林引盈

摘要：随着云计算和虚拟化技术的日益发展成熟，广大高校实验室管理人员越来越多的青睐于虚拟桌面技术。并希望以此来整合资源、提高效率和简化管理。该文以此为背景，阐述了在当前高校计算机类的实验环境使用与管理中所存在的一些问题。分析了虚拟桌面技术的应用为传统计算机实验教学与管理带来的巨大优势，提出一个基于虚拟桌面技术的实验教学平台设计方案，对平台功能、框架设计和技术实现进行了论述。希望该文能为高校利用和开发虚拟化平台提供思路和借鉴。

关键词：桌面虚拟化；实验教学平台；vSphere

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）09-0135-02

1 引言

随着近年来计算机技术以及国内网络的高速发展。作为最主要的网络终端设备的计算机已经成为当前高校实验教学中的一个重要工具，几乎所有的实验教学都无法脱离计算机的应用。各地高校均建有数量众多的计算机类实验室。然而，传统的计算机类实验室普遍存在以下问题：

1）计算机系统环境纷繁复杂[1]。为了满足多门实验课程，单台计算机中往往安装有多套实验软件并配置不同环境变量，极其容易产生软件冲突问题，不利于管理维护。

2）实验软件及环境变化频繁。很多实验课程软件时常有众多的各类大小更新，升级频繁；偶尔有突发的实验课程或各种依赖计算机平台的考试需要临时安装部署软件与环境。

3）实验室使用不便。实验室场地遥远，计算机系统带有定期还原等因素会造成无法给学生提供长久的支持。

4）计算机类实验室的复用率低。虽然建设数量众多，但因各实验室安装的实验软件固定，如果面对大量并发的实验教学任务，实验室仍会处于捉襟见肘的状态，无法调和短期的需求矛盾。

如何提高计算机类实验室的管理水平、满足用户的个性化需求和提升资源利用率，已经成为计算机类实验室管理者所必须考虑的问题之一。本文通过对一种基于虚拟桌面的实验教学平台建设模式的介绍，探讨一种不同的教学与实验模式。

2 虚拟桌面的应用

近年虚拟化桌面（VDI）产品作为一种实验教学的解决方案引起越来越多高校的注意[2]。用户可以通过远程访问桌面系统，获得和传统使用计算机相接近的体验；管理员也只需要在后台中心就可以轻松完成所有的管理工作。该技术将用户使用与系统管理进行了有效的分离。带来的直接好处就是用户对桌面系统的访问不需要被限制在具体设备、具体地点和具体时间[3]。虚拟桌面的应用，简化了实验室的实验软件与环境管理，降低实验室的管理成本、加强对各类实验系统的控制，同时又能为终端用户提供更多灵活的访问方式。虚拟化技术经过多年的发展已经较为成熟，在x86平台上发展出了多款不同的商业化产品，当前基于完全虚拟化技术的主流虚拟桌面产品主要有VMware Horizon View、Citrix XenDesktop、Microsoft Hyper-V远程桌面服务和其他基于KVM的虚拟桌面产品等[4]。但这些商业化产品普遍针对企业的日常办公用途，很少有面向高校实验室提供产品的定制服务，不能完全满足各类实验室特殊的实验教学与科研创新需求。

3平台设计目标与功能

面向高校实验教学的平台应具有基本的实验教学功能，能满足大部分以计算机作为实验设备的课程。用户进入平台后可以选择不同的实验课程，并利用平台中相关的实验教学资源进行学习与实验。平台的实验环境主要采用虚拟桌面技术实现，能实现以下功能：

1） 模块化的教学资源

不同的课程之间拥有互相独立的文档资源和实验环境，用户可以选择参与不同的课程。

2） 无客户端实验环境

用户的实验环境利用虚拟桌面技术，可以通过浏览器直接进行访问，因而无需特别安装任何客户端软件，简化使用流程。

3） 实验环境可定制

针对不同课程和不同用户，可以定制相应的虚拟桌面。不同虚拟桌面彼此独立，极大地减少了实验软件兼容性风险。

4 基于虚拟桌面的实验平台系统设计

4.1 总体设计架构

实验教学平台由两大部件构成。其一是提供基本实验教学资源的教学管理平台。平台具有强交互性，可提供实验指导、实验素材、教学视频、实验环境等资源，能完成一门课程完整的教学周期，具有完善的教学教务管理功能。其中实验环境主要由虚拟桌面提供，教学平台能完成对虚拟桌面资源的调用与管理。另一部件是虚拟化基础架构，主要用来提供虚拟机实验环境。该基础架构提供的虚拟机应具有批量创建和删除虚机、创建虚机快照和调整硬件配置等基本功能。综合考虑现有虚拟化基础架构的成熟性、稳定性和安全性，采用了VMware vSphere作为实验环境的基础设施。此外利用开源项目Guacamole提供用户接入虚拟桌面的解决方案。平台整体构成如图1所示。

