计算机桌面虚拟化技术在教学及管理中的实现路径研究

韩 芳，袁宇宾

(重庆理工大学计算机科学与工程学院，重庆 400054)

计算机桌面虚拟化技术在教学及管理中的实现路径研究

韩 芳，袁宇宾

(重庆理工大学计算机科学与工程学院，重庆 400054)

大数据时代，高校计算机教学及管理平台的规模越来越大，信息的扁平化程度越来越高，原有的教学管理模式弊端日益凸显。在介绍计算机虚拟桌面技术的基础上，结合高校计算机教学及管理的实践，重点研究计算机虚拟桌面技术在计算机教学和管理平台的应用原理和实现路径。实践研究结果表明:计算机虚拟桌面技术在计算机教学及管理中的实现路径运行有效，对提升教学管理水平有现实意义。

云计算;计算机管理平台;桌面虚拟化

大数据时代，高校计算机教学及管理平台的规模越来越大，信息的扁平化程度越来越高，原有的计算机教学及管理模式弊端日益凸显［1］。计算机教学及管理人员重复着枯燥、低技术含量的维护工作，导致计算机教学及管理需要的人力资源投入多，整体工作效率低下。其具体表现为:

1)机房日常维护工作量增大。计算机实验室是面向全校师生、涉及多个专业或多门课程的实验基地;每门课程经常要花费大量的时间安装和更新计算机操作系统、各类应用软件;而采用传统的保护卡网络同传功能相当费时，造成机房使用率下降;同时，由于还原卡的不稳定或网络丢包问题，有些机器需要2次、3次同传，维护人员做的重复性工作较多。

2)很多软件安装后需要单独注册，否则无法正常使用。现在越来越多的计算机专业软件(UGS NX4.0、AUTOCAD2006、Photoshop CS4.0等)加密，经过网络同传后，注册失效，需要逐台重新注册。一个大机房如果有90台学生机，每台学生机需同时对几个软件单独注册，则给管理员带来的工作量可想而知。

3)实验室机器的品牌、配置各异，给管理带来了极大困难。由于实验室不同品牌、型号计算机的操作系统要单独安装，因此制作“母机”(用于网络同传安装其他计算机的样板计算机)的工作量较繁重，且每台计算机又需要安装多个操作系统(解决软件版本冲突)，极容易出错。

4)长期网络同传会导致交换机和硬盘寿命降低。虽然没有官方说明，但从长期实践经验可知，经常进行网络同传的计算机硬盘和交换机故障率相对较高。

5)计算机硬件损坏更新后，很多机器还原卡不兼容。目前的还原卡虽然可以支持同时在一台PC上安装多个操作系统，但仍需花费时间，且难以适应应用的发展。由于计算机发展较快，对于已经使用多年的计算机，极难购置到原配件，而且这些计算机都需要逐台安装驱动程序。

6)无法提供便捷的考试环境。对于国家计算机等级考试，其软件要求是每台机器都需要不同的用户名登录。在以往考试前，需安排大量的人力手工打开保护卡添加用户，考试完再恢复，费时费力，且容易出错。另外，很多技能鉴定考试中的每台学生机都有一个单独的考试文件，它们各不相同，也无法通过还原卡同传部署。

由此可见，原有的计算机技术还原管理模式已成为发展瓶颈，积极探索新的计算机技术管理模式成为必然。

1 计算机桌面虚拟化技术

自2005年开始，云计算、云服务、虚拟化的声音渐渐兴起，但是由于技术的成熟性、可靠性尚未得到较好的验证，因此计算机虚拟化技术未能广泛推广。近年来，随着世界几大虚拟化厂家加大研发和推广力度，虚拟化技术已步入成熟期［2］。计算机服务器虚拟化、存储虚拟化、桌面虚拟化是计算机技术虚拟化的几个组成部分。近年来，高校在服务器虚拟化、存储虚拟化技术方面有了一定的应用，也解决了一些实际问题。但学校却并未从动辄上千台PC的管理应用中受益。桌面虚拟化技术的成熟为解决这一难题提供了良好的技术保证，也为其在高校计算机教学及管理中的运用赢得了契机。

1.1 桌面虚拟化的特点

桌面虚拟化是指将计算机的桌面进行虚拟化，以达到桌面使用的安全性和灵活性要求。其最大特点是可以通过任何设备，在任何地点、任何时间访问网络上属于个人的桌面系统［3］。桌面虚拟化依赖于服务器虚拟化，可在数据中心的服务器上进行服务器虚拟化，生成大量的独立的桌面操作系统(虚拟机或者虚拟桌面)，同时根据专有的虚拟桌面协议发送给终端设备。用户终端通过以太网登陆到虚拟主机上，只需记住用户名和密码(或者网关信息)即可随时随地通过网络访问自己的桌面系统，从而实现单机多用户或者单机多系统。

