高校计算机实验室云桌面平台的规划及构建

梁浴文

摘要：随着高校信息化建设进程的推进，传统的计算机实验室在建设和管理中的弊端，已经越来越不适应教学和实验的需要，该文将着力研究运用云计算及虚拟化技术来整合校内软硬件资源，从而推动高校信息化建设朝着绿色、环保和高效的方向发展。

关键词：虚拟机；云桌面；实验室管理

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）17-0128-02

目前各高校已投入大量的人力、物力和财力建成了各种计算机实验室，但传统模式的计算机实验室却面临着电脑数量多、管理维护困难、硬件不断老化和更新换代成本高等不足，越来越不能满足教学的需要。针对这种现状，本文将利用目前流行的云计算和虚拟化技术分析高校搭建云桌面平台的必要性和可行性，打造新型的计算机实验室，整合校内信息化资源，从而推动高校信息化建设朝着绿色、环保和高效的方向发展。

1云桌面平台建设的必要性

高校的计算机实验室逐年增加，部署的计算机也越来越多，以笔者所在的高校为例，计算机数量已经超过3000台，实验室管理人员人均负责上千台计算机的维护工作。传统的计算机实验室弊端主要表现在：

1.1计算机数量多，维护量大

传统模式的计算机实验室中计算机数量众多，每台计算机又有相对独立的软硬件系统，虽然自由度高，但却给日常运维工作带来了极大的困难。实验室管理人员平时要花费大量时间处置系统故障，虽然可以使用网络同传软件对同批次计算机统一操作，但耗时长效率低。实验室管理人员数量相对较少，人均维护量大，加之高校缺乏相应的人员激励机制，人员流失严重，使得日常运维工作开展起来更加困难。

1.2软件环境更新困难

在实验室的日常管理中，为了保证计算机的正常运行，管理员会利用软件把计算机的操作系统保护起来，每次开机会自动还原到初始状态。但是现在教学对上机环境的要求也在不断发生变化，很多软件环境要求要进行不停地更新，在实验室内进行的各种机考也对软件环境有不同的需求，甚至于有的课程对计算机操作系统还有特殊要求，传统的实验室环境都很难满足这些需求。

1.3设备的更新换代成本高

普通计算机的正常使用年限大概在五年左右，在超过了厂家提供的三年质保期以后故障率会明显升高，新版软件对于硬件配置的要求也更高，导致许多对计算机硬件性能有较高要求的课程无法使用老旧机房，只能安排在新机房进行，这既加大了教务部门排课的难度，也加速了新机房设备的损耗。如果要满足教学的需要，逐年对老旧计算机进行更换，对于学校来说也是一笔不小的支出，新购计划往往一拖再拖。

1.4安全问题突出及病毒防范困难

实验室中的计算机处于同一局域网环境中，平时由于师生使用U盘等移动存储介质及访问外网不安全链接等因素，极易造成计算机病毒的感染和传播。虽然可以通过交换机端口隔离和硬盘保护系统等措施进行防范，但各类网络攻击事件层出不穷，计算机难免还是会感染病毒，轻则运行速度变慢，重则整个实验室设备瘫痪。

2云桌面平臺的可行性

随着IT技术的发展，云计算、虚拟化和虚拟桌面等技术已经进入到实际应用阶段，利用服务器虚拟化技术，充分发挥其强大的运算能力和存储能力，建立高效紧凑的架构。云桌面平台可以按教学实际需求分配资源，方便了管理员对终端集中管理，促进了新IT技术与高校教育的深度结合，提升了实验平台对于教学和科研的整体支持能力。

2.1购置成本上的优势

云桌面系统需要采购高性能的服务器，但对于终端的性能要求不高。以60人的标准实验室为例，按照中等使用强度计算，云桌面系统需要4台高性能服务器和60台云终端，和传统PC实验室在购置成本上的对比如表1：

