基于云桌面技術(shù)的高校計(jì)算機(jī)教室建設(shè)

基于云桌面技術(shù)的高校計(jì)算機(jī)教室建設(shè)鄭州大學(xué)西亞斯國際學(xué)院孟占永摘要：隨著計(jì)算機(jī)軟硬件更新?lián)Q代進(jìn)程的加速，云計(jì)算技術(shù)的日益完善，綠色I(xiàn)T理念的增強(qiáng)，計(jì)算機(jī)教室較高的管理維護(hù)本錢給高校的建設(shè)帶來了極大的挑戰(zhàn)。結(jié)合當(dāng)前高校計(jì)算機(jī)教室的現(xiàn)狀和云桌面技術(shù)快速應(yīng)用的背景，重點(diǎn)對(duì)云桌面技術(shù)在高校算機(jī)教室的應(yīng)用進(jìn)行研究，并通過實(shí)際應(yīng)用對(duì)現(xiàn)存問題和未來開展提出了當(dāng)前高校算機(jī)教室建設(shè)的想法和建議。關(guān)鍵詞：云桌面；虛擬化；節(jié)能減排1引言在信息技術(shù)高速開展的今天，高校信息化也在不斷完善。高校的許多教學(xué)任務(wù)都日益依賴信息化技術(shù)，而隨著計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)的開展使機(jī)房的計(jì)算機(jī)配置3-5年已經(jīng)不能跟上新技術(shù)的開展，這給高校計(jì)算機(jī)教室的建設(shè)帶來了極大的挑戰(zhàn)。以西亞斯國際學(xué)院為例，各類計(jì)算機(jī)教室有32個(gè)，每個(gè)教室有50-70臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)組成，使用的學(xué)生超過25000人。故機(jī)器數(shù)量大，使用頻率高，教學(xué)軟件安裝頻繁，學(xué)生操作技能上下不一。使管理員很難對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一管理，維護(hù)工作量也大。隨著桌面虛擬化技術(shù)的開展和應(yīng)用，不但在業(yè)務(wù)連續(xù)性、平安性、節(jié)能環(huán)保等方面得到巨大的價(jià)值提升，也能夠與現(xiàn)有的管理技術(shù)和手段進(jìn)行很好的融合，極大提升工作效率。這為高校計(jì)算機(jī)教室建設(shè)和管理提供了新思路。2背景2.1高校計(jì)算機(jī)教室在使用和管理方面存在的主要問題1〕系統(tǒng)和應(yīng)用日常維護(hù)量大。因?qū)W校機(jī)房的PC數(shù)量比擬大，當(dāng)遇到更新應(yīng)用程序或教學(xué)軟件、操作系統(tǒng)升級(jí)打補(bǔ)丁等工作和病毒發(fā)作時(shí)都需要管理員花費(fèi)大量的時(shí)間和精力重建教學(xué)環(huán)境，降低了網(wǎng)絡(luò)管理人員的維護(hù)和管理效率，并時(shí)常影響正常教學(xué)。2〕教學(xué)的連續(xù)性和控制性比擬差。為減輕一定的維護(hù)量而普遍使用“復(fù)原卡〞的方式，以防止學(xué)生隨意安裝軟件破壞管理員部署的教學(xué)環(huán)境，就導(dǎo)致了教師的課件和學(xué)生作業(yè)不能存盤，上節(jié)課未完成的實(shí)驗(yàn)也不能留到下節(jié)課繼續(xù)完成，也會(huì)產(chǎn)生播送桌面不能完全控制到位等問題。3〕從教學(xué)的先進(jìn)性角度來看。由于高校專業(yè)和教材不同、軟件種類多、數(shù)量大、本錢高，造成采購周期較長，導(dǎo)致所使用的教學(xué)軟件，可能比社會(huì)、市場(chǎng)的主流軟件至少落后1-2年以上。且有些軟件的部署復(fù)雜程度較高，或?qū)τ谟布途W(wǎng)絡(luò)環(huán)境存在特別要求，使其無法在學(xué)校快速部署使用。所以如何加快新技術(shù)、主流軟件的上線應(yīng)用和快速部署也是高校比擬關(guān)注的問題。4〕IT資產(chǎn)管理不完善。分布在各教室的PC機(jī)配置統(tǒng)計(jì)和保護(hù)好硬件的平安相對(duì)麻煩，較易造成登記不清，或登記和實(shí)際配置不相符等情況。5〕資金投入和管理維護(hù)本錢高。高校因種種原因，對(duì)計(jì)算機(jī)教室的建設(shè)資金投入有限，再加上IT技術(shù)的快速開展，一般3-5年就需要淘汰更新一批性能落后的機(jī)器。