摘要：传统的实验室管理模式信息化程度低，存在设备使用状态无法监控、设备需要本地运维、设备维护工作量大、无法远程控制设备、无法实现上机身份认证、无法监测软件运行情况、无法监控学生上课行为等问题。针对以上问题，文章首先阐述了云桌面技术的概念和原理，其次结合本校实验室管理的实际，分析了云桌面技术在提高高校实验室及设备信息化管理水平中的应用实效。

关键词：云桌面技术;实验室管理;信息化

中图分类号：TP308      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2021）07-0114-05

Practice of Laboratory Informatization Management Based on Cloud Desktop

WANG Lei

（Guizhou University of Commerce，Guiyang  550014，China）

Abstract：The traditional laboratory management mode has a low degree of informatization，and there are some problems，such as the use status of equipments cannot be monitored，the equipments need local operation and maintenance，the workload of equipment maintenance is large，the equipments cannot be remotely controlled，the computer identity authentication cannot be realized，the operation of software cannot be monitored，and the behavior of students in class cannot be monitored. In view of the above problems，this paper first expounds the concept and principle of cloud desktop technology. Secondly，combined with the reality of laboratory management in our university，this paper analyzes the application effectiveness of cloud desktop technology in improving the informatization management level of laboratory and equipments in colleges.

Keywords：cloud desktop technology;laboratory management;informatization

收稿日期：2021-03-11

基金项目：贵州省教育厅青年科技人才成长项目（黔教合KY字〔2018〕271号）;教育部第二批国家级新工科研究与实践项目（E-DXKJC2 0200524）

0  引  言

在应用型本科高校中，为加强对学生实践能力培养，通常各专业实践课程占比较大，故实验室利用率较高，这对实验室管理和维护水平提出了更高的要求。而传统的实验室管理模式信息化程度低，造成了实验设备维护量大、维护不及时等问题，一定程度上影响了教学的正常运行，不利于教学质量的提高。因此急需提高实验室管理及维护的信息化水平[1-6]。本文结合本校实验室管理的实际，分析了云桌面技术在提高实验室及设备信息化管理水平中的应用实效。

1  云桌面技术原理

云桌面是一种基于分布式云计算存储技术和虚拟化技术的应用，依托高度加密算法，通过客户端设备或者其他网络连接设备实现跨越平台发展，可以根据业务场景的不同，定制标准化的系统模板。终端客户端可以通过远程桌面传输协议、虚拟磁盘读写指令、虚拟地址映射等多种技术实现模板的本地化呈现。云桌面可以有效地提高终端的操作系统部署与运维效率[7，8]。

目前云桌面有虚拟桌面基础架构（VDI）、虚拟操作系统基础架构（VOI）和智能桌面虚拟化（IDV）三种技术构架[8]。

VDI（Virtual Desktop Infrastructure）具有高响应能力和定制化特点，但需要流畅和稳定的网络连接，并且所有资源依赖服务器端，图形密集型应用不适用于该模式。VOI（Virtual OS Infrastructure）的特点是不全部依赖后端服务器资源，充分利用本地终端计算机的资源，对网络和服务器的依赖性大大降低，即使网络中断或硬件故障时终端也可以继续使用，服务器负责镜像管理、镜像上传下载、终端管理，并下发操作系统镜像给终端，计算任务完全由终端承担。IDV（Intelligent Desktop Virtualization）中操作系统和软件在后台服务器的虚拟机上安装，并将虚拟机文件統一下发到终端，并运行于终端，服务器不承担计算任务。本校采用的是基于VOI构架的实验室信息化管理系统，其技术构架如图1所示。

2  传统实验室管理模式及问题

传统的实验室及设备管理通常根据实验室计算机的类型，采用保护卡的管理模式，如增霸卡、联想保护系统、清华同方保护系统等，均采用本地分散管理的方式，存在如下问题。

2.1  设备使用状态无法监控

传统管理模式中，由于采用的是本地分散管理的方式，要检查设备运行状态，需维护人员到实验室现场逐台开机进行检查，无法对设备运行状态进行实时监控，只有使用人员遇到故障时才能进行故障反馈，导致维护及时性差，影响正常的教学运行。

2.2  设备维护工作量大

主要表现为以下几点：（1）需要到实验室本地进行系统安装、软件安装、开机等维护工作，增加维护人员负担;（2）维护过程中需逐台开机、逐台安装操作系统、逐台安装驱动、逐台修改IP地址等，维护工作量大;（3）无法远程控制设备，上课前需要维护人员去现场开机，下课后需要维护人员去现场检查关机状态，逐台关机;（4）易发生IP地址被学生修改、发生错乱、冲突等，导致无法上网，需逐台修改IP地址;（5）系统同传不稳定，同传速度慢，导致维护时间长，维护不及时;（6）由于无法保存系统模板，导致操作系统和各类软件重装次数频繁。

