云桌面技术在高校计算机实验室管理中的应用

常青

[摘    要] 高校的计算机实验室皆为面向全校师生服务，承担着多层次多学科的计算机课程。除此以外，还承接各项上机考试和教师的集中网上阅卷等工作。因此计算机实验室涉及安装的应用软件较多，计算机的利用率极高，降低了机器的使用寿命。云桌面技术运用互联网的云计算存储技术和加密算法，将云平台和云终端有机结合，集中管理，为高校的计算机实验教学及管理提供了更为简捷，更为安全的服务，同时也延长了实验室设备的生命周期，节约了成本。

[关键词] 计算机实验室;云桌面;架构

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 03. 084

[中图分类号] G647;TP311    [文献标识码]  A      [文章编号]  1673 - 0194（2019）03- 0205- 02

1      高校计算机实验室现状简析

1.1   软件繁冗硬件滞后

高校计算机实验室主要用于学校的计算机实践教学，承担着较重的教学任务，以及临时性的机考任务。不同课程对软件运行环境要求各异，若干实验室内机器的批次、型号、配置亦不同，这就需要计算机实验室管理人员提供不同的镜像與驱动，布置不同的软件环境，安装多个操作系统和多版本的同一软件。众所周知，计算机的硬件更新速度快，多数实验室的硬件至少五至七年更新一次，硬件资源受限，而新版本软件占用系统资源较高，实验室现有硬件设施不能完全满足教学需求。

1.2   故障率较高

机器的高频使用，个人操作的习惯不同，导致机器的破损率增加。对于一般的软件故障，诸多高校的计算机实验室采用“保护卡”的还原功能来解决。低版本配置的保护卡应用该功能，容易造成机器蓝屏，同时也造成病毒库和补丁升级的不及时，系统的安全性较弱。

1.3   数据共享性较弱

高校的计算机实验室内一般会安装多个操作系统，由于授课的内容不同，安装的应用软件也不同，这样就会在课程结束后产生大量的教师课件、学生课堂作业等数据，这些数据分布在若干台计算机上，只有在原终端才可以访问该数据，各实验室的IP段不同，数据不易传递，只能通过移动设备进行数据备份，共享性较弱。

2      云桌面技术

云桌面主要基于云计算的存储管理模式开发，采用高加密按需即取的算法，是依托互联网进行资源利用的新方式。简单来讲，就是可以通过特定的程序，访问云平台的服务器资源（包括个人桌面和各种应用软件）。它的用户体验与我们日常操作个人PC无二，只需对物理设备进行虚拟化建模，无须频繁的设备升级更新，不仅控制了建设成本，而且资源利用也不再受限。

云桌面为互联网用户提供了一个基于浏览器的桌面系统，针对不同用户的需求，方便用户的个性化上网。同时云桌面还提供各项常用的管理功能，用户可以按需管理使用经常浏览的网站，拓展搜索引擎和网络收藏夹等个性化上网入口功能。

3      云桌面的管理应用性能分析

以云桌面技术作为支撑的计算机实验室，可以将所有用户数据存储于一个数据中心，有效地实现数据安全隔离。按照不同层次的使用需求，云桌面为用户提供了更为适用的统一化的桌面及应用软件资源。每个客户端成为独立的个体，脱离主机去工作。其方式类似于虚拟的无盘工作站，利用互联网接入，将服务器与云资源数据池相连。用户可以在客户端登录云端，将全部数据同步储存在云端，不仅可以共享实验教学的资源，也避免了移动存储介质带来的复杂性和不安全性，提高了资源利用率。

云桌面的管理模式，将桌面、数据访问、软件相结合，用户可以通过计算机、平板电脑、手机等终端，利用互联网络，随时随地地访问属于自己的个人桌面系统，完成授课及实验。应用软件的统一，摒除了传统计算机实验室不仅需要提前做好软件环境的准备工作，还需解决软件与软件之间，软件与硬件之间的兼容性的问题，它可以在任一时间任一地点使用同一桌面环境来进行教学和实验。

传统的计算机实验室在后期的使用维护中需要不断更新、升级和修复软件，安装配置硬件，这些工作几乎要在每台计算机中运行一次，不仅工作量大，成本也较高。高校的计算机实验中心可以在云桌面技术的支持下，对各实验室进行统一管理，只需管理员在服务器上进行相关的软件升级、更新等维护操作，统一分配各项作业的执行计划，就可以让全体用户体验到良好的软件环境，极大地减少了计算机维护带来的工作量。

将云桌面有效地应用到计算机实验室，主要实现了集中化管理功能，只需更新一个基础的镜像。如果授课内容不同，可以根据课程内容配置不同的基础镜像，再将不同的学生用户分别连接到上述不同的基础镜像。如果需要修改其中的内容，只要在基础镜像中修改，并重新启动云桌面的客户端即可看到更新后的内容。如果管理员不在计算机实验室，在其他场所只需远程登录管理平台，就可以对云桌面的模板、应用软件和数据进行管理。应用云桌面技术的实验室在后期维护中，只需更新可以提升云桌面性能的服务器和存储资源介质即可。

