基于桌面云技术的高校计算机实验室建设

冯志强

(营口理工学院外语教研部 辽宁 营口 115014)

0 引言

计算机实验室是高校教育资源的重要环节,对培养学生创新意识及动手实践能力的提升具有重要作用。随着教学信息化的不断推动,高校计算机实验室的建设迫在眉睫。但时至今日,仍有大部分高校采用原始的计算机实验室管理模式,随着高校师生对计算机使用需求的日益增加,对计算机实验室的规模数量及配置提出了进一步的要求,原有的计算机实验室已无法满足当下的需求,需要运用新技术对计算机实验室进行建设与改革。

随着云计算技术的迅速发展,作为其重要应用领域的桌面云技术被广泛使用。桌面云技术是一种新兴的计算模式,通过对传统计算机主机内所存储的资源数据迁至云端,与瘦客户端进行远程接入,以虚拟的形式获取信息[1]。在桌面云技术的支持下对高校计算机实验室进行建设,可以将资源有效整合起来,通过集中管理,为高校计算机实验室的可持续发展奠定基础。

1 计算机实验室运行现状及问题

(1)环境复杂。高校计算机实验室需要满足全校不同专业的学生与老师的使用需求,但由于规模有限,导致实验室无法满足预期设定的目标。由于学科不同,造成系统的配置及所使用的软件都不相同,每台计算机都要安装多种操作系统及应用软件,过多的软件安装严重影响了计算机的运行速度,也给相关管理人员的工作带来了不利的影响。

(2)操作不规范。部分使用者由于对计算机相关知识不够了解,无法正确使用计算机,又因为计算机实验室使用人员较多,许多设备交叉使用,一旦出现计算机病毒、木马病毒等现象,如果未及时处理,可能造成整个系统的瘫痪。计算机病毒普遍具有较强的传播能力,许多杀毒软件都无法做到彻底清除病毒,这就使系统的重要数据及文件的安全性无法得到保障。不规范的操作带来的后果在一定程度上增加了管理人员的工作量,阻碍了计算机的正常运行。

(3)运营成本高。为了满足教师及学生对计算机的使用需求,学校的计算机实验室储量相对较大。计算机使用者数量的增多,相应的会增加设备的损坏,系统及软件也需要定期进行更新及维护,这些都为学校的财政带来巨大压力[2]。

(4)高校计算机实验室配备的管理人员有限,无法负荷多个机房的维护与修复工作,但计算机的使用频率较高随之产生的问题也相对较多。若因维修不及时导致病毒蔓延至整个系统,使计算机性能下降,造成系统崩溃,进而会影响学生的学习进度。

2 桌面云技术

2.1 云计算

云计算就是将服务器、存储等资源优化成为一个平台,根据使用者的需要对资源进行重组,最后通过网络提供给用户使用[3]。云计算的特点体现在以下6个方面:①在虚拟化技术的背景下安排资源或获取服务;②按需提供资源,实现动态扩展;③通过网络对信息进行整合;④方便用户进行使用;⑤降低用户终端处理压力;⑥提升用户独立运用计算机专业技术的能力。通过云计算技术,作为网络服务的主要供应商可以在相当短的时间内对数以万计的信息进行处理,为使用者提供高效的网络服务。

2.2 虚拟化技术

虚拟化技术是指在一台独立服务器上虚拟出多个机器,这些虚拟机器与独立服务器共用硬件资源,提升了硬件的工作效率。而网络虚拟化一般是指虚拟专用网络,这种方式可以使用户对内部网络进行远程访问,有效净化网络环境,阻止病毒入侵。大规模组网的运用提升了网络资源的使用效率,帮助用户在快速安全访问网络程序的同时,大幅度提升了网络的整体性能。虚拟化技术结构简图,如图1所示。

