云桌面技术在计算机实训室建设管理中的应用

2022-08-12刘明

科技风 2022年19期

刘明

天津中德应用技术大学天津 300350

在教学活动中，相比于普通高校，应用技术类高校的计算机实训室承担着更多实训类教学课程、组织在线考试、培养学生实践操作技能等教学任务。在信息化时代背景下，随着教学内容的改变，对计算机实训室建设质量、管理水平提出更高要求，传统计算机实训室建设模式缺乏适用性、硬件设备使用寿命短、安全防护系数低、管理流程烦琐等，而对云桌面技术的应用为计算机实训室的建设管理提供了全新方向。

一、云桌面技术概述

(一)技术含义

云桌面技术也被称为桌面虚拟技术，依托虚拟技术，对内存、显卡等硬件设备加以虚拟化处理，通过网络与虚拟服务软件来支撑桌面操作系统运行，用户通过PC机、手机、平板电脑等终端设备直接访问云桌面系统，即可直接开展物流模拟、上机考试、用户信息储存管理等操作。简单来讲，云桌面技术向用户提供一个可通过任何设备、在任何时间与地点直接访问并执行统一操作的桌面系统。

(二)云桌面架构类型

现阶段，在高校计算机实训室建设方案中，常用的虚拟云桌面系统架构分为VDI虚拟桌面基础架构、VOI虚拟操作系统基础架构、IDV智能桌面虚拟化架构、RDS远程桌面服务架构四种，不同类型系统架构的适用范围、使用功能与用户体验存在差异性，需要根据实际需求加以选择。

第一，VDI架构是一种采取集中计算、存储方式的虚拟桌面架构，将全部客户机数据在同一服务器端进行运算、管理，用户访问操作系统环境，此类系统便于集中管理、数据安全得到保障，具备桌面移动条件的优势，但依赖于稳定的网络环境，在网络中断连接情况下无法有效使用。

第二，VOI架构是一种分布运算、集中存储的系统架构，并未在系统中设置硬件虚拟化层，用户可根据自身需求，在本地缓存操作系统与程序软件，实现在离线状态下正常运行的目的，有着数据安全系数高、提供传统PC机体验、网络环境不影响上机操作的优势。

第三，IDV架构与VOI架构较为相似，均采取分布运算、集中存储方式和具备离线运行条件，主要区别在于服务器端布置系统镜像，在客户机访问云桌面系统时，直接经过本地虚拟机即可实现访问，无须在运行期间持续传输、下载大量图像资料。然而，采取IDV架构的云桌面系统存在客户机性能要求高、保持客户机相同配置、系统兼容性差的局限性。

第四，RDS架构是在RDP远程桌面协议基础上发展演化形成，适用于连接Windows系统的计算机实训室，向用户提供良好、稳定的桌面体验，且数据安全性得到明显改善。

二、云桌面技术在计算机实训室建设管理层面的应用价值

(一)保障网络与操作安全

在早期计算机实训室使用期间，由于不当操作和访问存在安全隐患的网站页面，病毒通过网络传播入侵PC机，引发丢失信息和系统、程序、文件损坏等问题，并造成实训资料与实验结果丢失的后果。针对这一问题，部分高校采取配置还原卡与提供公用网盘的应对措施，在操作期间同步将数据资料上传至公用网盘备份，在出现数据丢失、文件损坏情况时，自动下载备份资料数据。然而，由于在校内上外网速度稳定性较差，公用网盘的使用体验不佳，时常出现数据备份失败、网络中断问题，需要额外使用自备U盘自PC机本地拷贝数据资料，在下次实训课堂上将数据导入，操作流程烦琐，占用大量的教学时间，还有可能因U盘自带病毒造成网络入侵。

云桌面技术的应用，可以充分保障网络及操作安全，规避潜在的安全风险，预防多种问题出现。一方面，云桌面系统应用到全新的NoDateUSB技术，在终端设备接入U盘等外接设备时，对外设进行数据安全校验，将检验结果发送至服务器，在安全校验通过后，再向用户提供外设服务，开放一部分的访问权限，反之，在安全校验未通过时，用户将无法正常使用外接设备，如系统拒绝执行向存在安全隐患U盘导入本地数据或服务器数据的指令。另一方面，云桌面系统属于SDN网络体系，构建具备独立性特征的隔离网络，对数据实施隔离保护，由数据中心将相关信息资料分配至对应的虚拟网络，各虚拟网络间不具备沟通、数据往来权限，保护效果等同于物理隔离。