2.3  无法实现上机身份认证

在使用计算机过程中，学生开机即可使用，没有对学生使用情况进行身份认证，存在以下问题：（1）无法完成学生上机时长、实验室使用等情况记录与统计;（2）无法监控学生计算机桌面，无法监控学生上课行为，了解其学习情况;（3）无法跟踪学生上网痕迹，存在网络安全风险。

2.4  无法监测软件使用情况

对各类软件的使用时长和使用人员情况无法进行监测，导致对软件利用率，学生使用软件进行学习等情况无法进行有效的评价。同时如果学生访问内容与实验内容不一致，也无法进行评定判断，无法监测学生学习效果。

3  云桌面平臺部署

本校既存在大量的旧实验室、旧计算机，也存在需要新建的实验室，新采购的云终端，部署过程中，要考虑平台在基础设施层、管理平台层、桌面层、终端层、用户层方面管理功能，如图2所示。

3.1  基础设施层部署

基础设施层硬件包括服务器集群、存储设备、网络设备、显卡等硬件的部署，需根据实际的机房数量和计算机数量部署以上硬件设备，并充分考虑未来三年内本校计算机增加量，保留一定冗余量。根据本校实际情况，按3 000点终端需求，配置的服务器参数为：Intel Xeon E3处理器，内存容量64 GB，存储容量为480 GB固态硬盘、16 TB机械硬盘。服务器资源使用情况可进行实时监控，如图3所示。

另一方面，基础设施层还包括云计算层，主要是教学桌面资源池的部署，包括各类系统的日常教学桌面、语言教学桌面、计算机等级考试桌面、期末机考桌面、学科竞赛桌面等的部署。

3.2  平台层部署

管理平台部署的内容包括资源集群管理，桌面管理、场景管理、模板管理、终端和教室管理、资源概览统计、桌面监控、课表计划、权限管理、终端运维、上机管理、软件情况分析等。目前，本校管理平台部署的内容包括65个实验室，2 900台终端，共含桌面数2 900余个，场景148个，模板64个，如图4所示。

3.3  桌面层部署

桌面部署主要包括教学桌面和个人桌面，目前此系统仅用于实验室的管理，根据实际情况，仅部署了教学桌面，包括日常教学桌面、语言教学桌面、计算机等级考试桌面、期末机考桌面、学科竞赛桌面等，如图5所示。

3.4  终端层和用户层

从图4中可以看出，在终端层，本校部署了2 900台终端，其中含云终端500台，胖终端2 400台;在用户层，对65教室进行了部署，其中64间为公共和专业实验室（机房），1间为100台多媒体教室希沃一体机组成的虚拟教室。

4  云桌面管理系统应用实效

系统自部署完成，投入使用以来，运行情况稳定，提高了实验室管理的信息化水平和管理效能，主要应用实效有以下几点。

4.1  设备运行状态监控

通过管理平台，可以实时监控每个教室的使用情况，终端计算机的运行情况，桌面的使用情况，软件的使用情况;通过对设备运行状态的监控，及时发现实验室设备故障问题，提前进行维护处理，降低上课时段的设备故障率，保障正常的教学运行。终端设备运行状态监控的实现方式为：通过安装底层软件对硬件进行虚拟化，设置IP地址后，在校园局域网环境中，服务器平台即可识别终端桌面运行情况;软件运行状态监控的实现方式为：将终端所安装的应用软件打开后产生的进程名称录入管理台，当师生打开软件后，管理台即可通过获取进程数据，实现对软件运行情况的监控。数据监控情况如图6所示。

4.2  降低设备维护工作量

主要体现为以下几点：（1）采用集中、远程管理的方式，通过控制器可以对实验室计算机进行远程唤醒开机和关机，维护人员不用到实验室现场即可完成开关机操作，提高了工作效率;（2）操作系统模板在服务器端统一安装和保存，某个实验室需要安装系统时，只需为该实验室创建所需桌面即可，减少了操作系统安装的次数，降低维护人员工作量，提高系统安装效率;（3）各类应用软件、驱动程序等可以在服务器端进行安装，安装、更新完成后统一下发到所需实验室即可，实现云端批量安装，无须维护人员到实验室现场进行安装，实现远程维护，提高工作效率;（4）终端部署完成后，IP地址不会发生错乱，避免了由于IP地址冲突而导致的无法上网问题，降低了维护人员工作量;（5）系统桌面下发速度快，在100 MB网络环境下，下发速度能够达到3 Mbps，下发一个教室的桌面（约64个）约需20分钟;在1 000 MB网络环境下，下发速度能够达100 Mbps，下发一个教室的桌面（约64个）约花7分钟;系统同传速度较传统的管理方式提高了2—7倍，提高了设备维护的及时性;（6）可通过课表计划功能，录入课表信息，实现课前自动开机，课后自动关机功能，保障正常教学运行，减少维护工作量，减少电能浪费等。

