王 珊

(山西财经大学 实验教学中心，山西 太原 030006)

为了培养高层次专业人才，目前我国高校在理论教育的基础上，不断加大实验教学力度，旨在向应用型高校转型。因此高校实验室作为学生实践的重要场所，其建设与管理越来越重要。随着计算机技术的不断发展及实验教学多元化的需求，使得高校实验室建设与管理维护工作越来越困难。

云桌面技术是在云计算技术的基础上衍生出的一种虚拟化技术，是云计算技术的一个典型应用。作为一种新的应用模式，云桌面技术对资源的管理具有易于维护、部署灵活、高安全性等特点，改变了传统的运维管理模式。因此云桌面技术的出现，为目前高校实验室提出了一种新的建设方案。

1 传统高校实验室管理存在的问题

1.1 运维管理不便

目前大多数高校实验室地理位置分散，不集中，这就需要大量的管理人员进行管理。同时，对终端的软硬件需要点对点进行维护，缺乏统一集中的管理手段，这就导致管理员工作量大，响应速度慢。而且目前机房一般采用Ghost方式恢复系统，课间时间多桌面切换慢，模板切换灵活性差。

1.2 资源保护性差

随着新课程的不断深化及教学方式的不断更新，新的教学软件需求将会需要更高的硬件配置，如果原有机房PC机的硬件配置可扩展上限达不到发展要求，将会带动一轮新的硬件升级，这就导致原有PC机需要更换，更换的旧电脑无法利用，就会形成采购，淘汰，再采购的恶性循环，产生大量电子垃圾，造成资源的严重浪费。

1.3 系统安全性差

高校实验室是面向全校师生开放的，使用频率高，且大多支持U盘等外接设备，这就增加了计算机终端感染病毒的风险。一个实验室的所有PC机处在同一个局域网内，如果学生上网不规范，致使某个终端感染木马病毒，将会影响整个局域网内计算机的正常运行。同时，对于软件故障，大多数都是采用还原卡来解决，这样不但容易导致机器蓝屏，而且也不能保留病毒库和补丁升级，致使系统安全性差。

2 云桌面技术及其优势

2.1 云桌面技术

云桌面(Cloud Desktop，简称CD)技术是在云计算技术的基础上，通过服务器虚拟化技术，使服务器集群得到有效部署，各种应用及数据集中在云平台中，从而实现轻量级终端用户借助网络对应用程序及资源的跨平台访问[1]。

简单来讲，就是通过云桌面技术，将服务器端虚拟出多个独立桌面，用户借助网络连接来访问自己的专属桌面，终端设备仅用来显示个人桌面，对数据的操作和处理都是在后台服务器中进行的，各用户桌面之间具有独立性，因此和传统PC具有同样的操作体验。

2.2 云桌面技术原理

云桌面技术原理如图1所示。

图1 云桌面技术原理图

首先，用户通过云终端借助网络连接到会话管理中心(云桌面管理系统)，会话管理中心对其进行身份认证，认证成功后，该用户可无缝登录到其专属虚拟云桌面。

使用过程中，用户对数据的操作都是在后台云数据中心中完成的，云数据中心根据云终端用户屏幕变化量发布操作指令，在后台进行处理操作，将处理后的屏幕变化图像再通过网络传送到云终端桌面。

2.3 云桌面技术在高校实验室中的优势

1) 管理便捷。传统实验室中，为保证响应速度，每个管理员最多可以维护10台电脑，而在云桌面环境下，每个管理员可以通过镜像模板，轻松维护1 000台虚拟云桌面终端，管理效率提高了100倍以上。同时，管理员可以在课间轻松调用课程模板进行课程的更换，而不用频繁的开关机来进行，极大地方便了管理。

2) 实时监测。通过云桌面管理系统，实验教师或管理员可以对桌面云终端进行实时监测，同时还可以对历史数据进行跟踪，包括CPU、内存等使用情况，辅助管理员进行预警，从而有利于对其进行整体判断，确保云终端用户始终获得最佳的使用性能。

3) 运维成本低。云桌面接收终端(瘦客户机)采用低功耗处理器与无风扇设计，工作功率一般小于30 W，比传统PC的能耗少很多，表1为瘦客户机和传统PC的功耗对比表。

