高校计算机实验室建设中应用云桌面技术的价值

覃玉笔?滕广禄

摘要：高校计算机实验室PC终端数量多，不同实验室需要承载的实训考核功能不同，在这种情况下，PC终端的软硬件配置以及整体系统架构有较大差异，因此计算机实验室管理运维工作难度较大。云桌面技术属于虚拟化技术范畴，在该技术下，硬件实力强大、数据集成度更高的服务器可以将自身资源分配给多个PC终端使用，这种模式下不同PC集群不必为了不同的目标功能而进行软硬件调整，不论是运维成本还是管理效率都大幅提升，而且在服务器统一数据传递的基础上，其数据安全性也更有保障。云桌面是当前高校计算机实验室发展建设的重要方向，相关技术应用自然也成为此方向的研究重点。将以云桌面技术概念为入手点，分析云桌面技术应用于高校计算机实验室的优势以及传统高校计算机实验室存在的问题，并重点研究云桌面技术在此方向上的应用策略。

关键词：计算机实验室；云桌面技术；技术优势

一、前言

现代教育发展过程中，高等院校教育硬件发展受到广泛重视，而从教学模式和教学内容方面看，不论是计算机相关专业还是非计算机相关专业学生都对计算机实验室有着较高的使用需求。在高校建设发展过程中，计算机实验室建设管理支出占比相对较大，在更高的授课和学习需求下，计算机实验室硬件升级运维周期相对较短，这是各高校在相关方向建设发展中必须考虑的问题。此外，从需求角度看，相当一部分需要应用到计算机的教学科目对计算机软硬件要求相对较高，而且在共同学习、统一考核的应用形式下，计算机实验室还必须具备较强的信息共享能力。传统计算机实验室各PC端独立性相对较强，教学工作完全依托PC端自身的软硬件。在这种情况下，计算机实验室运维成本相对较高，而且功能实现度有限。云桌面技术能够深挖云端服务器资源，在远程共享的基础上实现外部资源在PC端上的合理分配，这也是解决高校计算机实验室建设问题的关键技术。

二、云技术及云桌面技术概念分析

云桌面技术属于云技术范畴，云技术是一种基于远程硬件共享实现本地设备更高软硬件性能的技术。以往人们在使用计算机设备时，需要根据自身使用需求选择硬件性能达标的计算机设备，随着使用需求的提升，计算机设备的硬件也面临升级换代需求，使用者的使用成本提升，使用便捷性也受到一定影响。云技术下，人们将拥有强悍硬件性能的服务器作为公共设施，所有人都可以通过互联网技术，在付费租赁的基础上在本地设备上享受服务器硬件资源[1]。以人们比较熟悉的百度网盘为例，其主要为客户提供云端储存空间，相较于购买同等容量的移动硬盘，使用百度网盘性价比更高，其服务器租赁费用相对较低，开通会员后，可以以每年不足200元的费用享受5T超大云盘空间，而购买同等容量的移动硬盘不仅花费更高，且无法享受云盘基于硬件优势而带来的写入和读取速率优势。

云技术的核心理念是通过共享服务器资源来降低本地设备的硬件负担，随着技术的发展，云端服务器不仅可以为本地设备分配相应的硬件资源，也可以在软件层面实现操作系统等方向的技术支持，云桌面技术是在云技术云计算技术基础上发展而来的一种云端虚拟化技术，根据不同的技术架构，云桌面技术主要分为虚拟桌面基础架构（VDI）、虚拟操作系统技术架构（VOI）、智能桌面虚拟化技术（IDV）三类，其中应用比较广泛的是VDI和VOI，此类架构的终端通常是瘦客户端[2]。通常远程终端与云计算平台之间通过互联网之间进行数据交互，而云计算平台与计算机实验室各PC端之间也通过互联网进行数据交互。云计算平台通过服务器实现网络虚拟化、存储虚拟化和计算虚拟化，同时，相应的操作系统和桌面系统也都储存于服务器之中[3]。云桌面通过桌面虚拟化技术，将服务器资源合理分配给多个用户使用，不仅降低了本地设备的硬件负载同时也提升了数据的集中度和开放程度，更利于多台机器的数据共享，此特点正与高校计算机实验室建设发展需求相符。

