高校计算机实验室管理技术探讨

陈志雄

摘要：随着相关学科和专业对计算机实验教学提出更高的要求，在实验室现有管理技术条件下，如何更好地提高实验室计算机综合管理水平，发挥实验室实验教学优势，已逐渐为高校实验室各级管理人员所关注。通过对当前高校计算机实验室通用的管理技术进行比较介绍和对现阶段较成熟的虚拟云桌面技术进行探讨和研究，结合我校计算机实验室教学与管理的实践，讨论引入虚拟技术的必要性。

关键词：信息化；保护卡；实验室管理；虚拟云桌面

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）19-0185-03

Approach on Management Technology of the University Computer Laboratory

CHEN Zhi-xiong

（The School of Computer Science and Information Engineering of Hubei University， Wuhan 430062 China）

Abstract：As related discipline and specialty has put forward higher requirements on computer experimental teaching， all levels of managers in University laboratory have gradually attracted attention about how to better improve the comprehensive management level of computer in laboratory and play laboratory and experiment teaching strengths under the laboratorys existing management technology condition. The necessity of introducing virtualization technology is discussed which combining with practice of teaching and management of university computer laboratory， according to compare and introduce current several of general management techniques about University computer Laboratory， and discuses and study the more mature virtual cloud desktop.

Key words： informatization； protective card； laboratory management； virtual cloud desktop

1 概述

高校计算机实验室是信息化教学和人才培训的重要基地。随着计算机应用技术的不断发展，社会对大学生计算机应用能力的要求也不断提升，掌握计算机的基本操作和专业软件的使用技能已成为当代大学生必备的基本素质[1]。大学生计算机技能的学习与掌握离不开计算机的实验实践教学环节。高校计算机实验室作为信息化教学活动的集中区域，是实施计算机实验教学环节的重要资源场所，承担着计算机公共课程和专业软件课程等实验教学，以及上机考试和培训等对外服务诸多功能。为了保证信息化教学活动任务的完成，对于计算机实验室的管理就显得非常重要，其管理状态不仅影响着管理人员的工作效率，也影响着实验教学效果和质量。

2 目前高校计算机实验室的管理技术模式

随着计算机与网络技术的普及，计算机实验室作为高校公共计算机教学的重要场所已经成为教育现代化的象征，并且体现着高校信息化建设的水平。目前，高校计算机实验室的计算机设备主要是独立PC终端计算机。独立PC模式由于提供了良好的价格、性能与功能的组合，一直为各高校沿用至今。而高校实验室在计算机管理技术上主要以软件保护卡和硬盘保护卡为技术载体，这两种技术模式为计算机实验室的管理发挥了重要作用。

2.1 软件保护卡

软件保护卡也称为虚拟还原方法，它主要是由各品牌电脑厂商针对硬盘数据安全开发的软件，能提供对计算机的硬盘数据保护，网络同传，网络控制功能等。其工作原理类似于引导性病毒程序，在操作系统（OS）引导前，修改引导区，从而取得对硬盘扇区的引导权。待OS启动后，记录OS对硬盘的写操作痕迹。当计算机操作系统重新启动时，对硬盘数据区域恢复到写操作之前的状态，从而实现对硬盘数据的保护。早期软件保护卡技术在各高校计算机实验室大量使用，对公共计算机的数据安全起到了很好的保护作用。但这种以软件程序为主的虚拟还原技术也极其容易被病毒程序穿透。

2.2 硬盘保护卡

硬盘保护卡是目前计算机实验室使用得最多一种计算机管理技术，也是对计算机实验室进行高效和整体管理维护的高效解决方案。硬盘保护卡具有自动恢复，保护COMS设置，网络唤醒，远程控制，网络对拷、IP地址自动修改等功能[2]。它的最大技术价值就在于带有网络克隆功能，实验室管理员只需要管理好一台计算机（PC机），通过连接网络，就可以实现实验室同一局域网环境中其他PC机的自动连线，再通过差异拷贝功能，又可轻松完成整个实验室的维护工作，从管理目标上真正实现了实验室管理的自动化，减轻了实验室管理人员工作量。它的工作原理与软件保护卡相似，但技术性能相对于软件保护卡技术更加优异。

硬盘保护卡从物理形态上一般集成在网卡上，或者直接集成在主板上，对计算机硬盘数据起到保护作用[1]。在实验室管理中，一般会根据实际的实验室教学实践需要，通过保护卡把PC机规划为多个操作系统，安装适合不同场景要求的教学软件，可以使实验室管理更加规范、灵活，而且带来良好的扩展性。在每次OS重新启动后，硬盘保护卡可以使OS还原到最初状态，能有效地防止计算机系统故障，病毒入侵等行为而造成计算机OS无法使用的情况。目前，高校计算机实验室中大多采用噢易硬盘保护卡来实现对计算机的批量管理。