1.2 虚拟桌面技术原理

虚拟桌面采用服务器网络推送的模式，在服务器端安装各种用户所需的应用系统镜像，所有客户机采用网络启动模式，开机后由服务器推送操作系统与服务［4］。这种推送模式的分层结构如图1所示。

结构的最上层是操作系统容器(OS Container)。在容器中可以容纳多个操作系统包，操作系统包通过操作系统推送器(OS Delivery Layer)进行服务器和客户机之间的系统推送;网络媒体可以是局域网(LAN)或者是互联网(Internet)，操作系统推送到客户机后，由操作系统执行器(OS Executive)或虚拟机(VMS)执行，从而驱动电脑硬件。

图1 推送模式的分层结构

1.3 桌面虚拟化的优势

由于计算发生在数据中心(服务器)，所有桌面的管理和配置都在数据中心进行，因此管理员可在数据中心对所有桌面和应用进行统一配置和管理［5］，例如系统升级、应用安装等。这就避免了传统的由于终端分布造成的管理困难和成本高昂等缺点，尤其适合于学校机房、教学中心等规模大、需求多变的应用场景。和传统软件保护相比，虚拟桌面具备一些不可比拟的优势，两者的各项主要性能指标如表1所示［6］。

表1 传统软件保护和虚拟桌面的性能指标比较

桌面虚拟化项目实施后，能达到以下目标:①简化计算机实验室的管理，提高系统部署效率，实现操作系统与具体硬件无关性。②为教师和学生提供个性化操作系统界面，放权让教师和学生管理自己的个性化操作系统，且个性化操作系统界面与物理计算机无关，而是随使用者的不同而不同。③对计算机实验室内的计算机操作系统统一管理和维护，为教师和学生提供高性能的个性化桌面服务，既降低了管理人员的工作量和管理难度，又能为教师和学生安装应用软件提供方便。④切实利用好计算机本地硬盘，解决目前市面上一些虚拟化产品对网络、后台服务器过度依赖的问题。在特殊情况下，前台计算机可独立运行，实现向前端PC推送多操作系统的能力。⑤在不重新批量安装操作系统和应用软件的条件下，实现批量升级操作系统、应用软件以及新应用软件的安装。

2 计算机桌面虚拟化技术实现路径

当前桌面虚拟化领域的厂商非常多，国外有微软、思杰(Citrix)和 VMware等，国内有奥易、PNS、网众和锐起BSD等。这些软件各有优势，可按照需求和预算来选择解决方案。总的来说，桌面虚拟化对于网络和服务器的依赖性非常强。国产的虚拟化软件对于服务器的要求一般，品牌服务器中等配置即可满足要求，对于存储的要求也不高，数据可以缓冲到本地硬盘;微软等国外的虚拟化软件对服务器配置要求极高，若高校机房节点较多，还需部署海量存储。若涉及三维图形的课程，则要部署图形服务器，性价比低于国产虚拟化软件。

根据实验室的实际情况和经费预算，选择PNS作为虚拟化的解决方案。

PNS虚拟桌面把多用户、多桌面、多环境的用户系统集中在一起统一管理，可根据各种用户的不同需求制作多种应用环境［7］。当学生打开电脑后，系统为用户提供选择菜单，由学生自行选择所需要的应用环境。选择完毕后，系统自动推送使用者其选择的虚拟桌面。这样可以帮助学校的计算机管理部门在原有计算机设备投资的基础上，建立高效、快捷的管理架构，把原有的只能分散管理的计算机全部纳入部门集中管控。

2.1 PNS的软硬件系统框架

PNS虚拟桌面应用简单，只需在服务器端安装管理软件，所有客户机采用网络优先启动模式。一般在服务器配置多个应用系统镜像，当客户机开机后，服务器会根据客户机选择的启动菜单，为其分配私有应用系统和桌面，推送个性化服务。PNS虚拟桌面的系统框架如图2所示。

图2 PNS软硬件系统框架图

2.2 服务器镜像制作

PNS系统提供分类虚拟桌面，根据各种课程实验的不同应用需求，可在服务器端制作不同的虚拟桌面，这种虚拟桌面调用的实际就是镜像文件。PNS的镜像文件可分以下几种:

1)基本镜像。当系统首次安装时，需要一台客户机安装相应的操作系统和基本运行软件。安装完毕后，把该操作系统发布到服务器上，即形成了基本镜像。

2)增量快照镜像。当管理人员在原有基本镜像上新增了部分软件后，可在服务器上形成快照增量镜像。此镜像由两部分组成:基本镜像和增量部分，因此使用者可以在基本镜像和增量部分进行切换。

