虚拟化云桌面在高校计算机实验中心建设中的应用

傅务谨

摘要： 全球教育行业的信息化浪潮伴随着云计算的成熟席卷而来，随着教育信息化的深入，很多高校已开始应用云计算的虚拟技术来降低教学成本，以提高教育教学资源的利用率。该文在介绍虚拟化技术和云桌面技术的基础上，对高校计算机实验中心云桌面系统的总体架构进行了分析与部署，提出了一种适用的构建方案，并对教育应用场景进行了规划与分析。

关键词：云计算；虚拟化云桌面；实验中心

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）30-0213-02

随着云计算技术的快速发展，云计算产品、技术和服务在市场引起了新一轮的产业变革。虚拟化云桌面应用现已在政府、金融、教育、医卫等行业领域占据了相当份额，优秀的国产虚拟化产品在国内市场上已具有较大的影响力，在未来几年，针对教育行业的桌面产品将是云桌面的爆发式增长点。虚拟化云桌面使人们获取软硬件资源、数据应用方式的发生了改变，越来越多的高校关注到这一技术并利用它带动现代教育和管理的发展，为师生提供优质的资源和访问体验。本文以我校为例，阐述了云桌面在高校计算机实验中心建设中的具体应用。

1 什么是虚拟化云桌面

云计算的典型应用模式可分为3类：IaaS（基础架构即服务）、PaaS（平台即服务）、SaaS（软件即服务）。其中，基于远程桌面视图交付的SaaS层云桌面技术是将数据计算由传统终端（台式机等）转移到后端服务器，终端侧仅负责图形显示及鼠标键盘操作的桌面虚拟化技术。云桌面是云计算的一种应用形态，它具备云计算的三大特征：对用户呈现为桌面服务、资源可弹性管理、通过网络提供，是一种云化的服务。我们只需要一个瘦客户端设备，或者其他任何可以连接网络的设备，通过专用程序或者浏览器，就可以访问驻留在服务器端的个人桌面以及各种应用，且用户体验和我们使用传统的个人电脑是等同的。

虚拟化云桌面依赖于服务器虚拟化，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。用户终端通过网络登录到虚拟主机上，只需要记住用户名和密码及网关信息，即可随时随地通过网络访问自己的桌面系统。个人桌面环境所需的计算、存储资源集中于中央服务器上，以取代客户端的本地计算、存储资源；中央服务器的计算、存储资源同时也是共享的、可伸缩的，使得不同个人桌面环境资源按需分配、交付，达到提升资源利用率，降低整体拥有成本的目的。

2 高校计算机实验中心运维中存在的问题

那么在传统PC机组成的计算机实验教学中心中引入云桌面的意义何在呢？我们先来分析一下目前高校计算机实验教学中心（非云桌面）日常运维中存在的问题。高校在投入计算机数据中心的建设时，服务器虚拟化几乎都是必选的方案，但传统终端在云计算时代开始时显得单薄无力，终端仍然采用分散管理的PC模式。在大多数情况下，传统PC终端模式提供了性价比与功能的最佳组合。但在实际应用过程中也存在诸多弊端：

1） 设备维护成本较高，专业实验室限定了使用对象，设备利用率提高途径受限；

2） 实验室软件平台维护工作量居大，集中管理困难，人力、物力耗费高；

3） 对软件系统的保护及使用对象的流动性造成了数据存储困难，信息安全存在隐患；

4） 服务器闲置现象严重，云资源没有合理地规划利用。

云桌面解决方案能解决上述问题。云桌面将PC桌面环境通过云计算模式从物理机器分离出来，成为一种可以对外提供的桌面服务。桌面环境所需的计算、存储资源集中于中央服務器上，云桌面通过网络传送到终端。实验云桌面和传统PC机的效能对比如表1所示：

表1 实验云桌面和传统PC机的效能对比

[效能对比＼&实验云桌面＼&传统PC机＼&功耗＼&非常低，19W＼&高，200W＼&安装部署＼&1分钟/台＼&75分钟/台＼&操作系统＼&支持windows、linux等多系统灵活切换＼&部署多操作系统复杂，维护量大。＼&安全性＼&100%免疫病毒和木马等恶意程序＼&硬软件故障率高造成维护量较大；易感染病毒，系统维护繁琐。＼&可管理性＼&非常好，可以对所有的云终端的操作系统、应用和数据统一管理，支持远程协助维护系统。＼&非常差。经常因为误操作、病毒而瘫痪，应用无法集中管理，只能依靠本校技术人员。＼&可靠性＼&非常好，高度集成化设计，低功耗，硬件损坏的可能性低，使用寿命长。＼&非常差，机械部件多，易损件多，维护工作量非常大，维护成本高。＼&人力成本＼&只需维护服务器，维护量非常小，成本较低。＼&由于PC数量多、位置分散，品牌型号配置不同，涉及软硬件问题也各不一致，需要安排专人对硬件、系统进行管理与维护。＼&]

3 基于云桌面的计算机教学中心建设模型

3.1 云桌面系统的整体架构

虚拟桌面基础架构VDI（Virtual Desktop Infrastructure）是目前部署云桌面常用的技术。高校计算机教学中心一般承担全校计算机专业课程及各专业计算机辅助软件应用课程，所需软件多样化、实训环境复杂。计算机教学中心的用户群有实验教学（基础和专业）、科研机构、行政办公四部分，既有集中的、又有地点零散的应用场景，因此将整个虚拟化平台做成集群模式（具有高可用性）是比较恰当的。该模式采用超融合VDI架构，虚拟桌面、虚拟化服务器、虚拟化分布式存储均整合为一个软件包内置于底层虚拟化平台hypervisor中，hypervisor直接安装在硬件计算资源上，不用绑定操作系统便可搭建虚拟化平台。存储系统可采用外置光纤FC/IP-SAN或DAS存储，存储系统通过交换机和服务器集群连接，服务器集群与核心交换机直连，每个分支机构（各专业实验室）的PC或者瘦客户端接入交换机再通过汇聚交换机与核心交换机连接。整体架构如图1所示。endprint

