分层构建“以学生为中心”的计算机实训云平台

梁慧娜，周劲桦，洪文圳

(广东农工商职业技术学院 计算机系，广东 广州 510507)

2016年9月广东省在全国率先启动一流高职院校建设项目，广东农工商职业技术学院被确立为广东省一流高职院校建设计划立项建设单位。学院有计算机实训室50多间，计算机3 000多台，是学生的重要实训平台。现所有计算机实训室都是采用传统的单机组网的方式构建，计算机系统和软件的管理维护采用的是保护卡还原技术，在有效保护计算机系统免受破坏的同时，也对学生使用计算机进行实训造成了众多约束。云计算技术的应用可有效突破这些约束，让计算机实训平台实现质的飞跃，为构建“以学生为中心”的个人专属计算机实训平台提供了技术保障。

1 传统计算机实训平台的局限性

1.1 学生不能保存实训资料及实验结果

传统计算机实训室使用还原卡可使计算机免受病毒、误操作等破坏，有效地保证计算机软件的完好率，但这也使得教师、学生的资料无法保存。虽然现在互联网上有很多公用网盘可免费使用，但在校内上外网的速度较慢且不稳定，所以学生完成的实验结果基本只能用U盘拷贝，费时费力。有的软件数据需从系统中导出保存，下次上课时再将数据导入才可继续操作；有些软件使用每次都要进行初始化设置。

1.2 学生连续性的实训环境难以保证

有的实训项目具有连续性，需要多次实训才能完成，甚至有的实训是贯穿整个学期的。前一次的实训是后一次实训的基础，环环相扣，这时只能解除还原卡，否则无法进行实训。失去了还原保护，计算机系统损坏率非常高。这类实训项目如果多个班同时使用相同的计算机进行实训，会相互干扰。

1.3 实训体验度差

计算机有很多专业课程需要进行多系统的配置操作，破坏性实训，还要进行网络组建、服务器搭建等。现云计算、大数据技术也逐渐成为计算机专业学生的必备专业技能之一。但现在缺少真实的实训环境，很多实训只能在操作系统中嵌套安装虚拟机或模拟软件上进行，学生真实感和体验度差，实训效果不好。

1.4 硬件资源分散，软件系统维护慢

为了满足多样化的教学需求，现每台计算机安装了多个操作系统，每个系统安装不同的软件，使得计算机的硬件资源较为分散，系统反应缓慢。软件安装维护采用克隆方法，耗时较长。克隆好后，个别软件还需单独逐台机进行设置才可使用。因部分计算机实训室空闲时间少，学期中需加装某个软件也非常困难。计算机系统崩溃只能重新克隆系统，即使是一台机，同样需要几个小时，不能马上恢复。

1.5 实训地点分散

不同实训室安装的软件不同，同一台计算机不同系统安装的软件也不同。实训室排课时需考虑该实训室安装的软件、使用的老师及学生，实训室的空闲时间，排课较为分散。学生有时上完两节课就需要换实训室。教师有时上同一门课也需要更换实训室，适应不同的设备。

1.6 实训资源向学生开放共享困难

除了完成正常教学中的实训外，许多学生都希望能在课余时间有更多的机会进行实训。但因实训室承担的教学任务重，无法同时开放多个实训室供学生使用。如果只开放某个实训室供学生使用，又因不同班级不同专业的学生需要使用的软件不一样，难以满足所有学生的需要。

2 云计算在构建计算机实训平台中的优势

随着近年云计算的成熟发展，为计算机实训平台的管理提供了新的构建模式，使其管理更为简便高效，更重要的是能为学生提供完善的个性化实训环境。

云计算通俗地说就是将服务器、存储服、宽带等所有计算资源集中起来形成一个资源池，根据用户的需求灵活配置资源，再通过网络交付给最终用户使用[1]。云桌面运用了云计算的这一思想，通过虚拟化技术在服务器上创建多个虚拟主机，用户终端通过以太网连接到服务器上的虚拟主机[2-3]。所有运算、存储都在云桌面后台(即云端)进行，用户通过客户端经网络发送请求和获取结果，客户端可以是台式PC、笔记本电脑、平板、手机等终端设备。云平台管理员可非常便捷地在云端部署操作系统和应用程序等资源[4]。计算机实训云平台部署架构如图1所示。