而這種反復(fù)采購、淘汰、再采購、再淘汰的方式實(shí)際上是一種嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。另外臺(tái)式計(jì)算機(jī)在能耗方面比比擬高，與低碳環(huán)保的理念相違背。所以如何在保障教學(xué)環(huán)境的前提下，降低校園計(jì)算機(jī)的資金投入和管理維護(hù)本錢也是高校一直關(guān)注的問題。目前高校普遍面臨以上問題，急需一種新的IT技術(shù)解決以上問題，到達(dá)集中管理、高效運(yùn)維、平安可靠、節(jié)能環(huán)保的目的，從而提高效率、節(jié)約本錢。2.2云計(jì)算和云桌面技術(shù)云計(jì)算是近幾年信息技術(shù)的熱點(diǎn)和開展趨勢(shì)。對(duì)云計(jì)算的定義有多種說法。對(duì)于到底什么是云計(jì)算，至少可以找到100種解釋[1]?，F(xiàn)階段廣為接受的是美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院定義：云計(jì)算是一種按使用量付費(fèi)的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網(wǎng)絡(luò)訪問，進(jìn)入可配置的計(jì)算資源共享池〔資源包括網(wǎng)絡(luò)，效勞器，存儲(chǔ)，應(yīng)用軟件，效勞〕，這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與效勞供給商進(jìn)行很少的交互[2]。云計(jì)算的應(yīng)用為降低本錢、提升生產(chǎn)效率和業(yè)務(wù)系統(tǒng)快速部署帶來了不可估量的價(jià)值。云桌面是云計(jì)算時(shí)代的典型應(yīng)用，基于分布式云計(jì)算存儲(chǔ)技術(shù)，集成互聯(lián)網(wǎng)精華應(yīng)用，依托高度加密算法，為互聯(lián)網(wǎng)各個(gè)層次用戶提供最簡(jiǎn)便、最豐富、最平安、最貼心的效勞。其核心技術(shù)是桌面虛擬化，是一個(gè)新的解決方案和根底架構(gòu)理念，其原理是在效勞器側(cè)為每個(gè)用戶準(zhǔn)備專用的虛擬機(jī)并在其中部署用戶所需的操作系統(tǒng)和各種應(yīng)用，然后通過桌面顯示協(xié)議將完整的虛擬機(jī)桌面交付給遠(yuǎn)程的用戶使用。這樣可以將所有桌面虛擬機(jī)在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行托管并統(tǒng)一管理，同時(shí)用戶能夠獲得完整PC的使用。其價(jià)值表達(dá)在信息平安、維護(hù)方便、節(jié)能、快速部署、設(shè)備更換頻率低、在外辦公便捷等方面。3目標(biāo)和意義高校計(jì)算機(jī)教室通過桌面虛擬化技術(shù)，管理人員可以獲得在中心機(jī)房集中管理桌面應(yīng)用、對(duì)桌面應(yīng)用實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一配置與管理的能力。同時(shí)，因?yàn)樽烂婕泄芾?、虛擬化和隨需交付，可以說根本解決對(duì)傳統(tǒng)PC的管理、維護(hù)和平安難題，維護(hù)工作大大降低。這樣，管理員可以不必花大量的時(shí)間從事繁鎖的客戶端配置、版本升級(jí)、系統(tǒng)修復(fù)等操作。同時(shí)也為用戶提供充分靈活的操作空間，降低本錢?？傮w來講，在高校計(jì)算機(jī)教室應(yīng)用云桌面技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)和意義：1〕提供集中、統(tǒng)一的管理平臺(tái)。能夠?qū)虒W(xué)課件，教師桌面，教學(xué)終端進(jìn)行高效的統(tǒng)一管理，同時(shí)提供教學(xué)終端的資產(chǎn)管理，讓管理員足不出戶就能解決所有運(yùn)維管理問題以及快速交付不同的教學(xué)環(huán)境。提高軟件部署效率，降低網(wǎng)管人員工作強(qiáng)度，提高工作效率。2)提高教學(xué)連續(xù)性，提高學(xué)習(xí)效率。通過效勞器發(fā)布的用戶桌面具備超過“復(fù)原卡〞功能的“復(fù)原〞能力，同時(shí)能夠使學(xué)生和教師保存自己的學(xué)習(xí)和教學(xué)環(huán)境，以備以后的課程使用和學(xué)習(xí)、教學(xué)回憶。