如何用云桌面管理计算机实验室？

文/洪艳坤

随着现代信息技术的发展和智慧实验室的推进，高校已将信息技术引入到实际的教学过程与环境改善建设中，其技术的创新发展与应用，势必促进教育现代化和信息化的蓬勃发展。高校计算机实验室可以说是高校教师人才培养与传道授业解惑的主阵地，所以管理好计算机实验室是促进高质量教育的关键。云桌面的出现，有利于提高教师教育信息技术能力、培养学生计算思维、提高实验员管理效率和优化实验教学环境。

问题分析

计算机实验室是进行实验教学和人才培养的重要场所，但是目前传统计算机实验室依旧存在以下问题。

1.管理分散,维护效率偏低。计算机实验室的所有设备由实验室管理人员统一管理，主要工作内容有硬件维护维修、操作系统安装、基础与应用软件更新。但因计算机实验室分布不集中，计算机物理设备存放分散，加之每间实验室会因采购设备的时间和要求不同，造成设备型号和配置不尽相同，需要管理者花费较多的时间和精力进行维护，并且有些工作重复劳动，造成维护效率低，不利于工作积极性的调动和高效管理维护。

2.设备、人力成本支出较高。传统的计算机实验室一般都有计算机、交换机、中央控制器、功率放大器、音箱等设备，配置一套的费用往往都要几万。有些课程对配置设备的要求会比较高，如高性能主板、高速CPU内核、高容量内存、高存储固态硬盘等硬件设备要求，以满足专业课程的课堂教学需要。另外，由于物理机的分散管理模式，不免增加工作量，需要更多的实验室管理人员来提供技术支持与保障维护。

3.缺乏个性化且兼容性差。目前许多高校的计算机实验室建设无法根据课程的特点和教师的特殊要求进行设计和配置，缺乏个性化。而教师在使用的过程中，会临时自行访问互联网下载课程资源或安装软件，造成计算机软件过多安装或无法兼容系统等问题，如系统位数的不匹配、软件版本的不适应，从而影响计算机系统的运行效率，也会降低设备的使用效能。

4.安全性低且工作量大。计算机实验室除了面向专业课程，还要面向全校师生开放公共必修课和专业选修课，使用人数众多且涉及面广。绝大部门均使用U盘拷贝传播文件或直接访问互联网，容易导致电脑感染病毒、破坏硬盘系统文件、降低软件运行速度，从而影响正常的实验教学秩序。即使使用杀毒软件、“保护卡”或还原软件等也有可能被“攻破”，无法彻底根除病毒带来的困扰。一旦计算机感染病毒，这无疑会增加实验室管理人员工作量，进而消耗大量的人力物力。

云桌面

云桌面是基于虚拟桌面的基础架构，是云计算时代的一种典型应用模式，是一个可以通过终端接入互联网设备来访问平台程序的应用程序。它的原理是采用“瘦客户端+胖服务器”的形式进行系统架构。其原理类似于Browser/Server架构模式，服务器端根据客户端请求交付或反馈运算结果；而在客户端，只需有一台性能要求不高却能够连接网络的终端硬件设备。用户通过显示器操作犹如使用本地电脑一样，实质是在访问存储在云端服务器虚拟化出的云桌面系统及应用软件程序。云桌面的运用，将在很大程度上解决当前计算机实验室存在的问题。

技术优势

1.信息数据安全。所有数据存储于云平台，本地不存任何数据，无法对系统参数进行任意篡改。

2.维护维修方便。所有的程序软件和应用数据都存放在云服务器平台，系统管理员可进行统一安装维护、统一杀毒升级、统一备份数据、统一发布“镜像”任务。

3.满足个性需求。依据用户的级别授予不同的权限，实现个性化的桌面设置和点对点服务，如同访问自己的电脑一样，提高师生用户的体验感。

4.快捷部署办公。拥有云终端设备，接入显示器键盘鼠标等外部设备，再接入RJ45网线或无线访问即可实现互联互通，省去安装系统程序软件和拷贝数据等工作。

5.支持扩展升级。云桌面系统后期通过增加新的服务器、扩容磁盘空间、增大内存或提高CPU性能延长设备使用寿命，满足软件的升级需求。

6.便捷灵活办公。不仅可以通过普通计算机设备办公，还可以通过智能手机、笔记本等随时随地连接到云桌面系统办公。

7.支持复杂网络。支持跨网段、VPN、跨VLAN、AP等复杂网络环境，更加灵活高效。

整体架构

利用云桌面的优势，将云桌面技术应用于计算机实验室的管理中，有利于计算机实验室实现快捷化、信息化和智能化管理。云桌面采用中心机房服务器虚拟化、本地终端桌面远程访问控制、网络动态调配等技术构建平台，采用虚拟机代替物理计算机作为实验室教学环境，从而解决了传统的计算机实验室在建设、维护和管理过程中出现的日常问题。计算机实验室云桌面平台的系统架构如图1所示，可以分为三部分：虚拟桌面资源池、桌面虚拟化系统、终端设备。