实验室中的网络设备，鼠标键盘等可以利用现有的，避免重复建设。云桌面系统的购置成本相比传统PC机节约23%，如果继续利用旧PC作为终端机则成本上能节约52%。

2.2资源灵活配置

云桌面平台中服务器集群承担了运算和存储任务，终端机只承担I/O及网络传输控制等基础任务，每个用户根据其使用需求获得服务器上的计算资源，这种架构方式很灵活，可以解决老旧实验室资源分配不均的问题。如果将来希望提高运算性能，只需要提升服务器性能就可以实现，大大节约了硬件购置成本。

2.3精细化管理

云桌面平台中的虚拟桌面可以针对不同教学和考试环境需求创建多套场景，并且可以通过管理平台实现教学场景的快速切换，解决了传统实验室软件更新困难的问题。

2.4促进节能减排

云终端由于其采用ARM架构，功耗大约仅为传统PC的12%，一个配备60台计算机、每天使用8小时的实验室，传统PC每天的耗电量约为144KW，云终端每天的耗电量仅为约18kW，按照年平均使用200天计算，使用云终端每年可以节约能耗25200kW。

3云桌面平台的实施

3.1服务器虚拟化

服务器虚拟化是指将物理服务器中的物理资源虚拟成逻辑资源，从而虚拟出多台相互隔离的虚拟主机，每台虚拟化服务器都可以拥有自己相对独立的CPU、内存等硬件资源。云平台服务器在搭建过程中可以把多台物理服务器组成一个虚拟化池，由虚拟化平台软件对所有的软硬件资源进行统一调配使用，从而提高物理服务器的使用效率，同时也能增强云平台服务器运行的稳定性和安全性。

3.2存储设备虚拟化

存储虚拟化是利用存储资源池将分散的物理存储设备进行整合，从而实现存储资源的共享，为用户提供高容量和高速传输的存储服务。存储虚拟化可以实现异构数据的存储，数据实时同步和备份等功能，提高了数据的安全性和不同存储设备间的兼容性。存储虚拟化还可以根据用户的需要进行动态管理，提高了存储资源利用率。云桌面系统中的存储应采用虚拟化技术，将存储设备和服务器分离开来，使用RAID技术把多块独立的物理硬盘组合成一个硬盘组，提高存储的性能并保证数据安全，也方便存储资源的管理。

3.3终端桌面虚拟化

在完成服务器和存储虚拟化后，利用专门的云桌面软件批量生成虚拟桌面并下发至终端设备，服务器和终端之间通过高速网络进行数据交互，从而让用户可以获得像操作普通计算机一样的操作体验。所有的操作系统和应用软件都集中在云服务器上进行管理，实现了软硬件的分离，有效解决了应用软件之间的兼容性问题，同时还能提高数据的安全性。实验室管理人员针对不同课程和考试教学环境需求可以很方便地创建多个应用场景，安装不同的操作系统和应用软件，并且通过管理平台远程切换不同的应用场景，比如普通教学上课、软件开发类实验课程、计算机等级考试等，方便管理员日常管理。

3.4高速通讯网络

由于云服务器和云终端之间有大量的实时数据进行传输，对通讯网络的速度和质量有较高要求。一般来说，实验室内部至少应选择全千兆智能可管理交换机对云终端进行接入汇聚，各实验室通过光纤上行接人连接云服务器的全光交换设备。

4结束语

随着高校教育信息化持续推进，计算机实验室建设势必朝着高效、灵活、节能的方向发展，云桌面技术在节约资源、绿色环保和数据安全等方面有着极大的优势，为教育云的搭建奠定了基础，提高了高校信息化建设的水平。但是我们也应该清楚地看到，云桌面系统对于网络的依赖程度很高，一旦网络发生中断系统也将面临瘫痪。而云桌面系统产品往往由软件提供商自行开发和维护，缺乏行业统一标准，后期的运维对这些公司依赖程度很大，从而带来一些无法预见的风险，这些问题我们将留待实践中进一步探讨。