桌面云在高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中的應(yīng)用

于洲

【摘要】 高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)大量上機(jī)和實(shí)驗(yàn)任務(wù)，本文詳細(xì)分析了機(jī)房在實(shí)際使用中存在的諸多問(wèn)題，并提出運(yùn)用基于云計(jì)算的桌面云技術(shù)解決這些問(wèn)題的全新思路和解決方案，以期降低計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理的復(fù)雜度，提高資源應(yīng)用效率。

【關(guān)鍵詞】 云計(jì)算 桌面云 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室

一、高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用現(xiàn)狀

目前高校的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室大多基于PC建設(shè)，存在諸多問(wèn)題，最突出的有以下幾個(gè)方面：

應(yīng)用場(chǎng)景復(fù)雜----信息化教學(xué)方式越來(lái)越豐富，上機(jī)實(shí)驗(yàn)、多媒體教學(xué)、遠(yuǎn)程教學(xué)、在線考試等場(chǎng)景需求不同，基于PC的方案部署和管理非常復(fù)雜。

統(tǒng)一管理困難----信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展日新月異，應(yīng)用軟件對(duì)硬件系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，加上大學(xué)擴(kuò)招，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的規(guī)模和硬件配置都在不斷發(fā)展。筆者工作以來(lái)的五年時(shí)間來(lái)，所在高校的計(jì)算機(jī)房就進(jìn)行過(guò)兩次大規(guī)模升級(jí)擴(kuò)建，以滿足全校專業(yè)課和公共課的教學(xué)及考試需求，同時(shí)新的機(jī)房也已列入建設(shè)規(guī)劃中?；谏鲜鲈颍瑢?shí)驗(yàn)室的建設(shè)無(wú)法一次性完成到位，導(dǎo)致不同批次采購(gòu)的計(jì)算機(jī)品牌、硬件配置甚至操作系統(tǒng)都不同，這給統(tǒng)一管理帶來(lái)麻煩。

運(yùn)維效率低----所有計(jì)算機(jī)都需要實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)，不僅花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，而且效率低下。無(wú)論采用的是硬件還原還是軟件還原，在使用網(wǎng)絡(luò)同傳功能恢復(fù)系統(tǒng)或增量拷貝時(shí)，都需要傳輸大量數(shù)據(jù)，但囿于網(wǎng)絡(luò)速度、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性等原因，傳輸中常常因中途斷線而前功盡棄。

安全性較差----由于機(jī)房使用人數(shù)眾多、使用頻次高，且學(xué)生上機(jī)經(jīng)常自帶U盤(pán)，而殺毒軟件難以做到像個(gè)人計(jì)算機(jī)一樣及時(shí)更新，難以抵御新型病毒，同時(shí)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)房使用的還原卡常常由于插槽氧化導(dǎo)致保護(hù)失效，這種情況發(fā)生輕則是一臺(tái)計(jì)算機(jī)受到病毒感染，重則在局域網(wǎng)傳播，危害整個(gè)機(jī)房甚至服務(wù)器的數(shù)據(jù)安全。

二、桌面云技術(shù)

2.1 云計(jì)算

云計(jì)算是一種新型的計(jì)算模式，是新一代網(wǎng)絡(luò)計(jì)算平臺(tái)的核心技術(shù)，谷歌、亞馬遜、IBM等世界IT業(yè)巨頭都以前所未有的速度和規(guī)模大力推動(dòng)云計(jì)算技術(shù)和產(chǎn)品的普及。那么究竟何謂云計(jì)算呢？維基百科定義云計(jì)算“是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算方式，通過(guò)這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需提供給計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備”。筆者認(rèn)為，通俗地說(shuō)，云計(jì)算是把服務(wù)器、存儲(chǔ)等資源集中起來(lái)成為一個(gè)平臺(tái)，根據(jù)用戶的需求靈活配置資源，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交付給最終用戶使用。

云計(jì)算具有以下幾個(gè)主要特征：

1、基于虛擬化技術(shù)快速部署資源或獲得服務(wù)；2、按需求提供資源，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)可伸縮的擴(kuò)展；3、通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供、面向海量信息處理；4、用戶可以方便地參與；5、減少用戶終端的處理負(fù)擔(dān)；6、降低用戶對(duì)IT專業(yè)知識(shí)的依賴。[1]