图1 高校计算机教学中心云桌面系统架构图

3.2 硬件资源整体配置

服务器采用18台戴尔（DELL）2U服务器主机R730 ，双路16核心Intel Xeon E5-2683v4处理器16*16GB DDR4内存+3*6T SAS硬盘+480G固态硬盘，配置4路千兆以太网卡。考虑到以后不断增长的个人数据存储需求，资金充裕的情况下还可配置DELL MD3800i iSCSI磁盘阵列（双控制器+4个10Gb 以太网口 +4T SAS 7.2K *12块），支持多级缓存机制，能实现高频率读写数据。整个计算机中心云桌面系统采用分布式存储结构，分布在18台服务器中，每台服务器实例最高56 VCPU 224G内存。云桌面终端一部分采用瘦终端，一部分采用利旧方案可节省不必要的开支，网络均为千兆连接。

4 云桌面在计算机教学中心的应用

云桌面系统能在统一的B/S架构的单一管理视图中，用户通过任意联网的PC使用浏览器直接访问主控机的虚拟桌面管理平台，实现服务器虚拟化IT架构以及虚拟桌面的统一管理。目前提供虚拟化软件产品的厂家较前些年有了更多的选择，国外如思杰、VMware；国内针对高校教育的厂家有锐捷、OS-easy、H3C等，在开源虚拟化平台的基础上开发了第三方软件比较适合在教育云中的应用。

在部署虚拟化平台的过程中，首先就要对具体应用场景进行合理规划，不同的场景意味着不同的资源需求，它关系到资源配置的合理性与高可用性。以我校为例，含基础实验室6个、专业实验室9个，专业实训室3个，还有部分行政办公和教师办公和科研场所若干，共计点数在960左右。以下是几个常用的场景。

4.1 实验教学应用场景

我校教学电脑机房原有18个，其中基础实验室6个，点数都在80左右；专业实验室实训室12个，点数在40左右。基础实验室实验环境相对单一，可以使用同一云桌面镜像。专业实验室对于不同的专业可配置多样化的云桌面，考虑到很多专业课程使用的都是大型软件，将哪些软件优化安装在一个模板镜像下是非常有必要的。即每个模版可针对不同专业有一定的偏向性，比如数学专业要用到Matlab、Lingo、SPSS、Eviews、R语言等，可以安装在教学模版1；计算机专业要用到Java、C++、SQL、.NET、PHP等，同时还有很多购置的专用实验教学平台，可以归类安装在教学模版2、教学模版3……有时不同专业类似的课程由于教材不同需要安装同一款软件不同的版本，这在以前同一物理机上是很难解决的问题，现使用不同的教学模版来安装不同版本，实验时启用不同的云桌面就可以使问题迎刃而解。

对于电脑设备陈旧的实验室可以采用瘦终端的方案；对于设备较新的实验室可采用利旧方案，即同时保留物理机，在网络故障或实验课程需要的情况下仍可正常启动物理机而不选择云桌面。

4.2 个人办公桌面场景

行政办公用电脑和教师日常办公电脑都属于个人办公桌面场景，它属于部分集中但会多VLAN分布的应用场景。行政办公电脑很多时候使用不同的业务系统，会对浏览器有各种各样的不同要求，用户数据需要安全保存；教师办公电脑软件专业化、多样化，教师还利用电脑备课、记录学生成绩、出试卷等等，异地存储、数据安全都是需要解决的问题；通过统一部署功能，一次性为所有教师安装常用软件，教师可在个人桌面的基础上再安装个人使用的软件。在桌面云系统中用户数据存储在服务器，集中进行安全管控，减少了由于用户硬盘故障造成的损失，也防止用户数据被非法访问或盗取涉密信息。

4.3 移动办公桌面场景

教师下班备课、处理行政事务、开展科研工作、在网上查阅

（下转第219页）学生通过教学平台提交的作业，都可以通过登录学校内部网络来完成。用户无论在任何地点、使用任何终端设备（如PC、笔记本、iPad 平板电脑、iPhone 智能手机、Android 系列平板及智能手机等）均可安全高效地接入学校内网，访问学校内部应用，很好地满足了移动办公及在家办公的应用需求。

4.4 对外服务考试开放场景

高校计算机实验室不仅是高校教学实验、学生自主学习、上机实践的场所，还是承办一些校内及社会无纸化考试的考场，如计算机课程的期中、期末考试，全国计算机等级考试、全国从业资格考试等。不同的考试要安装不同的软件和客户端，且有的是B/S架构有的是C/S架构，考试期间要求客户端USB口禁用且处于开放状态。在云桌面系统下我们只用创建一个与考试对应的模板，完成应用系统的安装和相关配置，并以该模版为母体，批量克隆出多個完全相同的桌面，从而实现考试环境的快速大规模部署。

5 结束语

云桌面技术明显地改善了传统教学环境，在扩大高校计算机教学、管理的技术研究领域迈出了重要一步，通过桌面虚拟化技术将为高校教学科研带来更多更美好的发展前景。云桌面作为云计算应用的一种具体体现，在高校计算机实验中心建设中可以有效降低机房建设的成本，它安全、便于管理、可扩展性强、节能环保，云桌面取代PC 是一种技术潮流和必然趋势。如何使这一技术与高校计算机实验教学中心建设高度契合、进而推动智慧校园的建设是未来要研究的方向。

参考文献：

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