三、云桌面技术应用于高校计算机实验室的优势

（一）运维成本低

相较于传统计算机实验室架构，云桌面技术显著降低了运维成本，这体现于硬件升级成本、能耗成本以及管理成本三个方面。首先，应用云桌面技术充分发掘了远程云端服务器的硬件优势价值，在本地PC端设备硬件参数相对有限的情况下，就可以实现一些高硬件性能需求的教学/考核功能，相较于直接购买硬件升级本地设备，租赁云端服务器的成本明显更低。而从能耗成本角度看，云桌面技术主要应用瘦终端，功耗在15w左右，而传统主机功耗一般在200w至300w，以200台规模的计算机实验室为例，其需要3台单位功耗500w左右的服务器来进行虚拟资源分配，按照当前电价，传统计算机实验室年能耗成本约为7.5万元，而云桌面模式下，瘦终端功耗加服务器功耗年能耗成本约为1.4万元，由此可见云桌面架构具有明显的功耗成本优势[4]。而从管理成本上看，云桌面计算机实验室在后期运维过程中仅需对服务器及内存等少部分硬件设备进行更新维护，本地主机管理维护需求相对较低，其管理成本也相对较低。

（二）便于集中管理

云桌面技术下计算机实验室数据存储非常集中，绝大多数数据信息储存于云端服务器之中。教师在进行授课或考核时，只需通过教师端登录相应的云桌面服务平台即可通过虚拟桌面来进行数据读取和任务分配，而且由于数据信息不在本地PC端上储存，因而数据集中度更高，教师想要开展某一方面的教学或考核工作时，可在不同计算机实验室登录相同的云桌面平台进行远程数据读取，这使得教师无须在各个实验室之间进行反复的数据拷贝和数据输入，教师只需在一个教师端口上上传相应的教学或考核软件，系统即可通过虚拟模板机来进行快速自动化任务部署，此时所有学生端计算机都可通过虚拟机克隆的形式获取同样的操作系统和软件信息内容，这大大加强了，计算机实验室的信息集中度，教师的管理工作也更加便捷[5]。

（三）资源开放度高

云桌面技术以云端服务器为数据核心，服务器的数据体量和数据广度极高，用户使用相应的云桌面平台，可以充分利用云端服务器内的各类开源数据，因此云桌面技术具有资源开放度高、资源共享更为便捷的优势。高校计算机实验室教学内容不同，其需要应用的教学资源以及授课时使用的操作系统也不相同，这种情况下，云桌面技术可以实现远程资源共享，不仅可以将预设的软件内容通过虚拟机克隆至每一台本地设备，而且可以从云桌面平台直接获取适宜的操作系统和工作场景，提升计算机设备的可操作性。而从教学考核角度看，由于云桌面平台具有资源开放以及资源共享的特点，因此学生在登录相关系统后可以自行同步相应的考核内容，并根据自动分配的操作系统和工作场景妥善接受考核测定。

四、传统高校计算机实验室存在的问题

（一）硬件问题

传统高校计算机实验室各PC端相对独立，在运行相关内容时，所有PC端的硬件设备都必须达到相关运行内容的最低配置要求。计算机专业或设计专业学生，其学习的各类软件技术对计算机硬件配置要求较高，而且随着相关软件不断的发展升级，其对于计算机硬件配置的要求还将进一步增加。在这种情况下，传统高校计算机实验室必须根据教学需求动态升级实验室内各台电脑的硬件设备。一般来讲计算机各硬件设备平均寿命在8年以上，而较短的硬件更新升级周期极大的提高了计算机实验室的硬件建设成本。以3D设计相关教学工作为例，由于在教学工作中需要进行复杂的3D建模，因此这一方向的教学工作对计算机CPU以及GPU的渲染能力要求较高，如根据最高硬件要求标准，更新既有PC端设备，不仅需要购买新的CPU和显卡设备，还需要连带更新适配的主板以及电源，这几乎相当于更换了整个PC主机设备，硬件成本极高。

（二）管理问题

使用传统PC主机开展教学工作时，计算机实验室整体管理工作极为复杂，不仅需要根据教学内容逐台调整硬件配置，耗时时间长，而且操作量大。除硬件设备更新外，工作人员还需要根据下一阶段教学工作所用的软件系统调整计算机的操作系统和驱动模块。很多教学所用软件在经过升级后提高了对PC端操作系统的最低要求，为满足教学需求，工作人员需逐台进行系统重装并且在重装系统后需要更新电脑驱动以保障教学软件的正常运行。在这种情况下，工作人员的工作量相对较大，而且实际教学应用过程中单台电脑故障发生率相对较高，整体管理难度也相对较大。最后，教师在传统计算机实验室中开展教学工作时需要通过网络同传来进行大量数据信息传输工作，这不仅要求所有PC端主机处于同一局域网络内，而且不同软硬件配置的主机也很难同步完成数据接收工作，教师或管理人员在此过程中需要进行大量的调整操作。