(二)控制计算机实训室建设成本

计算机实训室的建设成本来自硬件配置、软件采购、运营管理三方面，各方面建设成本都较高。其中，硬件配置成本高的原因在于需要配置大量的计算机设备，尽管优先采购价格适中的低配计算机，但在计算机使用期间，受到自身老化、不规范操作、环境条件等因素影响，实际使用寿命仅为5～7年，远低于其标准寿命，频繁更换硬件设备而产生高昂成本。软件采购成本高的原因在于，需要在各台PC机上均采购、安装正版软件与操作系统，包括ERP软件系统及各种工具软件、模拟软件等，因重复采购这类系统软件而产生高昂的成本。运维管理成本高的原因在于，采取人工巡查、故障诊断、设备检修等方法开展维护保养工作，由于配置大量物理设备，要求高校需要组建一支规模庞大的管理团队，产生高昂人力成本，同时，因物理设备时常出现故障问题，还需储存大量的备品备件，备品采购、库存成本也将纳入运维管理成本范畴。

相比之下，对云桌面技术的应用，将同时从硬件配置、软件采购、运维管理三方面着手，将计算机实训室的前期建设与总体使用成本控制在合理范围内，减轻学校的财务负担。首先，在硬件配置方面，配置少量的高配置计算机来取代大量低配置计算机，虽然单台计算机的采购价格有所提高，但硬件设备的总体配置成本明显降低。同时，云桌面系统对硬件设备的性能要求较为宽泛，硬件设备的使用年限由5～7年增长至8～10年。其次，在软件采购方面，仅需单次采购各类型操作系统与软件产品，依托云桌面系统创建虚拟机镜像模板，根据学生数量批量生成虚拟机，学生提前登录账号来下载实训资源、加装操作程序与软件即可，无须反复采购。最后，在运维管理方面，管理内容由物理设备维护转变为云端服务器集群维护，学校建设一支专业性极强、精简的管理团队即可满足计算机实训室管理需要，节省大量的人力成本。同时，随着物理设备种类与数量的减少，仅需配置少量备品备件。

(三)资源灵活分配

不同专业实训课程对CPU、内存等硬件设备的性能要求不一致，为满足全部专业实训教学需要，在计算机实验室建设方案中普遍选择预留冗余性能的建设思路，安装高配置硬件设备，设备性能没有得到充分利用。与之相比，云桌面系统具备自动分配计算机资源的功能，由用户向系统提出申请，在申请审批通过后，向用户分配相应的计算机资源，或是根据所下载操作系统与软件程序来判断资源需求、生成资源配置方案。例如，在开展计算机应用、图形设计类实训教学活动时，向用户分配更多的计算机资源，而在开展经营管理类实训教学活动时，向用户分配少量计算机资源即可。

(四)连续性开展实训教学活动

在传统计算机实训室使用期间，受到课程时长限制，无法一次性完成实训教学活动，而是需要分多次进行，学生使用U盘等外设在计算机中导出实验结果与相关资料，在下次实训课堂上，在初始化的实操软件上重复开展前期已完成操作，操作流程较为烦琐，还将占用一部分的教学时间。其根源在于，为满足其他用户的使用要求，在计算机重启后，会对操作系统与软件程序执行初始化操作，清除历史操作记录。云桌面技术的应用，向用户提供定制服务，在用户认证通过后，系统将用户信息、系统及软件程序操作过程上传至云平台储存，在下次登录后，进入专属实训环境，直接显示上次退出账户时的系统界面，不会对操作系统和软件程序执行初始化操作，无须重复开展前期操作。