由于实验室内的终端显示的是在服务器上设置的虚拟桌面，而实际的数据都存储在服务器上，利用云桌面的还原功能，当客户端设置为还原模式时，服务器将客户端新增数据存于一个临时的区域。当客户端重新启动，这一临时区域的数据也一并删除，以此实现它的还原功能。

4      云桌面架构部署

云桌面就是在虚拟化的服务器上生成若干个独立的桌面操作系统，再通过专用的云桌面协议发送至各个终端。它将实现以下的基础服务功能：

（1）用户管理。分为管理员和普通用户。管理员负责对云桌面的创建、配置、访问控制，对资源进行有效的配置与维护。普通用户可以注册使用云桌面的各项资源。

（2）存储管理。包含服务器数据池内的各项数据和终端设备上传数据的储存、备份。

（3）软件管理。所有应用软件的安装与维护。

（4）平台管理。按照用户使用需求对平台进行管理与维护。

（5）安全管理。服务器内系统的运行，病毒的防护，数据的备份，账号的安全管理和维护。

4.1   云桌面架构

云桌面主要由终端层、控制层、接入层和调度层构成。

（1）终端层包括客户端的显示、声音输出、鼠标键盘的输入。

（2）控制层主要控制传递鼠标的点击，键盘的输入等数据，实现客户端对后台的访问。控制同一时间点流量的分流，以达到后台多个服务器的负载均衡。

（3）接入层是一个會话的窗口。对各用户的身份进行认证，只有认证成功方可登录虚拟云桌面。还可以对用户进行添加、删除等操作，设定其角色，不同的角色设置不同的权限。该层还配置了云桌面管理系统，用于管理员的管理与维护。

（4）调度层是利用云计算技术，将后台的多个服务器虚拟成为若干个独立的云桌面，并为前台的云桌面提供计算和存储服务。

4.2   云桌面的部署

为保证云桌面系统的高可靠性，首先需构建完善的服务器集群，以其中一台作为主控服务器。建议采用适用于高密度计算的模块化基础架构服务器，能在要求极为苛刻的数据库、技术计算和虚拟化环境中提供强大的计算动力，处理繁重的工作负载。建议配置如下：英特尔至强E5-4600 v4处理器，2个英特尔QuickPath互连（QPI）链路互连6.4 GT/s;高速缓存每个内核2.5 MB;内核数量选项：10;内存最高可配3 TB（48个DIMM插槽）： 16 GB DDR4（最高2400 MT/s）。

客户端是需要个独立的嵌入式操作系统，为了实现可利用资源的最大化，架构中还支持对传统桌面做出诸如安装插件等操作的改造，以便于它们有能力运行在服务器上。建议配置如下：英特尔酷睿i7-7700T 处理器;内存8 GB 2 400 MHz DDR4;2.5英寸 256 GB SATA Class 20 固态硬盘，本地硬盘预装WIN7 64位系统，以备网络不通畅时教学使用。

云桌面采用千兆以太网进行布线，网络设备有汇聚交换机、接入交换机、防火墙。每个实验室皆通过接入交换机连接汇聚交换机，访问云桌面的服务器集群。通过设置服务器物理机和虚拟IP来划分若干个安全子域，再设置虚拟局域网的访问控制权限，使得实验室可以在教学的过程中相互独立，实现了每个虚拟局域网和服务局域网可以相互访问，但为了提高安全性，不同的虚拟局域网之间不可相互访问。

在特定的应用场景下，云桌面架构提供了应用程序，它通过共享服务的方式来提供桌面和应用，同时，它还可以在特定的服务器上提供更完善的服务。

云桌面中会涵盖像用户信息、访问信息等大量数据资源，为保证教学资源的安全性，不将上述信息泄露，还需对该信息进行行之有效的管理。建议将其数据生成二维表格，选择合适的数据源，构建一个完整的数据库，为教学提供便利条件。

5      结    语

基于云计算和虚拟化的云桌面，实现了教学资源的集中利用，安全节能，方便了计算机实验室管理员对实验室的维护与管理，改变了传统实验室的现状，同时也提升了学校的信息化建设水平。

主要参考文献

[1]焦敏，周小明，武文娟，等.虚拟云桌面在实验教学中的应用与实践[J].中国现代教育装备，2018（13）：7-9，12.

[2]刘波. 云桌面技术在计算机机房管理中的应用[C]//《智能城市》杂志社，美中期刊学术交流协会.2016智能城市与信息化建设国际学术交流研讨会论文集，2016.