基于云桌面高校计算机实验室建设研究

孙凯云

摘要：在“教育信息化2.0”时代下，实验室建设模式也在基于信息化技术发生改变。基于云桌面技术的实验室建设，能够解决传统实验室面临的难管理、数据易丢失、易泄密等问题。本文主要介绍了基于VDI云桌面架构的实验室建设，并与传统实验室建设作比较，分析基于云桌面实验室建设的优势。

关键字：计算机实验室;云桌面;VDI;

一、引言

对于理工科学生，高校越来越重视对其实践能力的培养。实验室承担着课程教学、实践、上机考试等任务，发挥着重要作用。然而，随着IT技术的快速发展，教学所需软件对计算机性能要求越来越高，而计算机伴随着使用年限，硬件会逐渐发生老化和耗损问题。计算机更新换代快的特点使得实验室设备置购经费开销大，设备利用率低，给高校带来很大的资金压力。

面对传统实验室建设模式的局限性，云桌面通过虚拟化实现前后端软硬件深度融合，提供集中的后台管理和虚拟化桌面，既可以通过提高服务器性能来满足师生对计算机的高要求，同时提高了设备的利用率，减少了开销，为高校计算机建设提供了完善的解决方案。

二、传统高校计算机实验室存在的主要问题

高校计算机实验室里承担着教学实验任务、比赛和考试等工作。近年来，招生人数在扩大，计算机实验室承担的任务越来越重，业务也更加复杂，传统的建设和管理模式在建设成本、管理效率、数据安全等方面的不足日益凸显[1]。

2.1.分散管理，系统部署效率低

高校计算机实验室一般都安装硬盘还原卡，通过网络拷贝操作系统和软件的安装、升级、打补丁。这种操作方式受网络影响，在传输过程易掉线，一旦连接失败，需重新同传，等待时间长，效率低。另外，为了满足不同专业多门课程需求，需安装大量软件，有些软件不同版本会出现冲突，且大量软件导致系统运行慢。

2.2.数据易丢失、易泄密

计算机的系统数据都存放在本地硬盘上，一旦硬盘损坏，数据永久丢失，系统也无法使用。并且计算机上的数据外泄通路众多，也很难进行网络管控，数据泄密的风险大。

2.3.总体运行成本高

据Gartner统计，一台计算机运行成本占其总成本的80%。传统计算机硬件生命周期为5年左右，到达生命周期后需整体换新，折旧费用高。

三、云桌面技术介绍

云桌面技术指的是，基于云计算技术进行数据传输、信息掌控、资源共享的技术 [2]。云桌面基于虚拟化技术对硬件资源、存储资源、软件资源进行合理分配和利用，提高资源的利用率和性能。云桌面有4种典型的架构，虚拟云桌面有4个典型的架构，即RDS（Remote Desktop Service）远程桌面服务、VDI（Virtual Desktop Infrastucture）虚拟桌面基础架构、IDV（Intelligent Desktop Virtualization）智能桌面虚拟化架构和VOI（Virtual OS Infrastructure）虚拟操作系统基础架构[3]。基于云计算构架、云桌体验、兼容性、网络依赖性、成本投入和安全性等多方面的综合考虑，本实验室采用VDI架构的云桌面。

四、基于VDI云桌面架构的设计

基于VDI云桌面架构是基于服务器计算的新型桌面模式，通过对服务器资源虚拟化、存储虚拟化技术构建只有终端设备的虚拟机。使用感媲美普通的PC机，学生通过外设设备鼠标、键盘进行输入请求，显示器查看，但是数据计算不再是单个主机处理，而是集中在服务器上处理。总之，云桌面解放了传统PC机的主机，通过SRAP桌面交付协议，能够迅速将操作系统以学生熟悉的图像形式传送到前端终端设备—瘦客户机。VDI整体拓扑图设计如图1所示。

根据业务需求和实验室虚拟机数量，本实验采购了7台服务器，每台服务器硬件配置信息如表1所示。基于VDI云桌面架构最主要的技术是虚拟化，按照功能不同，可分为服务器虚拟化、存储虚拟化、GPU虚拟化。

五、基于VDI云桌面在实验建设優势

5.1 系统部署效率高

云桌面前端采用瘦客户端设备，桌面仅有“键盘+鼠标+显示屏”的外设组合。客户端桌面由云桌面服务器统一设置和发送，在部署完成系统模板后，使用虚拟机克隆的方式派生虚拟机，数分钟可完成派生操作，速度上大大提高。根据不同课程的需求，每台瘦客户端都可以创建多个系统，硬件参数也可根据需求随时更改，系统部署更弹性、效率更高。

5.2 后台管理方便快捷，满足个性教学需求

在云桌面虚拟化管理系统中，能实时显示每台服务器运行状态，包括CPU使用率、实际运行内存占用率、I/0繁忙度，方便管理员随时掌握服务器运行状况。面对课程不同的系统配置需求，可通过策略设置切换所需系统，且策略立即生效，不会因切换系统，耽误教学时间。为保证良好的教学和考试环境，可以在管理系统设置防火墙策略，比如可指定计算机的上网规则，在上机考试时只允许访问考试服务器，提高考试的公平性。另外，后台管理系统支持自定义访问权限，可以禁用访问一些不良网站，创造良好健康的实验环境。这些功能在方便管理员管理的同时，满足了课程个性化需求，提高了教学质量。

5.3 设备维护简单，成本低

传统PC机出现故障时，需管理员手动维护，逐一排除故障，浪费时间，影响正常教学。而云桌面的虚拟机出现软件故障时，可通过日志查看故障原因，及时诊断。且基于VDI架构对服务器的配置要求高，而对瘦客户端配置要求很低，对瘦客户端维护成本低。另外，当需要提高计算机性能时，只需增加服务器数量或更改硬件上的配置，就能够满足教学对计算机性能的高要求，同时还能节省用电开支，电费能显著降低。

5.4数据可靠性高

云桌面管理平台使用虚拟存储，使用虚拟存储的优点是不用担忧学生终端的数据被病毒感染或者被误删，数据的安全性得到保障。并且虚拟存储利用内置冗余机制把数据进行了多个备份，为数据提供了双保险，有效防止数据的丢失。

六、总结

在信息化时代，高校师生对计算机性能的需求逐步增长，这对计算机实验室建设提出了新的挑战。面对传统计算机实验室的不足，单一的通过增加设备来弥补不是长久之计。通过研究发现，基于云桌面架构的计算机相比传统计算机，在建设成本、管理效率、数据安全等方面有明显的优势，为计算机实验室的建设提供新的方案。

参考文献

[1]马文杰.基于VDI的云桌面技术在高校计算机实验室中的应用[J].连云港师范高等专科学校学报，2020，37（01）：82-86.

[2]梁伟杰.云桌面技术在高校计算机实验室中的应用研究[J].信息技术与信息化，2020（11）：194-196.

[3]张青，徐劼，冯凯. 云桌面技术在高校实验室的应用研究[J]. 信息与电脑（理论版）， 2020， v.32;No.460（18）：225-227.