。通过有效的恢复，可以降低网络安全的风险，保证云机房正常有序的运行。

云机房是中小学教育教学中的一种新兴形式，不仅可以有效降低机房建设的运维成本，而且能在减少管理工作量的同时，为师生带来全新的体验，提高教学效果。建设云机房，还可以把学校系统、课程教学、办公环境等资源进行整合，使师生通过多样化的终端设备与云平台互动，改善中小学教育教学的时空环境和信息资源环境，为打造安全稳定、资源节省、方便快捷的现代化数字校园打下坚实的基础。

（特约编辑 木 清）