基于云桌面技术高校机房建设方案

山东农业大学信息科学与工程学院 贺安坤 周筑南 王婷婷

文章分析了目前高校机房管理中存在的问题，介绍了云桌面技术的优势，提出了一种基于云桌面技术的机房建设方案。该方案能够显著提高计算机机房的信息化水平，能够更好的为计算机课程的实验教学、实训、大学生创新创业等服务。在实际应用中效果良好。

随着信息技术的不断发展，高校各专业培养方案里都设有计算机公共课，除计算机类专业外还有很多其他专业增加了计算机类课程。因此计算机实验室已成为了学校实验、实践及实训的重要场所，也是大学生创新创业的重要场所。为了满足日益增多的计算机实验教学，机房的建设规模也越来越大，软硬件投入也越来越多。传统机房建设方案成本高，且使用周期短、存在计算机品牌、型号和性能的差异，从而增加运维难度，同时还存在资源分散、利用率低、资源共享困难等问题，显然已不能满足实验教学和实训要求。因此研究建设高效的机房是非常必要的。随着云计算技术的发展，高校机房逐渐由传统的建设管理模式，转向基于桌面虚拟化技术的集中云管理轻量化客户端模式。从而实现资源充分利用、按需分配资源、随时随地获取资源；在管理方面具有实施相对容易、管理成本较低、扩展性强、运行维护的成本低等优势。因此，云桌面技术在高校机房管理中越来越普及，也是将来发展得必然趋势。

1 传统机房管理存在的问题

传统的机房管理过程中主要存在以下几个问题：

（1）硬件配置参差不齐：由于计算机采购的数量和时间不同，导致各机房之间出现不同机型，难于集中管理，硬件更新速度慢，机器逐渐老化，系统的安装和维护越来越困难。

（2）机房运维成本高：计算机硬件的质保超过3 年后故障率不断升高，硬件的维修成本逐渐增加，新版软件越来越大，新技术课程和相应软件对计算机的配置要求越来越高，维护和管理难度随之增加。

（3）资源共享困难：各个机房的计算机不能很好地实现资源共享,致使各个机房的建设和维护都基本相同，造成大量人力、物力、财力的浪费。

（4)安全性低：机房的交换机及网线更新不及时，有的甚至老化，网速慢，系统及软件更新用时长，学生使用U 盘频繁，对系统安全造成很大威胁。数据保存在本地计算机上，这样很容易造成数据信息泄露，数据的信息安全性低。

（5）用户体验差：学生与教师互动性不强，学生的疑问不能及时得到老师的答复，只能在有限实验课上完成老师布置得的实验任务。老师课堂外无法了解学生的学习情况，无法得知学生对知识掌握情况。

2 云桌面优势

2.1 云桌面介绍

云桌面技术是云计算的一个重要分支，是一种基于虚拟化技术的终端操作系统交付与管理方案，能够针对实验教学、实训的各种场合，量身定做所需要的应用模板。终端用户可以方便的利用远程桌面传输协议、虚拟化磁盘读取指令、虚拟地址映射等多种技术手段，实现模板的本地化呈现。用户无需考虑本地设备的硬件配置、软件的安装以及数据计算和存储的问题，从而完成客户端的轻量化实现。通过这种架构彻底忽略用户终端的软硬件差别，同时满足使用者在任何地点、任意时间来使用桌面进行学习，从而颠覆了以往以设备为中心的桌面使用方式，转化为以人为中心的桌面使用方式。

近几年，在高校信息化建设中已将云桌面技术广泛应用于实验教学和办公中，目前云桌面主要有三种主流技术架构：（1）虚拟桌面基础架构（Virtual Desktop Infrastructure,VDI），该结构为智能分布式计算带来出色的响应能力和定制化的用户体验，并通过基于服务器的模式提供管理和安全优势，但VDI 需要流畅、稳定的网络连接，尤其是大部分资源依赖服务器端，客户端是轻量级的。（2）虚拟操作系统基础架构（Virtual OS Infrastructure,VOI）技术最显著的特点是不全部依赖后端服务器资源，而是可以充分利旧用户终终端计算机资源，以处理计算及图形应用，同时对网络和服务器的依赖性大大降低，即使遇到网络中断或硬件故障时终端也可以继续使用。（3）智能桌面虚拟化架构（Intelligent Desktop Virtualization，IDV）最早是由英特尔提出，IDV 的数据存储集中在服务器，镜像存储在本地，减少了服务器的负担，因此离线是可用的，但是安全性会略低于VDI，由于IDV 的终端配置高，计算分布在终端，整体性能优于VDI，但终端成本大大增加。

2.2 云桌面优势

云桌面方案的优势就是可以根据个性化需要，提供相应的教学环境。老师与学生通过网络平台登录云桌面，并针对实验内容和教学方式等选取最适宜的桌面场景，以便更好的推进实验教学的实施。同时，通过云桌面还可以进行远程教学的开展，教师在任何时间、不同地点均能轻松登录云桌面。可以随时把预先设计好的教学课件以及相关资料上传到云端平台，以实现教师对教学课件内容的讲解。云桌面技术还能改善资源共享、降低维护成本、增加安全性、实现节能和减排。具体优势如表1 所示。