4.3  实现上机登录身份认证

实现上机登录的主要作用体现为以下几点：（1）教师和学生在使用计算机时，需输入工号、学号及密码才能进入系统，避免无权限的人员使用计算机，保证设备使用安全性;（2）上机登录认证实现了与本校网上办事大厅的对接，与师生今日校园共用一套登录账号及密码，方便师生使用;（3）能够对学生进入实验室使用设备时长进行统计，使用的软件进行统计，作为评价学生阶段性学习情况的依据;（4）实现对学生上课桌面的监控，判断学生使用软件内容是否与课堂教学相关，作为学生上课行为评价的一项参考内容;（5）使实验室上网行为可追踪，实现对网络安全风险的有效监控。

4.4  软件使用情况分析

通过将安装在计算机上的各类应用软件录入系统，可对软件的使用情况进行记录，具体体现为以下几点：（1）对各应用软件的使用时长，使用人员情况进行监测，对比各软件的使用情况，作为实验室所采购软件使用评价的依据;（2）根据学生使用软件类型及时长情况，判断学生访问内容与实验内容的一致性，作为学生实验过程评价的依据;（3）根据学生使用软件的类型及时长，一方面可分析学生学习的内容与专业的一致性，另一方面可分析学生学习的积极性和主动性。具体分析如图7所示。

4.5  实验室使用情况统计

一方面，通过对学生使用计算机时长的统计，根据设备的IP地址可找出设备所在的实验室编号名称等信息，实现对实验室使用情况的统计;另一方面通过网上办事大厅与教务系统进行对接，获取教务管理系统的课表信息，实现对实验室使用情况及利用率的统计。有助于掌握实验室使用情况，为合理安排使用实验室，平衡实验教学资源使用，提高实验室利用率提供依据。如图8所示。

5  结  论

本文首先介绍了云桌面技术的原理及技术构架，并对传统的实验室管理模式存在的问题进行了分析;其次对本校云桌面平台部署的内容进行了详细介绍;最后对云桌面管理系统投入使用后，达到的应用效果进行了总结。

综上所述，基于云桌面的实验室管理系统能够实现以下功能：（1）对软硬件设备运行状态进行实时监控;（2）降低设备维护工作量;（3）实现上机登陆身份认证;（4）对软件使用情况进行分析;（5）对实验室使用情况进行统计。极大提高了实验室管理的信息化水平，提高实验室管理工作的实效性，为推动高质量实践教学提供保障。

根据系统运行的实际情况，下一步需要做以下的改进工作：（1）完善上机登陆时所需的师生基础数据;（2）完善软件使用分析部分报告导出功能;（3）完善实验室利用率统计算法。

參考文献：

[1] 王磊，李坤芩，陈显祥.物联网在高校实验室管理中的应用研究 [J].现代信息科技，2020，4（9）：157-159+163.

[2] 朱亚平，王化修，肖楚丽，等.高校实验室管理存在的问题及对策研究 [J].邵阳学院学报（自然科学版），2021，18（2）：85-89.

[3] 夏春琴，刘芫健.基于信息化平台建设的高校实验室管理系统 [J].实验室研究与探索，2020，39（11）：246-249+284.

[4] 秦淑芳，严士常，陈文昊，等.现代高校实验室设备动态管理研究 [J].实验科学与技术，2021，19（2）：141-145.

[5] 徐浩. 高校实验室建设与管理共性问题的研究与实践 [D].合肥：合肥工业大学，2014.

[6] 苗苗，贺晓阳，沈岚，等.高校实验室信息化建设探索与实践 [J].科技视界，2020（21）：38-39.

[7] 刘江坡.浅谈云桌面技术在高校计算机实验室的运维应用 [J].电脑知识与技术，2019，15（29）：227-228.

[8] 夏王霞.云桌面技术在计算机机房管理中的应用 [J].数字技术与应用，2020，38（2）：40+42.

作者简介：王磊（1986.09—），男，穿青人，贵州毕节人，讲师，硕士研究生，研究方向：物联网工程相关教学科研、实验室管理、实践教学管理。