3)豐富、完整的用戶體驗(yàn)。不但提供普通的教學(xué)環(huán)境、辦公環(huán)境，還可提供高端的設(shè)計(jì)類教學(xué)環(huán)境、多媒體教學(xué)環(huán)境等，不同的用戶都能享受到完美的用戶體驗(yàn)。4)靈活性。不受空間位置的限制，可以讓學(xué)生和老師在校園內(nèi)任何有網(wǎng)絡(luò)連接地方都可以使用自己的桌面系統(tǒng)，構(gòu)建靈活的學(xué)習(xí)、教學(xué)環(huán)境，真正實(shí)現(xiàn)可移開工作。5)降低學(xué)校總體擁有本錢。用戶端使用的云終端設(shè)備桌面云一體機(jī)具有體積小，低功耗，長達(dá)5-8年使用壽命的特性，節(jié)能環(huán)保。可以減少高校對(duì)計(jì)算機(jī)教室建設(shè)的投資及最大限度的保護(hù)原有資產(chǎn)和利用，更要降低高校管理維護(hù)本錢。6)高平安性。數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)在后臺(tái)效勞器上，終端無數(shù)據(jù)，外設(shè)使用受控，加強(qiáng)工作桌面的平安性。4云桌面技術(shù)在計(jì)算機(jī)教室的具體應(yīng)用虛擬化技術(shù)正在成為被廣泛使用的技術(shù)，其主要包含：效勞器虛擬化，應(yīng)用虛擬化和桌面虛擬化技術(shù)。以桌面虛擬化技術(shù)為核心的云桌面技術(shù)在國內(nèi)外知名IT企業(yè)如Citrix、VMware、華為、中興等的研究和推廣下，許多國內(nèi)外大型企業(yè)特別是電信、銀行業(yè)、大學(xué)等，已經(jīng)開始用云桌面來代替原有的計(jì)算機(jī)辦公和教學(xué)模式。早在2023年10月，上海中學(xué)華為桌面云工程正式通過驗(yàn)收，說明桌面云技術(shù)在教育行業(yè)結(jié)合的可行性[3]。但是，高校計(jì)算機(jī)教室主要為全校學(xué)生提供計(jì)算機(jī)根底課的上機(jī)實(shí)驗(yàn)和局部專業(yè)課實(shí)驗(yàn)，學(xué)生人數(shù)龐大，每臺(tái)機(jī)器的使用人員不固定，上機(jī)內(nèi)容與上機(jī)環(huán)境要求不太統(tǒng)一等，與公司和中小學(xué)的情況有較大差異。所以針對(duì)高校實(shí)驗(yàn)機(jī)房的應(yīng)用特點(diǎn)，結(jié)合云桌面技術(shù)，提出以下基于云桌面的云教室建設(shè)方案。4.1技術(shù)架構(gòu)桌面虛擬化方案提供一種端到端的桌面管理解決方案。可動(dòng)態(tài)按需產(chǎn)生虛擬桌面，該桌面所有的運(yùn)行都發(fā)生在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心的機(jī)房里,不用再擔(dān)憂數(shù)據(jù)駐留在客戶端導(dǎo)致的平安漏洞。用戶每次登錄時(shí)都能獲得一個(gè)干凈的、個(gè)性化的全新桌面——從而確保性能不會(huì)下降。桌面虛擬化完整的解決方案整體架構(gòu)如下圖。由TC終端和VDI+IDV桌面系統(tǒng)組成：VDI桌面主要用來承載用于教師課件、Offices辦公軟件、網(wǎng)頁瀏覽等桌面系統(tǒng)的運(yùn)行，終端采用嵌入式系統(tǒng)的平安云終端，通過FreeVDI協(xié)議連接數(shù)據(jù)中心的虛擬桌面，集中管理高效運(yùn)維的要求；IDV桌面主要承載用于3DMAX、Photoshop、Autocad、Pro/E等三維設(shè)計(jì)軟件的桌面系統(tǒng)的運(yùn)行。4.2云教室安裝配置需求1〕保證教學(xué)應(yīng)用軟件的業(yè)務(wù)連續(xù)性，提高應(yīng)用上線的速度，進(jìn)行集中管理，降低管理中心的工作量，充分的整合計(jì)算資源，節(jié)能降耗，延緩效勞器等硬件采購的周期，從而降低IT本錢。2〕標(biāo)準(zhǔn)、靈活、快速的部署教學(xué)環(huán)境給學(xué)生和老師使用，管理人員可以根據(jù)授課內(nèi)容提前創(chuàng)立不同的虛擬模板，每種虛機(jī)模板只創(chuàng)立1個(gè)，然后根據(jù)排課安排手動(dòng)、自動(dòng)或者半自動(dòng)的部署教學(xué)環(huán)境。