表1 云桌面技术优势Tab.1 Advantages of cloud desktop technology

3 云桌面建设方案

云桌面技术的架构选用就高校来说，计算机实验室担负着不同的实验教学、实训、学生创新和考试等任务，根据学校不同的要求，不同的应用场景应采用不同的云桌面解决方案，以实现投资最合理、资源使用最充分以及运行维护最简单。VDI 架构方案对服务器和网络的要求较高，但是后期升级运维及升级管理方便，非常适合公共机房建设，文章讨论了一种基于VDI 技术的机房建设方案。在实际运行使用中，效果良好。

3.1 系统整体架构

VDI 云桌面架构是深度融合桌面虚拟化和服务器虚拟化技术，将计算、存储、网络资源集中到后台数据中心，实现统一调度管理，将资源的利用率最大化，通过云终端即可快速实现云桌面一站式交付解决方案。通过使用服务器虚拟化和桌面虚拟化技术来生成多个虚拟机，客户端设备可以像访问本地安装的桌面一样访问桌面。VDI将计算资源部署在服务器上，进行集中管理。整体架构如图1 所示。

图1 系统整体架构Fig.1 Overall system architecture

3.2 系统主要功能模块

3.2.1 服务器虚拟化系统

通过将服务器物理资源抽象为逻辑资源，将一台服务器转化为多台甚至上百台独立的虚拟主机，打破物理界限，使CPU、内存、硬盘、I/O 等硬件成为动态管理的“资源池”，从而提高资源的利用率，简化系统管理，实现服务器集成。主要功能如下：

（1）实现CPU 虚拟化、网络虚拟化、硬盘虚拟化、显卡虚拟化；

（2）生成多台虚拟电脑主机，虚拟硬件配置可按需求动态调整；

（3）虚拟电脑主机可以在多台服务器上迁移；

（4）将多台物理服务器变成可统一管理的资源池。

3.2.2 桌面虚拟化系统

桌面虚拟化是指将用户的终端系统（也称作桌面）进行虚拟化，从而实现桌面使用的安全性和灵活性。用户可以通过手机、笔记本电脑等联网设备，在机房以外，任何时候来访问桌面。在具体机房建设中，为了满足公共课和其他计算机类课程的需要，设置公共教学桌面和个性桌面两种。

（1）公共教学桌面：公共教学桌面是针对计算机公共课实验教学定制的场景桌面，针对于公共机房、实训机房、语音机房等公共桌面资源场景，实现桌面与终端的一一绑定，用户在使用过程中无需通过身份验证即能访问场景开放的资源，提升公共桌面资源场景用户体验。

（2）个性桌面：个性桌面是针对于具有个性化需求、对资源和数据具有一定安全和权限要求的场景，实现桌面与用户的一一绑定，用户在使用过程中需要通过身份验证才能够访问的个人资源，同时个人资源无法被其他用户访问，确保环境的个性化和数据安全需求。

3.3 桌面管理平台

桌面管理平台包括云桌面管理模式、镜像管理、多系统发布、桌面级管理、智能排课、权限管理等，具体如下：

（1）云桌面管理模式：支持终端挂载多个操作系统，实现系统的还原与不还原切换。终端设备可以设置为模板，添加的终端可自动同步模板参数。同时对终端设备进行统计和管理，包括MAC 地址、IP 地址、系统版本等。

（2）镜像管理：提供镜像版本功能，对镜像可创建不同版本号，不同版本可以安装不同软件，管理员可自由指定使用某一版本，支持版本合并。终端可以挂载多个镜像，用户能够自由选择所需的环境。

（3）支持多种系统发布：支持Windows7/10 系统、Windows Sever、Linux 系统等镜像发布。具有镜像修复功能，系统崩溃后在管理平台能够快速还原或修复。

（4）桌面级管理：支持批量创建、修改、删除云桌面群，支持已创建的云桌面与机房自动关联，无需手动配置；云桌面群支持多种模式，有随机还原桌面、静态还原桌面、静态不还原桌面等。

（5）智能排课：支持智能排课系统，可通过配置使云桌面与课表联动，自动切换至所需镜像，老师上课前无需花大量时间准备环境，学生亦无须等待系统切换或其他环境准备操作，更加符合教学管理要求。

（6）权限管理：支持分权管理，管理员能够自定义管理权限。管理员可批量创建用户或导入用户，用户可自动与域用户同步。分级管理明确，平台具有很好的管理机制和稳定性。

系统功能模块还包括预警系统，用以全面了解云桌面、云服务器、网络传输资源的使用情况、性能和运行状况，对萌芽异常进行预警，提前解决避免事故的发生，并对故障原因进行分析，提供初步解决方案。

4 结语

云桌面技术对于高校机房的建设具有非常高的应用价值，能够充分发挥其技术优势，有效避免传统机房存在的问题，从而更好地提高资源的使用效率。当然，云桌面技术也有它的缺点，体现在对服务器和网络要求高，如果服务器资源不足，网络带宽不足、不稳定都会直接影响云桌面的使用。

引用

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