表1 功耗对比表

采用云桌面方式，机房更新只需对服务器的配置进行升级，终端(瘦客户机)在整个云桌面环境中仅用来显示画面，其使用寿命更长，无需频繁升级；若瘦客户机硬件损坏，也只需更换瘦客户机，其购置成本远低于传统PC 价格。表2为瘦客户机与传统PC机更换后废弃物对比表。

表2 废弃物对比表

3 云桌面技术在实验室建设与管理中的应用研究

3.1 系统架构设计

目前云桌面主要包括三种基础架构：虚拟桌面架构(Virtual Desktop Infrastructure，VDI)、虚拟化应用架构(Server-Based Compute，SBC)和虚拟终端管理架构(Virtual OS Infrastructure，VOI)[2]。其中VDI架构是一种重服务器端轻用户终端的架构，该架构将资源全部集中在后台服务器集群中，前端云终端仅用于显示，因此对终端设备的配置要求极低。该架构简化了桌面管理，减少了硬件成本，部署灵活，同时因其将后端虚拟机的桌面完全反馈给云终端桌面，用户在使用上具有完整的桌面体验。因此，VDI架构非常适用于高校实验室机房的云桌面建设。

通过对云桌面技术深入研究，结合高校实验室机房的具体情况，参考云桌面VDI模式对高校实验室建设的整体架构设计可以分为四层：云终端层，接入控制层，云桌面会话管理层和云资源管理及调度层[3,4]，如图2所示。

图2 系统架构图

第一层为云终端层。该层采用可以访问网络的瘦客户机作为云终端设备，该设备仅用于对云桌面的显示、声道的输出以及鼠标、键盘的输入。实验室学生可以通过瘦客户机设备登录访问由后台云数据中心提供的虚拟个人专属桌面，其体验效果与传统PC一致。

第二层为接入控制层。目的在于为云桌面提供网关接入功能，通过提供安全的网关接入，实现终端瘦客户机对后台云桌面的访问。同时，该层同步搭建动态负载均衡处理功能，使同一时间段内流量分流，从而实现后台服务器集群中多个服务器的负载均衡。

第三层为云桌面会话管理层。目的在于对访问用户进行身份认证，认证成功后，才能无缝地登录虚拟云桌面。同时该层配置云管理系统，便于教师及实验室管理员进行维护与管理。

第四层为云资源管理及调度层。该层为真正的资源提供层，通过云计算及虚拟化技术，将服务器集群虚拟成多个独立云桌面，从而为前台的云桌面用户提供计算及存储服务。

3.2 实现模式

在具体的实验教学过程中，首先要做的是为实验课程制作云桌面虚拟机镜像模板，具体制作过程如图3所示。

图3 镜像模版流程图

由图3可以看出，实验教师或管理员要对课表中的实验课程进行分析，通过云桌面管理系统，按不同课程所要求的实验环境及硬件配置分别制作相应虚拟机，然后安装操作系统，操作系统安装完成后，安装相关教学应用及插件，最后将虚拟机封装成镜像模板(为便于查找，模板名称一般可以按课程名命名)。通过反复操作，每一个实验课程均有对应的镜像模板。

上课时，教师登录云桌面管理系统，将该课程对应的镜像模板生成多个虚拟云桌面，然后发送给学生终端，学生通过瘦客户机登录云桌面进行相应课程的学习[5]。实验教师或管理员可以随时根据实验课程的变化而调用相应的课程镜像模板。

4 总结

云桌面技术为高校实验室的建设与管理提供了新的方案，较高的投资回报率降低了实验室建设与维护成本，同时其部署灵活、易于维护等特点也极大地方便了实验室管理员对机房的管理与维护。云桌面技术不仅能用于实验室建设，还可广泛应用于高校移动办公、电子阅览室、分散的多媒体教室等场景，这些应用将极大地推进高校信息化进程。

[1] 陈浩新.云桌面技术在高校计算机实验室建设和管理中的应用[J].中国管理信息化,2017,20(6):148-149.

[2] 杨凡.基于MVC模式云桌面框架设计与实现[D].成都:电子科技大学,2017.

[3] 陈志宏.基于云计算的虚拟桌面平台的设计与实现[D].上海:复旦大学,2012.

[4] 姜凡俊.云桌面技术在高校机房教学管理中的应用[D].上海:东华大学,2016.

[5] 吴媛媛.云桌面技术在计算机机房管理中的应用[J].吉林工程技术师范学院学报,2015,31(10):94-96.