3 计算机实验室管理中面临的问题

软件保护卡技术和硬盘保护卡技术对计算机实验室的管理带来了积极的推动作用，不但提高了实验室管理水平，也让实验室管理人员从琐碎的维护工作解放出来。然而随着高校教育信息化的发展，教师教学手段和工具软件的升级对更新较慢的计算机硬件带来了极大挑战，使得计算机实验室的管理又面临着现实问题。主要表现在以下四个方面。

1）教学环境变化问题

计算机操作系统和教学软件随时间的发展会逐步更新升级，而计算机硬件设备往往需要使用5年以上，使得原来计算机规划的硬盘分区空间也会越来越不满足教学实验要求，而且操作系统升级后，原有保护卡功能对操作系统的支持功能也受到限制。因此，重新规划计算机硬盘分区和增加硬件投入将是实验室管理人员不得不面对的问题。

2） 计算机硬件配置异构问题

计算机的硬盘保护卡是严重依赖计算机硬件结构的。不同品牌，不同型号的计算机在安装硬盘保护卡以后，虽然可以实现计算机终端的系统配置与集中管理，但计算机系统在批量同传时，只能在同一硬件类型的计算机之间实现。而现实情况是，高校实验室内的计算机大多是分批次建设投入，不同品牌的计算机因配置不统一，就不能实现同一局域网内统一的网络对拷功能。从而也增加了管理人员的额外维护工作量。

3） 软件安装注册问题

目前，实验室计算机上安装的软件大多是破解版的专业教学实验软件，对不同的计算机要求使用不同的注册码。当某一台计算机对安装软件注册激活，由硬盘保护卡对计算机通过网络传输克隆后，其他计算机上的同一软件往往提示注册失效，导致该软件无法有OS上使用。此时，往往需要管理人员逐台开启计算机保护功能，对相关软件进行注册激活，这种情形对管理人员而言工作量可想而知。

4） 计算机系统安全问题

计算机硬盘保护卡的重要功能是保证系统数据的安全，但是在实验教学中随着网络病毒程序的侵入和学生对计算机技术的兴趣，破坏硬盘保护卡的防线也成了一件很容易的事情，往往给正在进行的实验教学带来极大的干扰。虽然计算机在重启系统后，操作系统又可以恢复，但是不对计算机操作系统做定期的升级补丁程序和更新，也容易带来相关安全隐患。

4 虚拟化技术对计算机实验室管理的作用

虚拟化技术主要包含存储虚拟化、服务器虚拟化和桌面虚拟化等几个部分[3]，随着云计算的发展和虚拟化技术的成熟，虚拟化技术已经在部分高校的实验室计算机管理中得到了一定范围的应用，尤其是桌面虚拟化已成为计算机实验室管理的新技术模式。

桌面虚拟化是以Client/Server的计算模型为基础，将本地计算机中的桌面环境从PC机中分离出来，由服务器提供“虚拟化”的系统桌面，在局域网等环境中为终端设备提供与本地计算机相同的用户体验。[1]其主要特点在于将使用与运行分离，终端用户可以利用瘦客户机加显示器，一体机，独立PC机，PAD等多种终端设备使用虚拟桌面，而虚拟桌面镜像则存储运行在网络中的服务器上。

目前桌面虚拟化技术相对成熟的公司主要是Citrix（思杰）、VMware和微软[4]，相应的虚拟化技术分别是Xen、VMware View和MED-v。在我国高校计算机实验室中应用的桌面虚拟化解决方案主要是基于Xen和VMware技术的产品。国内相关厂商主要有：三盟信息科技，青葡萄科技，深信服科技、噢易科技与和信创天科技等。

桌面虚拟化解决方案可以有效改善计算机硬件资源效率低落的问题。实验室计算机在部署桌面虚拟化应用后，在以下四个方面可以显著提高实验室管理的效率：

1）管理维护工作

桌面虚拟化软件提供了统一的WEB操作管理平台，实验室管理人员只需要在一个管理界面上操作相应的虚拟机镜像，就可以轻松实现对终端PC等设备的运维管理、操作系统更新、应用软件安装，桌面环境切换等一系列操作，从而提高实验室计算机软硬件资源使用效率。

2） 统一桌面环境

桌面虚拟化技术能提供终端设备统一的操作系统桌面环境， 而且对终端设备的性能要求非常低。不论实验室计算机的配置如何，只要能满足软件运行最低配置要求，都可以根据需要运行统一的桌面应用环境。因为桌面数据的处理都在服务器上进行，终端设备只显示虚拟桌面图像和传输操作命令，在软件安装或操作系统升级时，管理人员只需要在一个虚拟桌面上进行超级权限操作，就能立刻同步到其他终端设备上。

3） 软件兼容性不再受限

桌面虚拟化技术能够通过对虚拟机资源的划分，生成虚拟的硬件ID号，这样就可以有效解决软件注册时要求绑定硬件ID的问题，从而在技术上解决了各种应用软件和管理软件对终端硬件设备参数依赖的问题。