4.2 vSphere及其SDK

vSphere是VMware公司的一套服务器虚拟化解决方案。它是虚拟桌面的基础架构，vSphere 的两个核心组件是 ESXi 和 vCenter Server。ESXi 虚拟化平台用于创建和运行虚拟机和虚拟设备。vCenter Server 服务用于管理网络和池主机资源中连接的多个主机[5]。核心组件ESXi直接独立安装和运行在各主机服务器硬件之上的系统，它不再依存于其他的宿主操作系统。因此它可以利用更多的硬件资源来承载更多的虚拟机。vSphere可以完全控制各虚拟机的硬件资源分配，运行其中的虚拟机更接近物理机的性能，也更易于管理与扩展[6]。

如果要从实验教学平台对vSphere的虚机资源进行调用和管理，需要访问VMware提供的应用程序编程接口。VMware提供多种了不同的API和SDK。其中針对ESX/ESXi和vCenter Server系统，VMware提供了用于管理vSphere组件的Web Services SDK，来创建客户端应用程序，如图2所示。该SDK是功能最全面的管理API，同时适用于ESX / ESXi和vCenter Server系统。它使用Web Services技术对外界开放出能够通过Internet进行调用的API。利用此API和SDK，可以对快速而便捷的管理虚机资源。例如从模板虚机以克隆方式批量创建虚机时，可以利用在CloneVM_Task方法中的VirtualMachineCloneSpec参数[7]，其中有自定义规范CustomizationSpec，用其可以快速的为新创建的虚机部署计算机名和IP地址等个性化属性配置。

4.3 无客户端访问虚拟桌面的实现

为了实现用户的无客户端访问虚拟桌面系统的功能，可在实验教学管理平台中整合嵌入Apache社区的开源项目—Guacamole[8]。Guacamole是一个HTML5 Web应用程序，它使用远程桌面协议（如VNC或RDP）提供对桌面环境的访问。有了它就可以直接通过web浏览器，快速访问Windows系统界面。用户通过HTML5浏览器连接到Guacamole服务器。用JavaScript编写的Guacamole客户端由Guacamole服务器内的网络服务器提供给用户。一旦加载，该客户端使用Guacamole协议通过HTTP连接回服务器[9]。通过Guacamole可使用户无缝连接访问vSphere端的虚拟主机系统，用户体验接近VMware的虚拟桌面平台。该项目因其优异的性能和开源的特点，正被国内外其他众多的用户所接受并逐步推广与使用。

5 结语

虚拟桌面技术正因其巨大的优势，在一些通用性比较强的场合逐步替代传统的台式计算机设备。各地高校和其他教育单位也渐渐认识到虚拟桌面所带来的革命性的变化，并逐步扩大对虚拟桌面设备的采购。实验教学作为培养学生实践与创新能力的重要手段，更应该结合新技术、新手段，创造新的环境与平台，以达到不断激发学生的学习积极性和创造性的目标。相信虚拟桌面会在这一不断创新的过程中得到更加蓬勃的发展。

参考文献：

[1] 梁迎丽.基于虚拟桌面的IT实验室系统设计[J].现在教育技术，2012，22：111-115.

[2] 刘永，吴杰，宁玉富，等.高校虚拟化桌面实施研究[J].计算机技术与发展，2016，26（2）：140-143.

[3] 吴孔辉.VMware Horizon桌面与应用虚拟化权威指南[M].北京：机械工业出版社，2015.

[4] 王峰，江峰，李朝阳.虚拟桌面及关键技术分析[J].电信技术，2011（1） 24-26.

[5] VMware.VMware vSphere[OL].

[6] 陈波，唐灵丽，周忠海，等.基于VMware vSphere SDK的虚拟化客户应用程序实现[J].电脑知识与技术，2010，6（2）：331-333.

[7] VMware.VMware vSphere 5.1文档[OL].

[8] Apache Guacamole.Guacamole Manual[OL].

[9] 韓翔宇.基于虚拟化的云桌面管理平台设计与实现[D].北京：北京交通大学，2015：28-29.