图1 虚拟化技术结构简图

2.3 桌面云技术

桌面云是在云计算的基础上提供的桌面服务。桌面云使用虚拟化技术,在服务器端为用户配置专用的操作系统及桌面环境,用户使用瘦客户端(用来连接显示器等的硬件设备)通过网络访问桌面并进行相应的操作。桌面云无需配置计算机主机,数据全部都在服务器端进行保存,只需要配备基础硬件设备和瘦客户端即可正常使用[4]。

桌面云技术具有绿色环保、安全性高、性能稳定等特点,集中化管理是其价值的重要体现。在桌面云技术的基础上建设计算机实验室,可以方便管理者通过控制中心实现对众多虚拟桌面的管理,满足多样化教学的需求,有效提高计算机实验室的工作效率,解决传统实验室出现的问题。

3 桌面云技术的优势

桌面云具有以下5种优势:

(1)硬件更换成本降低。桌面云的安装成本与传统计算机相比更高,但使用年限较长,无需经常更换,从时间维度上来看,硬件费用支出相对较少。

(2)性能相对稳定。瘦客户端的结构与传统计算机相比更简单,所使用的系统更加稳定,故障率较低,在服务器端即可对系统进行一系列的安装、调试等,有效降低了管护的难度,大大提高了工作效率。

(3)传统的计算机工作时噪声较大,运行时会使室内温度升高,而瘦客户端在工作时产生的噪声为1 dB,温度为正常室温,营造出了良好的学习环境。瘦客户端的功率对比传统计算机也有大幅度降低,真正做到了节能减排,有效降低了实验室的运营成本。

(4)自由选择使用地点。因为所有的数据都在云端服务器进行了存储,除了可以在实验室内进行使用外,还可以在任意时间不同地点的终端设备上接入互联网进行使用。

(5)减少相关工作人员的工作量。高校的教职员工及学生人数众多,导致学校内的计算机实验室管理人员的工作量增加[5]。管理人员需要严格把控硬件及软件的运行情况,确保它们正常工作。云计算技术可以控制整个系统的维护工作,一旦出现任何问题,可以在第一时间内进行处理,节省了运行维护的时间,从而大大地提升了相关工作人员的工作效率,避免了资金的浪费。

4 桌面云技术下高校计算机实验室的建设过程及方案

4.1 桌面云基本结构

桌面云系统由瘦客户端、网络接入、管理控制台、身份认证及应用服务器5个部分组成。瘦客户端一般布置在计算机实验室内部,主要用来显示老师和学生上课时所需要的桌面;网络连接是瘦客户端与服务器端相连接的方式,在高校内运用校园网进行接入,用户通过网络便可登录桌面云;管理控制台是计算机管理员用来控制桌面云系统的工具;身份认证是使用者用来登录及使用桌面云的操作方式,同时也可以用来保障数据的安全性,通过客户端对硬件资源的控制,向客户推荐桌面云操作系统的应用、保护用户信息等服务。桌面云系统基本结构,如图2所示。

4.2 虚拟服务器及客户机

高校计算机实验室的建设,可以在桌面云技术的帮助下提前计算出所需要的虚拟机数量,再结合教学需求设定出虚拟主机,在虚拟主机下安装整套的操作系统及应用软件。这种方式可以使管理员无需反复对软件进行安装及卸载,简化了工作程序,但在管理及技术上也提出了相对较高的要求。虚拟化桌面技术可以通过虚拟将中心服务器转化成多个桌面计算机,在瘦客户端完成运行,使其操作流程与传统计算机相似,方便用户使用。

桌面云技术中的客户机有瘦客户端及传统PC[6]2种方式。由于这2种方式的载体不同,因此对计算机的硬盘等有不同要求,但瘦客户端难度、维修时间及成本较低,可以作为优先选择的方式。