图1 计算机实验室云桌面的系统架构

虚拟桌面资源池：服务器配置在中心机房，将服务器的CPU、磁盘、内存、I/O等硬件资源集群成动态管理的“资源池”，将一台服务器虚拟成N台服务器，提升了服务器的资源利用率，发挥了服务器集群的高可靠性与高稳定性，实现了透明负载均衡处理、故障自动切换备用、存储容量适时可调、动态智能迁移数据、系统自动重构配准等功能。

桌面虚拟化系统：为桌面终端用户提供统一身份与认证、统一资源访问与控制、统一用户桌面创建与启动等功能，实现以更低成本、更稳定、更安全地交付、反馈和控制桌面资源，虚拟出N个云桌面操作系统实现人性化的点对点服务。

终端设备：终端是一个嵌入式操作系统的设备，使用服务器配置的资源，通过TCP/IP协议远程访问运行在服务器上的虚拟桌面，通过输入外设在虚拟桌面上操作，向服务器发送操作指令并返回响应，完成终端的作业机制功能。

应用实践

以厦门某高校为例，目前计算机云桌面实验室采用“瘦客户端+胖服务器”部署了2间，拥有高性能服务器3台，瘦客机130台。

预设“模板”制作“镜像”

运用云桌面管理计算机实验室，通过预设纯净的系统“模板”，快速实现桌面操作系统的批量创建、安装和修改，下发安装约2小时完成130台终端系统部署，从而快捷构建起相同的实验教学环境；另外也可以根据实际需要，在“模板”的基础上定制多种场景“镜像”系统：如面向公共基础课软件，制作Windows基础课程系统；面向专业课程软件，制作Windows专业课程系统；面向计算机化考试，制作考试课程系统。系统管理员远程桌面统一操作，在后台管理服务器上通过虚拟桌面交付控制器推送到对应的计算机实验室，极大简化了计算机实验室繁琐的配置和安装操作，提高实验室管理人员的管理效率。

利旧设备升级扩容

固定资产设备一般使用寿命为5年，而云桌面部署方案的设备使用寿命可达10年，其优越性主要表现在两方面：一方面，由于终端设备对技术要求不高，具有性能易匹配、兼容性良好等强大异构特性，学校可以利用原有不同型号或要报废的机器作为瘦终端设备接入使用，无需再购买新设备，提高设备的利旧率；另一方面，将来通过升级服务器硬件配置来提升计算机性能，如增加内存使终端设备的内存从2G变成4G或4G以上，增加磁盘容量扩容终端硬盘空间。这样不仅能够延长设备的整体使用寿命，也能够减少经费的再投入或重复投入，还能够满足日后软件版本更新升级对系统提出的更高要求。

节约电量节能减排

普通电脑功耗一般都在200W以上；而云桌面终端设备所需的功耗低，一般都在20W以下低噪度运行。由此可见，云桌面终端设备比普通电脑省去了90%以上的电力。对于学校计算机实验室动不动就拥有数百台计算机来说，批量使用低功耗终端设备来部署实验室教学环境，必将大大节省电费，也大大减少了噪声干扰与碳排放，促进碳中和。另外，云桌面拥有强大的虚拟桌面资源池和虚拟服务器技术，能根据终端业务请求，自动调整物理服务器的运行，使其处于休眠或停止状态，节约了电能，实现了节能减排。

封装系统双向备份

传统计算机实验室若遭遇操作系统崩溃、计算机中毒等情况，可能会影响教师课堂实验教学，管理者往往要花费较长时间进行维修，这样势必影响正常的教学进程；而学校云桌面终端封装了安卓系统，保证了设备不易感染病毒。

云桌面系统采用“双镜像”备份模式，具有容灾技术特性，将系统中所有程序软件及数据运算存储于中心机房服务器，而不在云桌面终端设备里保存。当服务器设备故障，即“主镜像”宕机时，随即启用“次镜像”作为备用服务；当网络无法访问时，云桌面服务器一直处于运行工作中，通过更换终端使用授权的相同云账号登录，操作界面依然没有变化，支持断点续课且不影响正常实验课堂教学。这种无缝的数据连接保障了教学过程的连续性和正常性；同时学校设置内部专用网络，以保障内部网络实验教学环境的稳定性和可靠性。

构建以师生为中心的云桌面管理模式，能够适应高校实验教学环境的需求，有利于教师养成使用桌面的良好习惯，提高师生用户体验感和教师教育技术能力水平；有利于计算机实验室管理者进行计算机实验室管理与计算机设备维护，提高工作效率；同时也进一步推动了信息化实验教学管理。