運(yùn)用云計(jì)算這種嶄新的計(jì)算模式，幾乎所有計(jì)算都在后臺(tái)功能強(qiáng)大的服務(wù)器上進(jìn)行，客戶端只需接受用戶輸入、輸出執(zhí)行結(jié)果即可。

2.2 網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)可以在一臺(tái)物理服務(wù)器上虛擬出多個(gè)機(jī)器，這些虛擬機(jī)共用物理服務(wù)器的硬件資源，提高硬件使用效率[2]。而網(wǎng)絡(luò)虛擬化是以在一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)上支持多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)為目的，通過(guò)虛擬化技術(shù)保留原有網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的層次結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)通道和所提供的服務(wù)，使得最終的用戶體驗(yàn)同獨(dú)享物理網(wǎng)絡(luò)一樣；網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)還提供超大規(guī)模的組網(wǎng)，高效地利用空間、能源、設(shè)備容量等網(wǎng)絡(luò)資源，提高網(wǎng)絡(luò)的整體性能和效率[3][4]。

2.3 桌面云技術(shù)

桌面云是基于云計(jì)算技術(shù)和虛擬化技術(shù)的云時(shí)代軟件環(huán)境管理解決方案。應(yīng)用桌面云技術(shù)，可以通過(guò)瘦客戶端或其他任何與網(wǎng)絡(luò)相連的設(shè)備來(lái)訪問(wèn)跨平臺(tái)的應(yīng)用程序以及整個(gè)客戶桌面[5]。桌面云與云桌面，是對(duì)同一對(duì)象的不同側(cè)重點(diǎn)的闡述。

三、桌面云的應(yīng)用模式研究

3.1 云計(jì)算應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，云計(jì)算發(fā)展迅猛，逐漸成為IT市場(chǎng)的主流。有調(diào)查表明，截至2012年初，在已經(jīng)部署云計(jì)算系統(tǒng)或使用云計(jì)算服務(wù)的用戶中，超過(guò)90%是企業(yè)，政府用戶占4%，非盈利性組織占2%，而學(xué)校及培訓(xùn)機(jī)構(gòu)用戶僅占1%。

云計(jì)算在各行業(yè)的應(yīng)用中，普遍最受重視的是其大規(guī)模數(shù)據(jù)分析與處理、海量數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)、動(dòng)態(tài)資源分配、信息共享、虛擬化等方面的能力，其中虛擬化是當(dāng)前最主要的云計(jì)算應(yīng)用，大規(guī)模數(shù)據(jù)分析與處理、海量數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)是行業(yè)用戶最希望通過(guò)云計(jì)算改善的能力。

3.2 云計(jì)算在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用上的優(yōu)勢(shì)

將云計(jì)算技術(shù)融進(jìn)高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，無(wú)論從建設(shè)和管理來(lái)說(shuō)都具有極大優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

降低建設(shè)成本----計(jì)算機(jī)產(chǎn)品更新?lián)Q代周期短，為了保證教學(xué)的正常進(jìn)行，需要定期進(jìn)行軟硬件淘汰和升級(jí)，而云計(jì)算對(duì)于接入端計(jì)算機(jī)的配置要求并不高，硬件投入可以擺脫不斷追逐高性能的局面，這對(duì)高校而言無(wú)疑節(jié)省了一筆巨大的費(fèi)用。

安全可靠----數(shù)據(jù)備份和容災(zāi)技術(shù)保證云存儲(chǔ)中的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，即便一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障也不會(huì)影響教學(xué)的進(jìn)行；數(shù)據(jù)加密技術(shù)保證云存儲(chǔ)中的數(shù)據(jù)不會(huì)被未授權(quán)的用戶訪問(wèn)，可為教學(xué)資源的安全性和可靠性提供保障；云計(jì)算能夠有效降低服務(wù)器故障率，如在教學(xué)活動(dòng)中師生不再需要使用U盤(pán)等拷貝文件，而是通過(guò)一個(gè)賬號(hào)登錄云計(jì)算中心，從而避免了病毒傳播，為機(jī)房營(yíng)造正常運(yùn)行的安全環(huán)境。

