基于分布式桌面云在实验教学中的应用

俞含 江苏大学京江学院

引言

近些年随着云的概念不断深入人心，越来越多的云计算技术应用于我们日常的生活中，尤其对于高校，集研究、学习新技术于一体，智慧校园的概念已慢慢渗透进学校。随着云桌面技术的逐渐成熟，实验室的管理日渐集中化、合理化，有效的提高了管理效率。

1 云计算与桌面云技术

云计算这个概念从提出到如今的成熟运用已经走过了十年的时间，这期间研究人员顶住压力和大部分人的不理解，为这项新技术的到来努力耕耘。正是由于前辈们的辛勤努力，到如今云计算取得了翻天覆地的变化。如今，云计算被视为计算机网络领域的一次革命，因为它的出现，社会的生活、工作方式和商业模式也在发生巨大的改变。

云计算（cloud computing）是分布式计算的一种，指的是通过网络“云”将巨大的数据计算处理程序分解成无数个小程序，然后，通过多部服务器组成的系统进行处理和分析这些小程序得到结果并返回给用户。云计算早期，简单地说，就是简单的分布式计算，解决任务分发，并进行计算结果的合并。因而，云计算又称为网格计算。

分布式桌面云系统是一款云端集中管控、本地执行面向教育行业的智能分布式桌面虚拟化系统，充分利用终端本身的计算性能，有效降低后端管理服务器、网络压力。适用于网络复杂、网络不稳定、外设多、终端异构、分布分散机房环境的统一管理。

2 目前高校实验室及多媒体教室管理现状

计算机实验教学是教学中很重要的环节，不光是计算机专业的同学，像电气、车辆、物理、化学、医学几乎所有的学科都会进行上机实践，从而更加透彻的理解课本内容，将理论转化为实践。有很多学科例如车辆、电气和计算机的部分课程几乎全部都需要进行实践操作，例如：画图、车辆仿真软件使用和程序开发。对于可能动辄上千台机器的机房实验室来说，传统的还原卡管理方式，对于新软件的安装和整体管理有着极大的不便，甚至会阻碍上机实验的正常开展。

2.1 传统设备的采购成本高，管理难度大

从第一代的I3 到如今的I9 仅仅经过了9 年的时间，对于机房的更新换代来说，最快也要3-5 年，也许到了5 年机器还可以使用，但是作为学校这一将科研放在第一要素的地方，研究最新的项目势必会使用最新的软件，软件所使用的平台趋使我们必须进行更新换代，假设每5 年更新1000 台机器，这将是一笔几百万的开支，对于学校来说，如何在保证教学正常的前提下节省开支，将更多的经费投入于科研发展中，才是更有意义的。而对于管理者来说，用传统方式，不管是对机房进行软件更新，还是有效的统一管理，都是一件费时费力且效率低下的工作。

2.2 故障率高

由于机房使用的频率日渐上升，软硬件故障发生率不断提高，软件问题尤为突出，每安装一款新软件，都需要对其激活、注册等一系列的操作，由此引起的配置信息错误、运行环境的冲突或是注册表错误，导致软件或机器无法使用。

2.3 管理人员少、实验室分布广、无法统一管理

主控服务器与核心交换机相对位置固定，但是实验室机房及多媒体教室分布广泛，每栋教学楼里都会有多媒体教室及实验室，距离可能相聚几公里，在管理人员有限的情况下，如果出现问题，根本无法在第一时间赶到进行维护、解决，如果出现大范围瘫痪就会造成严重的教学事故后果不堪设想。

3 分布式桌面云的构成及优势

3.1 分布式桌面云的组件项

配置要求：Intel 志强 E5-2600 系列CPU，至少32G 内存，硬盘空间1T 以上。

服务器端：需要一台服务器作为主控节点，安装虚拟化软件，由此来控制整个服务器集群及终端，并通过虚拟机来创建模板给用户使用。

客户端：在这里分为胖客户端(Rich or Thick Client)和瘦客户端(Thin Client)；胖客户端需要安装底层客户端软件，提供还原、模板上传等功能，还需要在windows系统层安装系统及服务器通信功能，在上层的Linux 客户端安装Linux 系统和服务器通信功能。

管理平台：任意联网的PC 都可以通过浏览器直接访问桌面云管理平台，实现服务器和虚拟桌面的统一管理。

3.2 分布式桌面云与传统形式的优势对比

(1）集中下发，“无影”下发。与传统系统更新时一样，都需要下发更改过的镜像系统，但是桌面云下发系统时，无声无息且具有断点续存的特点，只要客户端联网且开机的状态下，用户可以正常的使用机器，当系统更新好后，下次启动电脑，系统即更新完毕。而且与传统保护卡不同的是，保护卡在更新系统时，采用广播的形式下发，造成了千兆网络的环境中，如果有一台机器网络是百兆，整个传输过程将会非常缓慢；而桌面云系统下发系统时，不会受到单独某台客户端网络速度快慢的影响。

(2）集中管理提高工作效率。基于传统系统在维护和更新时，需要奔走于各个机房，在需要批量更新软件和系统时，重复的工作可能需要做十几遍，大大影响了实验机房的使用和管理效率，在使用了分布式桌面云技术以后，只需要在单个机器或某台机器上面更新完系统后上传至服务器，在任何只要可以连接上服务器的电脑上都可以进行系统的更新操作。

(3）桌面随身带。如果说云技术仅仅提升了管理的效率，那还是远远不够的，他是一项革命性的突破，每个教师在教课时都希望使用自己的系统，自己习惯性的文件排布方式，自己个性化的桌面设置，个人独立的存储空间，这些要求在桌面云技术上都可以得到实现。如果教师使用云桌面专用的瘦客户端接入，瘦客户端往往只有传统客户端的十分之一大小，发热量微乎其微，更没有散热风扇的噪音，为高校教师和管理人员提供了更加整洁和安静的办公环境，营造出清爽舒适的办公氛围。据不完全统计，云桌面使每个用户的耗电功率平均小于20W，如此一来大幅度降低了能耗，全年可节省近65%以上的电费。这样对智慧校园、绿色校园的建设都有着不小的作用。

(4）关于胖客户端与瘦客户端的选择。在利用分布式桌面云管理系统时，需要根据实际情况来选择客户端，对于基础教学，瘦客户端完全满足教学需求，且能耗更低，客户端成本也相对较低。但是对于某些特殊课程来说，例如CAD 制图和某些仿真软件的使用，机器的硬件配置要求较高，就必须要使用胖客户端。在经过一段时间的课程分布统计之后，合理的分配胖、瘦客户端在机房的比例，使得能耗最低、成本最低管理更高效，才是最终的任务。

(5)关于对学生的管控和大数据分析。每当到了学期末结束要进行上机考试的时候，需要断掉外网，封住电脑的USB 接口，防止学生作弊，而桌面云的使用可以对上网策略、IO 端口拷贝权限控制和学生上机行为权限控制，同时产生大量的数据信息，包括每节上机课学生做作业、上网、看视频和打游戏的时间统计，教师可以根据具体信息，更改教学方案改进上课形式，并对上课经常不认真完成课堂任务，做与教学无关事务的同学进行批评教育。

4 结论

针对目前高校的实验室机房的现状，结合当前最主流的技术方案，提出了较为合理的分布式桌面云技术应用到计算机实验室的方法，使得实验室机房从建设到后期维护，不论是成本还是管理效率都有着极大的提升。