三、云桌面技术在计算机实训室建设管理中的应用策略

(一)优化云桌面系统架构

云桌面系统呈现出硬件资源集中、承载大量终端用户接入的趋势，具备了实训室集中管理、实时管理的条件。相比之下，传统管理方法较为落后，工作流程烦琐，要求管理人员重复开展PC机状态检查、调试等基础性工作。因此，为实现硬件资源统一管理、虚拟/物理桌面实时监控的管理目标，切实提高管理水平及效率，应对云桌面系统架构进行优化改进，采取设计数据中心、提供桌面连接服务、支持多类型客户端接入的具体措施。

1.设计数据中心

在数据中心端打造全部服务器中心管理节点，由数据中心完成虚拟机资源分配、管理、配置等任务，并由虚拟机承担服务器组件运行。如此，管理人员对数据中心进行直接管理，即可完成庞大数据流、硬件资源与终端设备的管理任务。

2.提供桌面连接服务

为满足实训教学与实训室管理工作的开展需要，应在系统架构中设计桌面连接服务功能，开发用户认证与服务器连接程序，在用户访问云桌面系统时，输入账号密码来认证用户身份，在认证通过后向虚拟系统或RDS主机发送控制指令，与服务器保持连接状态。同时，要求云桌面系统具备用户访问限制、自动分配程序软件、统一管理远程桌面、用户与虚拟桌面实时连接、单点登录等使用功能，由系统自动管理方式替代人工管理。

3.支持多类型客户端接入

在终端设备上下载View Agent软件，使用该软件保持客户端、数据中心端以及虚拟应用程序的连接状态，用户可以在任何时间、地点与选择各类型设备来访问云桌面系统。同时，还将在客户端提供连接监视与访问本地终端连接设备等使用功能，便于实训室管理工作开展。

(二)云桌面系统计算资源规划

提前收集与分析学生数量、各类实训课程使用软件程序等基础资料，判断不同情境下所需要的计算资源，以及各桌面系统最少占用的CPU资源，按照1.5倍容量计算CPU资源，按照4GB内存来设计单个桌面系统。同时，遵循高可用性原则，额外设置单台或多台物理服务器提供冗余资源，满足特殊情况下的使用需要。例如，在计算机实训室建设方案中，按200个虚拟桌面用户进行计算，单个桌面系统最少占用800MHz CPU资源，采取1.5倍计算方式，CPU资源与内存资源需求量分别为106666MHz和800GB。理论层面上，配置4台搭载2路8核CPU的物理服务器即可满足200个虚拟桌面的承载需要，单台服务器提供204.8G内存和33280MHz CPU资源，为应对突发情况，最终选择配置5台服务器。

(三)围绕云桌面技术建立全新计算机实训室建设管理体系

在应用云桌面技术的背景下，计算机实训室的建设要求、管理内容及范围、使用情况均发生明显改变，如果仍实施旧有的建设管理方法，不但会影响管理者、教师与学生的使用体验，同时，还有可能引发服务器瘫痪、系统崩溃等一系列问题出现，造成不必要的损失和影响实训教学活动开展。

因此，为充分发挥技术优势，必须遵循实际出发原则，围绕云桌面技术来建设全新的计算机实训室建设管理体系。一方面，在实训室建设层面，分阶段多次对原有计算机实训室进行改建，不得急于求成，在分次改建过程中要充分利用原有软硬件设施的剩余利用价值，总结经验，待经验完善、时机成熟后，再扩大计算机实训云平台的建设规模，将其推广至全校范围。例如，在硬件改建方面，既要配置全新的客户端设备，包括高配置计算机、云终端盒子等，同时也要统计旧有可使用的低配置计算机与学生自备计算机，将使用年限少于8年、开机后可进入云终端盒子的低配置计算机作为客户端接入，向自备计算机的学生提供网络接口，将高配置计算机的配置数量控制在合理范围内，避免出现设备闲置浪费问题。另一方面，在实训室管理层面，管理人员提前与各类实训课程教师进行沟通，了解实训课程中需要使用到的操作系统及软件程序，依托云平台来批量下载、调试各类操作系统和软件，教师与学生在访问云桌面系统时，直接在对应功能栏切换或下载所需系统软件即可，避免因教师学生操作错误而引起系统崩溃。同时，将计算机实训室管理内容由单台计算机维护和运行环境管理调整为云端服务器集群维护，重点开展云端服务器防攻击、防病毒和稳压等方面工作。