桌面云技术在计算机实验室建设中的应用实践

柯 亮 亮

(铜陵职业技术学院信息工程系， 安徽 铜陵 244000)

随着科技的迅猛发展和互联网应用的普及，高校教育信息化建设已逐渐展开，且取得了一定的成绩[1]。当前高校各专业的人才培养基本上已离不开计算机辅助教学，传统的计算机实验室面临许多新的问题。桌面云技术是云计算技术的一种虚拟化应用，将其应用于高校计算机实验室建设，可改善目前高校计算机实验室的建设成本高、管理效率低等问题。以铜陵职业技术学院为例，通过具体的桌面云系统和部署案例，将桌面云技术应用于计算机实验室建设。

1 计算机实验室主要问题

计算机实验室是专业人才培养的主要场所，担负着学生实践、考试等日常工作。传统的计算机实验室目前面临的问题主要表现在以下5个方面：

(1) 易损坏、能耗高。高校计算机实验室的PC机零部件多，自然损坏率高，再加上人为损坏，使得每年的硬件维护成本非常高。单台PC功率大概超过200 W，全部计算机加起来的能耗非常高。

(2) 多故障、难管理。由于机房数量有限，一个计算机实验室必须承担多门课程的教学实践任务，需要安装数种不同的操作系统和相关应用软件。由此造成系统软件臃肿，运行较慢，甚至软件冲突频发，严重影响实验教学效果。机房管理人员疲于应付软件故障排查、病毒清除、系统升级、教学环境切换等工作，管理和维护的成本、难度不断加大。

(3) 投资大、淘汰快。为了满足高校师生日益增长的教学和科研的需求，高校每年都要投入大量资金用于计算机实验室建设。随着教学软件和系统的不断更新，旧的计算机必须随之淘汰，基本每隔3到5年就需要对实验室计算机进行更新换代，后期的运维资金压力巨大。

(4) 保正版、成本高。为了保护知识产权，同时满足网络安全防护及教学、科研工作的需求，计算机实验室必须安装正版软件。专业软件的安装与升级需要软件授权[2]，所支付的费用通常按接入的终端数量来确定，成本居高不下。

(5) 难移动、不灵活。通常，机房内的计算机实践教学有严格的上课时间限制。一旦在上课时间内不能完成实验内容，则必须中断当前的实验任务，从而影响实验教学效果[3]。由于受到时间和地点的限制，师生不能充分地实现课上、课下的实时互动。

2 桌面云技术的应用优势

教育的现代化离不开教育的信息化，云计算[4]是推进教育信息化和校园IT技术架构变革的发展方向。桌面云是云计算的典型应用技术之一，可提供集中控制、分布式运行的虚拟化桌面技术解决方案。应用桌面云技术处理机房管理和资源利用业务，是一种新的发展趋势。

桌面云应用的是云计算虚拟化技术[5]，它包含服务器虚拟化与桌面传输协议这两大重要组成部分。桌面云的前提是服务器虚拟化，而桌面传输协议是把服务器上的虚拟桌面通过网络传输给用户，起到用户和虚拟桌面交互的桥梁作用[6]。远程云服务器提供虚拟桌面，以云桌面的方式向用户提供所需要的计算与应用程序等功能，用户的数据和应用都统一集中存放在云服务器上。根据用户需求分配资源，既有利于用户随时随地访问桌面，又方便管理员集中管理。采用桌面云技术建设的机房具有节能、环保、安全和高效等优势，已经成为当前高校教育信息化建设的必要一环。

国内外比较成熟的桌面云产品有很多。例如，国外企业出品的有威睿(VMware)、思杰(Citrix)等桌面云产品；国内企业出品的有华为FusionCloud[7]、联想LVCC 虚拟化桌面云系统、云宏桌面云系统[8]、深信服公司aDesk一站式桌面云系统[9]等。在此以我校(铜陵职业技术学院)计算机实验室建设为例，探讨桌面云技术的应用。

国外桌面云产品性能高，但其价格也略贵，国产本地化支持能力较差，缺少客户定制化的本土特色服务。在铜陵职业技术学院计算机实验室建设中，选择了国内具有自主研发能力、市场占有率较高、后期的技术服务质量佳的云宏公司，采用云宏超融合一体机+CNware虚拟化平台+WinCloud云操作系统[10]的基本框架，展开实验室桌面云的部署。