4.3 桌面云建设的方案

桌面云建设包含资源池设计、虚拟化管理等方面。在服务器池化安装完成的虚拟化软件,使虚拟桌面的基础架构、应用等组成集群,制定各种相关政策,有效管理虚拟机。通过虚拟桌面对软件进行管理,有利于桌面的稳定投送[7]。资源池拥有丰富的内存资源,只需使用一台服务器便可完成对资源的管理,为管理者提供便利。系统内的各种数据均可存储在存储器中,按需进行使用,有效确保了数据的安全及稳定[8]。

以VMware View产品为例,具体建设方案如下。首先,设置vSphere。将服务器划分成多个具有完整,将vSphere组件ESXi安装在系统虚拟机服务器的硬件上,在系统管理员的电脑上安装vCenter Client对vCenter进行远程操控。其次,安装View连接服务器。它是一种将View Client与View Agent相连接的软件,通过这种软件进行使用者的身份验证,将桌面用户请求定位到相应的虚拟桌面或终端服务器。最后,安装View Composer。它能在加快设置虚拟桌面速度的基础上,做到节省存储空间[9]。使用一台虚拟机作为样板,在虚拟机上安装Windows 7操作系统,再安装教学所需要的软件,如Office 2010等;对用户环境配置完成后,继续安装View Agent及View Connection Server,创建虚拟桌面池并对虚拟桌面进行分配;安装客户端。安装完成后,便可通过登录进行虚拟桌面的连接。

在实际课堂运用中,教师及学生分别登录不同的桌面,参考上课的学生人数,可以对服务器的数量进行合适的调配,以满足教学对虚拟桌面数量的需求,还可以在云端服务器上设置合理的存储空间为师生存储各种教学资料与作业等数据。

5 基于桌面云的计算机实验室管理系统

5.1 桌面云管理方案

桌面云管理需要稳定的传输协议做保障,不仅可以使虚拟桌面更接近传统桌面,还能够有效提升虚拟桌面的整体性能。在实验室桌面云系统建设中,数据中心用来存储系统镜像。当数据中心需要与客户端连接时,可以使用桌面传输协议提升传输的效率。根据对桌面云整体性能及其他方面进行评估后,选择合适的方案进行解决。方案的选取要有利于桌面扩展协议,打破传统的限制,为用户提供安全、快速的服务。

5.2 桌面云系统功能

桌面云系统的功能要将课程教育与实践教育相结合,不仅课程教学要充分,实践教学也要丰富,建立适应自身需求的教学云平台。该平台要将知识点贯穿在教学教案的编写中,在帮助学生确定学习目标的同时,掌握学习流程,提高学生学习的自主性。该平台具有丰富的教学资源,为教师与学生之间的交流互动提供方便条件,教师可以利用此平台完成对学生的课程指导,学生也可实现无纸化作业。

5.3 桌面云解决方案

计算机实验室的桌面要满足不同情境下教学需求,且能实现不同教学模式的自由切换。基于这种需求,需要设计出一种多样化的云系统。将桌面虚拟化系统在服务器上进行安装,使用网络登录管理系统。通过技术的支持,用云终端代替传统的计算机。为满足不同的教学模式,可以创建出具有较强针对性的学习情境。桌面云方案整体架构,如图3所示。

图3 桌面云方案整体架构

在集群服务器上安装桌面虚拟化系统,进而对整个计算机系统进行配置;用云终端代替传统的计算机,登录虚拟化系统,为使用者分配专属的虚拟机;依据使用环境的不同,设置不同的镜像模板,使其满足不同专业的教学要求。

6 结语

传统计算机实验室所面临的困难及问题为实验室的发展带来了阻力。桌面云技术在计算机实验室中的运用有效地解决了实验室在教学上所面临的困境,通过云技术与虚拟桌面相结合的方式,构件出了多维互动的实验环境。桌面云技术的应用,提升了计算机软件及硬件的利用率,保障了网络环境的安全性,同时提高了计算机实验室管理人员的工作效率,降低了能源消耗及资金成本,开创了学生学习的个性化方式,实现了教学活动的新模式,为高校计算机实验室的长远稳定发展带来全新的助力。