五、高校计算机实验室云桌面技术应用策略

（一）保持设备集中，实现统一管理

首先，对处于不同区域的计算机实验室进行MAC地址记录，逐台采集终端网卡相应信息，记录所有终端地址并将其交由云桌面平台云端服务器进行存储，在后续开展教育工作时教师就可根据教学需求通过虚拟机以及服务器记录的MAC地址来进行服务器资源的动态分配。其次，将各类终端软件进行打包整合，将其置于云端服务器之中，在软件系统执行过程中，同步调动本地PC终端的相关硬件参与软件系统的解析执行，保证云端服务器与本地设备共同发挥自身价值，降低网速以及宽带频谱稳定性对云桌面系统的影响。另外，在进行系统建设的过程中注意汇聚层与接入层之间的连接，汇聚层将管理机房中服务器虚拟化以及云服务器集群，存储的相关信息通过校园网进行信息交换，由接入层交换机完成HUB信息交换并将信息同步至普通本地PC端以及云桌面终端机。在此架构中物理资源管理不需要人工干预，管理机房采取超融合管理平台来合理划分虚拟储存以及虚拟网络等，在系统使用过程中操作者接入云桌面平台即可同步共享虚拟桌面资源。

（二）构建系统软件云，简化资源应用过程

在云平台技术下，计算机实验室需完善构建系统软件云，在提升软件执行效率的同时简化各类云服务器终端资源应用过程。云端服务器中整合存储了大量用于不同方向的教学资源和教学软件，通过系统软件云，教师可以结合具体的教学内容来通过云平台构建任意数量的虚拟机，在设置任务目标后，进行虚拟机任务资源自动分配，此时学生端显示器即可根据教师所选，创建能够运行相应教学软件的虚拟桌面，而教师在教学过程中可以通过教师端对虚拟桌面进行控制和调整，这样教师就能够根据自己的教学进度，基于虚拟桌面和虚拟机投射的软件内容进行教学演示以及学生自我练习任务的分配。VOI架构的云桌面平台具备单一服务器多重虚拟桌面的功能，不仅所有虚拟桌面统一受控于教师端，而且在权限下放后，每一个虚拟桌面也具备独立的操作运行能力。教师在教学过程中可通过管理中心实时查看终端列表，不仅可以了解每一个MAC地址的当前状态，而且也可以了解所有虚拟机的镜像状态，这在简化资源应用过程的基础上提升了教师对所有学生的教学控制能力。

（三）依托模板和桌面池，强化整体管理质量

云桌面平台普遍采用三层桌面管理模型，包括模板、桌面池以及桌面虚拟机。使用者根据实际使用需求装好相应的应用软件和操作系统，而这个虚拟机就将作为后续系统构建其余虚拟机的标准模板，而作为模板的原始虚拟机又不同于其他虚拟机，其在后续调取使用过程中将视作标准化文件，而不是一般虚拟机。桌面池是以模板为基础的所有虚拟机集合，桌面池能够通过参数设置确定所有虚拟机的虚拟硬件参数，以某大学计算机实验室为例，三好计算机实验室其桌面池命名为“电教室—3”，该教室用于计算机基础课程教学且本地终端数量为45台，因此桌面池将具体参数定义如下：使用专用桌面、虚拟机最大数量为45、单个虚拟桌面16颗vCPU、8G内存、虚拟机存储于D盘。学生在学习过程中直接使用桌面虚拟机，由教师进行统一控制，适时下放自行操作权限，学生借助于桌面虚拟机同步的软件操作系统和软件功能学习和练习相关课堂知识。

六、结语

计算机实验室在高校教学工作中占据重要地位，而云桌面技术符合高校计算机实验室建设需求，其不仅能够解决传统模式下软硬件配置限制，同时也能进一步强化计算机实验室整体管理水平。应用云桌面技术可让高校师生在现有设备条件下开展各种不同形式的教学和学习工作，有助于实现相应的教学目标。

参考文献

[1]蒋燕翔，潘育勤.云桌面技术在高校计算机通用实训室应用与实践[J].四川职业技术学院学报，2021，31（5）：59-63.

[2]李丽山.云桌面技术在高校计算机实验室管理中的应用研究[J].电脑知识与技术，2021，17（23）：126-127，147.

[3]龙熠.高校计算机实验室建设和管理中云桌面技术运用研究[J].消费电子，2021（7）：38，41.

[4]杨浩志，辛艳青.基于VDI桌面云的高校计算机实验室建设研究[J].无线互联科技，2021，18（14）：42-43，47.

[5]李毅.噢易桌面云虚拟化平台在高校计算机语音实验室的应用探讨[J].数字技术与应用，2021，39（7）：56-58.

基金项目：1.2021年度广西高校中青年教师科研基础能力提升项目“云计算技术在高校计算机实验室建设中的应用研究”（编号：2021KY0908）；2.5G切片技术在超高清视频的应用研究（编号：2021KY0905）

作者单位：广西职业师范学院