3 桌面云系统的设计与部署

3.1 桌面云系统的总体方案设计

目前，信息传媒系共有6个机房(每个机房60台左右PC电脑)、20个多媒体教室。采用云宏公司自主研发的超融合一体机、X86架构的DELL高性能服务器，构建虚拟桌面资源池，实现个性化的桌面云系统服务。该实验室桌面云系统总体方案如图1所示。

图1 实验室桌面云系统总体方案图

根据本方案，将用户桌面存储于云数据中心，终端节点采用虚拟桌面传输协议访问桌面系统，每个虚拟桌面都具有独立的CPU、内存、网络、存储等资源。教师、学生在管理员分配给自己的云桌面上，完成相关的教学、学习任务，实现“桌面跟人走、数据跟人走、服务跟走人”的云环境操作。

3.2 桌面云系统的部署实施

构建实验室桌面云系统的主要设备有：10台DELL的R730服务器；3台宏云+一体机；2台DELL的N2048数据接入交换机；2台DELL的N4032F存储交换机。构建拥有500台授权权限的实验室桌面云系统，具体设备信息如表1、表2所示，网络拓扑图如图2所示。

方案中的9台DELL R730服务器用来构建桌面资源池；另外1台用于管理域，进行客户端的安全认证；3台宏云+一体机主要承载Web服务器、Mysql、文件预览和存储服务、云管理平台、知库云盘服务、负载均衡等业务。在桌面资源池虚拟化方面，采用云宏CNware虚拟化平台，兼容整合VMware vSphere异构平台，从而构建后端支持平台，提高了系统的稳健性。VMware vSphere虚拟化架构[11]主要实施步骤如图3所示。

表1 设备类型信息表

表2 设备承载业务信息表

4 系统性能及用户体验测试

(1) 系统测试。支持Windows 7、Windows 10、Redhat 等虚拟桌面系统的快速创建，同时部署100个虚拟桌面仅需3 min；用户也能在iPad、Android等智能手机和平板电脑上访问虚拟桌面，运行情况稳定流畅。

(2) 常用教学软件测试。对Office 2010、Photoshop CS6、Illustrator CS6、Visual Studio 2010、福昕PDF阅读器、QQ2010、搜狗拼音、AutoCAD 2010、360安全软件、超星客户端、腾讯视频、红蜘蛛网络电子教室及网页设计软件等，无缝支持。

(3) 视频动画类多媒体性能测试。可以支持120个虚拟桌面的3D MAX、MAYA、Audition CS6、Premiere CS6等常用视频动画类软件的同时运行。在内网环境下，运行流畅，支持内网4K屏幕分辨率，流畅播放1080P视频。在外网环境下，存在短暂卡顿现象，拟通过追加GPU等设备及提高外网访问速度来解决。

(4) 知库云盘用户体验测试。教师、学生都可以通过各种终端平台访问知库云盘，同步桌面云和本地电脑文件。教师可以在知库云盘随时随地调取教学课件，存取个人科研成果，审批班级事务文件，推送历年试题；学生可以在知库云盘下载课程PPT等学习资料，上传自己的课程作业，完成电子请假等事项。知库云盘的整体数据文件上传下载速度流畅，数据冗余度较低。

5 应用效果

桌面云是云计算虚拟化技术[12]的具体应用，利用桌面云技术来构建高校计算机实验室，效果良好，表现出多方面优势。如，部署快、易维护，实现了对机房虚拟桌面的整体部署与模板管理，极大地方便了日常管理和维护，降低了系统故障概率。安全性高、稳定性强，桌面云技术通常都具有多重安全接入认证措施，保证了桌面云平台的安全、可靠、稳定的运行。此外，应用中表现出了成本低、更环保等优点。传统计算机的功耗大约为200 W，而采用桌面云技术的终端功耗仅10～20 W，每年可以节省大量的电力成本，为学生创造一个符合“节能减排、降低噪音”要求的绿色学习环境。

虽然桌面云技术在高校机房信息化建设中扮演着重要的角色，但也存在一些瑕疵。比如，对网络的带宽要求比较高，只有具有良好的网络环境，才能实现数据的采集和传输。诸多厂商的桌面云机房解决方案都或多或少在3D应用、图形图像处理、多媒体性能等测试方面存在一定的不足，有可能对计算机实验室的应用产生些许影响。