管理員可以將一些通用的軟件應(yīng)用，集中部署在一個(gè)應(yīng)用效勞器上，節(jié)省存儲(chǔ)空間；為方便學(xué)生文件的拷入拷出，需要靈活控制前端PC或者瘦前端的USB、光驅(qū)、打印及端口、網(wǎng)絡(luò)等外設(shè)端口，防止病毒侵入。為流動(dòng)授課老師分配自己的虛擬機(jī)，處理日常工作。而且老師可以不受地理位置限制，即使在家也可以遠(yuǎn)程登錄自己的辦公環(huán)境。4.3云桌面技術(shù)在計(jì)算機(jī)教室應(yīng)用效果主要表達(dá)在以下幾點(diǎn)1)操作簡(jiǎn)單，管理統(tǒng)一、簡(jiǎn)化。云桌面技術(shù)帶來的便捷是師生只需通過瘦客端登錄在數(shù)據(jù)中心的桌面系統(tǒng)，與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)一樣操作，不需要進(jìn)行操作培訓(xùn)。IT管理人員基于可視化管理軟件，對(duì)效勞器端資源、虛擬機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一管理和監(jiān)控，遠(yuǎn)程處理終端問題，將硬件事故率直降為零，提高了工作效率，管理統(tǒng)一方便快捷。2)管理運(yùn)維本錢減少。由于所有的運(yùn)算處于效勞器中，不依賴本地設(shè)備資源。云桌面架構(gòu)根本不需要終端設(shè)備更新硬件資源，極大延遲設(shè)備的更換時(shí)間，并且實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，簡(jiǎn)化運(yùn)維和技術(shù)支持，從而降低整體管理費(fèi)用和采購本錢、電力費(fèi)用和空調(diào)冷卻費(fèi)用。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)首次安裝終端設(shè)備本錢節(jié)省到達(dá)22%，運(yùn)維方面節(jié)省了60%，隨著時(shí)間增加，管理維護(hù)本錢可以節(jié)省80%。3)低碳節(jié)能，實(shí)現(xiàn)“綠色I(xiàn)T〞。在測(cè)試中，采用低功耗、低輻射、低噪音的終端代替原有的個(gè)人電腦機(jī)，有效降低了機(jī)房密集環(huán)境下的溫度和噪聲問題，減少用電量。以采用Dell效勞器〔DellR720，配置2顆10核CPU和128G內(nèi)存〕為例，其功率為750w，而每個(gè)云終端功耗不到10瓦，相對(duì)于原來150瓦左右的PC主機(jī)，在原60臺(tái)PC機(jī)的機(jī)房使用云桌面一年〔34個(gè)教學(xué)周〕可以省電11424度，可減排二氧化碳超過11噸[4]；并延遲終端設(shè)備的更換時(shí)間，減少IT垃圾的產(chǎn)生，真正做到“綠色I(xiàn)T〞。4)平安性加強(qiáng)。虛擬桌面的操作系統(tǒng)是置于數(shù)據(jù)中心，相對(duì)于傳統(tǒng)的PC，不易遭受惡意攻擊，信息保存在數(shù)據(jù)中心保證了數(shù)據(jù)的平安性；并且平安補(bǔ)丁可以在數(shù)據(jù)中心僅需對(duì)標(biāo)準(zhǔn)Windows映像進(jìn)行安裝，當(dāng)桌面硬件被其他“瘦設(shè)備〞代替時(shí)，它可以通過禁止使用如USB等可移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備，降低使用者偷取信息和導(dǎo)入計(jì)算機(jī)病毒的可能。從而讓高校計(jì)算機(jī)教室到達(dá)更高的平安性、可管理性。總結(jié)和展望通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，云桌面解決方案需將傳統(tǒng)的桌面計(jì)算轉(zhuǎn)換到效勞器計(jì)算，就必須投入一定數(shù)量的效勞器與桌面虛擬化軟件，并且云桌面的使用效果依賴于效勞器的性能；而已投入的桌面計(jì)算機(jī)由于計(jì)算壓力的調(diào)整，可能無法充分發(fā)揮其計(jì)算能力，云桌面運(yùn)行也必須連接到網(wǎng)絡(luò)才可以，故改造或新建機(jī)房比擬適用。但總體來看，隨著虛擬化技術(shù)的不斷開展完善，硬件本錢不斷降低，云桌面比照于傳統(tǒng)本地桌面，從本錢，管理，平安和環(huán)保層面，都有很大優(yōu)勢(shì)，而且已經(jīng)成為了未來趨勢(shì)，云桌面技術(shù)將會(huì)有