图1 计算机实训云平台部署架构图

云计算的技术特点可以有效改变传统实训室还原克隆技术所带来的局限性，构建基于云桌面的计算机实训平台，可为学生提供更具个性化的专属计算机实训环境。

2.1 可保存数据和进行连续性实训，提供真实的实训环境

在云平台中，学生通过客户机使用自己的账号、密码登录到属于自己的云桌面，进行各种实训，所有数据和实验结果都保存在云储存中，下次登录进去可在上次的基础上继续进行实训，有效解决了资料无法保存的问题，并提供了连续性的实训环境。当需要使用不同的操作系统时，可为学生开设多个账号，不同账号进入不同的操作系统，非常方便。

云平台建成后，还能为计算机专业学生的云计算相关课程提供真实的实训环境，不再需在虚拟机或模拟软件中进行，实训效果好。

2.2 提供个性化实训环境，软件安装简单，系统修复快捷

学生使用的云桌面可由云平台管理员为其进行个性化定制，将其需要使用的软件进行汇集，学生无论何地，只要登录到自己的云桌面，都能进入专属的实训环境。

云平台管理员通过服务器控制中心管理成百上千的虚拟桌面，所有的软件安装、更新、打补丁都只需要更新一个“基础镜像”就可以了[5]。由原来对几十、几百台电脑的管理变为对几台服务器的管理。安装软件在服务器端进行，不需占用实训室大片的时间。万一学生因为误操作导致虚拟机损坏，系统崩溃，只需要几分钟重新生成一个虚拟机即可，使学生的实训环境得到有效保障。

2.3 实训地点不受安装的软件约束

学生实训课的安排不再受实训室所安装软件的限制，只要能连上云端的实训室即可。无论在哪个实训室上课，学生通过账号登录到自己的云桌面，获取的计算机实训平台都是一样的。

2.4 更好地为学生提供开放性实训资源

有了云平台，实训资源开放变得十分简单，只要为学生提供任意的云机房即可，如果校园网的网速达到要求，学生在宿舍就可用自己电脑接入获取属于自己的云桌面[6]。

计算机实训云平台除了能有效解决传统计算机实训室的局限性外，还有以下3个方面的优势。

1)资金投入。

虽然其在初建时比传统实训室需要的资金更多，但传统实训室的计算机3～4年就需更新换代，而计算机实训云平台只需要增加服务器扩充云端资源池即可，客户端不需要更换，如果学生自带笔记本电脑作为客户端，则更能节省资金[7]。

2)耗能。

云桌面实训室将比传统实训室用电量大大减少，节能很多[8]。

3)正版软件的使用。

只需在云端的服务器上安装正版软件即可，无需在每台终端计算机上安装，大大减少了需安装正版软件的数量。

计算机实训云平台与传统计算机实训平台的比较如表1所示。

表1 计算机实训云平台与传统计算机实训平台的比较

3 计算机实训云平台的分层改建

现已有众多学校建成或正在筹建基于云桌面的计算机实训平台，这是大势所趋，但也不能急于求成，将现有计算机实训平台推翻全部重建，应充分利用现有软硬件资源分层逐步改建，先小范围试点，总结经验，再扩大规模全校推广，让越来越多的学生受惠。

3.1 硬件方面

计算机实训云平台硬件方面主要由云端服务器、客户端设备、网络设备构成[9]。

1)云端服务器。

服务器需新购，可通过多台高性能服务器搭建云端资源池，保证同时接入一定数量的客户端使用。之后可不断添加服务器，扩充资源池，以支持更多的客户端。

2)客户端设备。

对现有计算机进行分类规划，在充分利用硬件资源的基础上完成客户端的配备。

①新的高配置计算机的使用。

新的高配置计算机不使用云端资源，让其充分发挥自身的硬件优势，用于运行大型软件，突显其性能。因为大型软件需要的运算资源和存储资源都比较大，云计算的资源是通过网络传输的，大量的数据传递会遇到网络传输瓶颈问题。

②旧的低配计算机的使用。

计算机实训云平台对客户端设备的硬件要求极低，只要能开机进入操作系统的计算机或云终端盒子即可。对于大部分使用了3年以上的低配电脑，可挑选硬件完好，运行稳定的作为客户端接入。