4） 数据信息安全

桌面虚拟化的数据信息存储在服务器上和网络中，如果更换终端设备或者终端设备发生故障都不会影响用户数据的恢复。只要服务器中的虚拟桌面镜像无损，均可以保障在网络中的终端设备正常地使用虚拟桌面，保障实验教学的顺利进行。

5 实验室桌面虚拟化的实现

目前在高校计算机实验室实现的桌面虚拟化有两种主流技术模式：瘦客端与非瘦客户端模式[5]。瘦客户端中的所有数据资源均在服务器中。非瘦客端是把独立PC机作为客户端。在网络启动模式下，非瘦客户端运行的桌面是服务器中的系统镜像，在管理模式下，非瘦客户端运行的是本地的操作系统。不管是瘦客户端还是非瘦客户端，只要与服务器连接，在启动时就可以选择所需要系统镜像。

针对我校计算机实验室的现有PC设备和教学环境特点，实验室采用的是非瘦客户端的桌面虚拟化技术方案。选用的软件产品是北京和信创天科技的VEMS-EDU-A （版本v3.0）。实验室网络环境拓扑结构如图2所示，实施桌面虚拟化技术的过程主要是以下几个步骤：

1） 在服务器上对操作系统分区设置文件系统为NTFS格式，安装Winodows或Linux操作系统并对系统电源、网卡等参数进行优化。

2） 在服务器端操作系统上安装MySql数据库，解压安装VEMSServer服务端管理软件，设置通信密钥、集群名称、选择绑定网卡等操作，完成该操作后，安装及配置VEMS ManagerWEB软件，完成管理端与服务器端的连接，并在管理端中设置显示策略，回写策略，网络策略和磁盘组策略等操作。

3） 设置客户机操作系统所在分区格为NTFS格式，在客户机上安装VEMS Client软件，并在客户机BIOS中设置系统引导顺序为网络引导，重启机器后，客户机自动与服务器WEB管理端连接，并在回应界面中提示输入客户机编号。在WEB管理平台中对该编号的客户机设置为硬盘启动模式。

4） 设置任意一台离线状态下的客户机为超管模式，启动该客户机，安装操作系统及应用软件，安装完毕后，设置系统上传命令，将操作系统镜像上传至服务器目标目录。之后，关闭客户机，在WEB管理平台中取消该客户机的超管理模式，并设置启动模式为网络引导。

5） 批量设置其他客户机的BIOS引导顺序及编号，重新启动客户机后，让客户机自动从服务器上下载操作系统镜像，完成客户端虚拟云桌面的部署。

6） 若客户机系统需更新，可再次设置某离线状态客户机为超管模式，启动该客户机，完成系统及应用软件更新后，关闭并取消该客户机的超管模式。然后，启动其他客户机，进入操作系统后客户机会自动下载更新。

通过以上几个步骤的安装与设置，就完成了实验室计算机VEMS桌面虚拟化的部署与更新操作。经过一段时间的运行，发现VEMS虚拟化解决方案能够有效的简化实验室在硬盘保护卡模式下的相关管理功能，解决保护卡在实验室管理中的瓶颈问题，提高了对管理大批量的计算机系统更新与升级工作的效率。但是，相较于硬盘保护卡对计算机的一键唤醒功能，VEMS虚拟云桌面解决方案也显示出相应的不足。

6 结束语

硬盘保护卡技术和桌面虚拟化技术使高校计算机实验室的运维管理变得更加高效和便捷，它们分别从硬件和软件方面对计算机的管理功能实现了有效的互补。但随着虚拟化技术的进一步发展和成熟，硬盘保护卡的应用范围会渐渐弱化，虚拟云桌面的应用会得到广泛发展。目前，高校计算机实验室的管理应根据当前实验教学应用环境和长远规划选择合适的管理技术模式，既不能不考虑信息化发展趋势而因循守旧，也不能不考虑现实实验室环境而盲目投入建设。

参考文献：

[1] 李世荣.虚拟桌面在机房管理中的应用[J].福建电脑，2015（3）：64-65.

[2] 杨茂凯.浅谈还原卡工作原理及在计算机实训室管理中的功能[J].数字技术与应用，2015（4）.

[3] 黄东宇.桌面虚拟化在高校计算中心管理中的应用研究[J].信息系统工程，2015（4）：143-144.

[4] 厉旭杰，刘军.基于桌面虚拟化的计算机实验室设计与实现[J].现代计算机，2015（4）下：54-57.

[5] 乌文波.虚拟化桌面技术在实训机房管理中的应用[J].软件导刊，2015（5）：191-193.

[6] 程冉.虚拟桌面技术在实验室管理中的应用[J].计算机光盘软件与应用，2015（1）：162-164.

[7] 翁国秀.云桌面技术在高校计算机实验室建设和管理中的应用[J].计算机工程应用技术，2012（11）：110-111.

[8] 张亚萍，候俊钦.兼容机硬盘保护系统的研制与实现[J].淮北煤炭师范学院学报，2006（3）.