3)逻辑镜像。新增软件后，基本镜像和快照增量镜像的组合形成逻辑镜像，其余客户机只要选择逻辑镜像启动，即可自动使用新安装的软件。

镜像的制作是实现虚拟化的重要环节。镜像文件不能太大，否则会影响虚拟桌面启动的时间。基础镜像安装最基本的软件，比如系统补丁、安防软件、阅读器、视频播放器、OFFICE系列等常用软件。然后每一门课程制作一个增量镜像，比如程序设计基础是在基本镜像的基础上增加VC++，VB或者.Net等软件形成逻辑镜像。每门课程都有自己的逻辑镜像，互不影响。每个逻辑镜像在开机后都有启动项，学生可以自主选择进入课程学习。这种设计方式既满足了个性化教学的需求，同时也控制了镜像文件的大小，改善了用户使用感受。图3是计算机实验中心采用PNS后的多个教学平台。

图3 采用PNS后的教学平台

2.3 网络路径

桌面虚拟化项目的实施需要网络支持。网络最低要求是桌面百兆，上联千兆的网络基础架构，条件允许的话最好达到全千兆。

每个机房单独组成网络，每个教室单独采用一台服务器(如图4所示)。这种网络结构的优点在于网络架构简单，网络设备投资小;缺点是每个机房都要配置单独的服务器进行管理。

图4 机房网络拓扑

3 结束语

面对越来越多的应用管理问题，必须采用新型的管理模式和方法来解决。在云计算领域，针对桌面应用的管理，应用虚拟化技术是主流。它将应用程序与操作系统解耦合，为应用程序提供了一个虚拟的运行环境［8］。在这个环境中，不仅包括应用程序的可执行文件，还包括所需要的运行时环境。从本质上说，应用虚拟化是把应用对低层的系统和硬件的依赖抽象出来，不但可以解决版本不兼容的问题，更方便了客户端用户通过各种接入设备访问应用资源。这种方法将各种应用软件集中部署在应用服务器(集群)上，通过应用虚拟化功能，将各种应用软件资源整合到统一的共享平台上，供客户端用户通过网络直接访问使用。该方式解决了机房管理的瓶颈问题，同时也面临着新的挑战。因为这种环境需要更稳定的服务器和更可靠的网络服务，且管理虚拟化机房的管理人员需要更多的专业知识。

［1］ 广小明.虚拟化技术原理与实现［M］.北京:电子工业出版社，2012.

［2］ 鲁松.计算机虚拟化技术及应用［M］.北京:机械工业出版社，2008.

［3］ 王宇宁.虚拟技术在桌面管理中的应用和实现［J］.计算机与网络，2009(14):62.

［4］ 赫斯.虚拟化技术实战［M］.徐炯，译.北京:人民邮电出版社，2012.

［5］ 《虚拟化与云计算》小组.虚拟化与云计算［M］.北京:电子工业出版社，2009.

［6］ 姚宏宇，田溯宁.云计算:大数据时代的系统工程［M］.北京:电子工业出版社，2013.

［7］ 钟约夫.桌面虚拟化应用中虚拟环境评估与规划的研究［J］.自动化与仪器仪表，2011(1):15－16.

［8］ 任军.桌面虚拟化在高校实训机房应用探讨［J］.计算机光盘软件与应用，2012(4):41－42.

(责任编辑 杨黎丽)

Application Way of Desktop Virtualization Technology in Teaching and Management

HAN Fang，YUAN Yu－bin
(Department of Computer Science and Engineering，Chongqing University of Technology，Chongqing 400054，China)

In the age of big data，with the scale of computer teaching and management platform in colleges becoming larger and the degree of flattened information deepening，the defects of former teaching management model emerge.This paper focuses on the study of the applicable principles and the application way of desktop virtualization technology in computer teaching and management on the basis of introducing desktop virtualization technology and combining practical experience of computer teaching and management in colleges.It has been found that desktop virtualization technology is effective in applying computer teaching and management，and has important practical significance in improving teaching management level.

cloud computing;computer management platform;desktop virtualization

TP308

A

1674－8425(2014)07－0105－05

10.3969/j.issn.1674－8425(z).2014.07.021

2014－03－08

重庆理工大学高等教育教学改革研究项目(2013YB19)

韩芳(1963—)，女，北京人，高级实验师，主要从事计算机应用教学研究。

韩芳，袁宇宾.计算机桌面虚拟化技术在教学及管理中的实现路径研究［J］.重庆理工大学学报:自然科学版，2014(7):105－109.

format:HAN Fang，YUAN Yu－bin.Application Way of Desktop Virtualization Technology in Teaching and Management［J］.Journal of Chongqing University of Technology:Natural Science，2014(7):105－109.