③云终端盒子的使用。

旧的低配计算机中经常出现蓝屏、黑屏、死机等硬件故障的，基本没有维修价值，可保留显示器(一般显示器的使用寿命比电脑主机长)，加购云终端盒子作为客户端接入，云终端盒子价格比普通计算机要便宜很多，而且生命周期长。

④学生自备计算机的使用。

提供网络接口，学生自备计算机作为客户端使用。因为计算机硬件更新换代快，不断地购买新计算机对学院财政支出是一大压力。现大学生一般都有自配笔记本电脑，可自带作为客户端接入云端获取软件实训环境。

3)网络设备。

计算机实训云平台受网络的通信质量影响较大[10]。云平台可先在局域网中使用，将局域网建成千兆网络，使用高性能的千兆交换机，高质量的双绞线连通，客户端使用千兆网卡接入。同时加强校园网基础设施的建设，为计算机实训云平台在校园内的广泛应用发展提供网络基础。

3.2 软件方面

高配计算机主要用于安装大型的软件。云平台通过虚拟化技术生成大量的虚拟机供低配计算机及其他客户端接入使用[11]。因学院专业众多，每个专业实训需使用的软件各不相同，可根据每个专业对软件的需求创建各专业虚拟机镜像模板，然后根据使用的专业学生数批量生成虚拟机，学生使用个人账号即可登录到对应的虚拟机获取计算机实训资源。学生可自行在系统里加装软件，进行各种个性化的设置，大胆地进行各种配置、甚至破坏性实训，系统崩溃后只需在云平台中花几分钟的时间，根据镜像模板重新生成一台虚拟机即可。因每个账户只能对应一个虚拟机系统，如果学生实训需使用多个不同操作系统，可为其创建多个账户。

3.3 实施方面

1)试行阶段。

考虑到云平台还处于发展阶段，其广泛应用还需逐步实现。可先购买一定量的云计算服务器创建云资源池，先将低配电脑作为客户端接入，获取云桌面。高配电脑继续沿用现有模式，等高配电脑已逐渐陈旧后，可增加云服务器，将原高配电脑作为客户端加入云平台。

2)扩展阶段。

云平台进行稳定后，可大力推行学生自带笔记本电脑进行实训，减少计算机的购买，这将是以后发展的趋势。虽现学生已普遍拥有自己的计算机，但不能直接用于课程实训，因为难以解决软件环境的搭建问题。学生自带的电脑硬件配置不一样，安装的操作系统不一样，操作系统的版本也不一样，与课程实训所需的软件可能不兼容，无法安装。有些专业课程需要使用多个不同的操作系统，如LINUX，WIN SERVER等，学生自带电脑难以同时安装多个操作系统。现机房的电脑都是采用批量克隆的方法安装系统及软件的，云平台是根据模板批量生成虚拟机的，批量操作都比较快捷。而学生的笔记本电脑只能每台单独安装系统、驱程、软件，耗时非常长。在进行一些配置性实训时容易引起系统崩溃，崩溃后重装修复也较困难。大一和非计算机专业的学生计算机操作水平不高，如果课程实操软件都需自己安装完成会出现很多困难，由实训教师代为安装，因人数众多，也无法满足要求。云平台的应用使这些问题都迎刃而解，无论学生自带的笔记本电脑装的是什么系统，只要通过浏览器或客户端软件，输入账号密码就可以直接获取到实训所需的系统和软件。

建设初期服务器集群的资源有限，可只限于实训室局域网中提供接入端口。等服务器集群不断扩充有足够的资源，校园网的基础设施完善，网络速度和稳定性提升后，可在校园网内提供接入端口。这样学生无论在实训室、图书馆、宿舍等校园中任何地方，都可随时接入云桌面获取自己专属的计算机实训平台。

3)运维管理。

计算机实训云平台的应用，由对每台计算机的维护变成了对云端服务器集群的维护，一旦服务器出问题影响非常大，所以要做好稳压、灾备，以及防病毒、防攻击等安全工作[12]。计算机实训云平台的运维技术与传统计算机平台的技术完全不一样，需要实训室管理员努力学习新技术，维护好整个云平台，让其最大程度地发挥其优势。

3 结束语

计算机实训云平台以其技术优势，很好地解决了传统计算机实训平台的局限性，可为学生提供优质的、个性化的专属计算机实训环境。虽各校还处于摸索阶段，但只要分层有序地推广并不断完善，它将成为智慧校园的重要组成部分，为学生提供一流的计算机实训环境。