穩(wěn)定性高----一般服務(wù)器性能和處理能力受到很多因素的影響，例如在同一時(shí)刻因用戶訪問(wèn)量過(guò)大，服務(wù)器可能拒絕服務(wù)而影響服務(wù)的正常提供，筆者所在學(xué)校每個(gè)學(xué)期末進(jìn)行計(jì)算機(jī)等級(jí)考試，每場(chǎng)300多名考生同時(shí)抽題，就常常出現(xiàn)卡死的情況。而云計(jì)算中心擁有大量性能強(qiáng)大的服務(wù)器，能夠綜合實(shí)際情況合理分配資源，即便在用戶量很大的情況下也不會(huì)出現(xiàn)拒絕服務(wù)的情況，穩(wěn)定性很高。

減少管理工作量----高校機(jī)房管理工作量較大，管理員不但需要準(zhǔn)確掌握硬件的運(yùn)行狀況，還要保證軟件正常工作。應(yīng)用云計(jì)算進(jìn)行管理能夠極大減少工作量，因?yàn)樵朴?jì)算中心負(fù)責(zé)整個(gè)軟硬件系統(tǒng)維護(hù)工作，軟件升級(jí)完全在云端進(jìn)行，一旦出現(xiàn)故障能夠及時(shí)處理，從而節(jié)省大量運(yùn)維時(shí)間。

3.3 桌面云的應(yīng)用價(jià)值

筆者認(rèn)為，桌面云系統(tǒng)能夠?qū)?yīng)用和桌面的升級(jí)、變更、維護(hù)等工作交由后臺(tái)統(tǒng)一管理。設(shè)計(jì)一個(gè)基于桌面云的部署方案，可以在滿足各種教學(xué)場(chǎng)景需要的同時(shí)實(shí)現(xiàn)IT資源集中構(gòu)建、管理，保證學(xué)生上機(jī)不再受軟硬件系統(tǒng)頻繁故障的影響，不但節(jié)省資金投入、能耗大幅降低，而且具備良好的綜合定位分析及故障恢復(fù)能力，大大簡(jiǎn)化管理員的繁瑣工作，相對(duì)于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)房，桌面云的運(yùn)維效率成倍提升。

四、桌面云應(yīng)用方案

桌面云在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用的整體設(shè)計(jì)思路是運(yùn)用虛擬化技術(shù)，通過(guò)配置虛擬化服務(wù)器、虛擬存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)機(jī)房桌面虛擬化和應(yīng)用虛擬化，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境統(tǒng)一部署、應(yīng)用程序統(tǒng)一訪問(wèn)、上機(jī)用戶統(tǒng)一管理，降低管理的復(fù)雜度，提高設(shè)備的利用率，延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)用計(jì)算機(jī)的生命周期，增加實(shí)驗(yàn)環(huán)境配置的靈活性，提高實(shí)驗(yàn)環(huán)境的安全性。[6]本文設(shè)計(jì)的方案采用ICA協(xié)議，這是一種極為成熟的技術(shù)，具有連接速度快、安全性高、可管理性強(qiáng)、支持外設(shè)多等優(yōu)勢(shì)；設(shè)計(jì)中的虛擬通道支持應(yīng)用控制管理，每個(gè)虛擬通道可以單獨(dú)激活或關(guān)閉，數(shù)據(jù)在送往虛擬通道前進(jìn)行壓縮處理，能有效節(jié)省帶寬達(dá)到30%以上，比傳統(tǒng)PC連接速度更快。（圖4-1）

由于桌面云相對(duì)來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)新技術(shù)，在高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用也面臨難點(diǎn)，主要有二：

難點(diǎn)一，高校計(jì)算機(jī)房機(jī)少人多，但是每個(gè)學(xué)生都希望獨(dú)占，有長(zhǎng)期保存文件的需求；難點(diǎn)二，作為公共用機(jī)，難以根據(jù)需要隨時(shí)管控上網(wǎng)、使用U盤(pán)等外設(shè)、安裝軟件等各種用戶行為。

針對(duì)難點(diǎn)一，筆者提出的解決方案是：虛擬機(jī)通過(guò)統(tǒng)一鏡像批量創(chuàng)建，形成虛擬機(jī)資源池，學(xué)生用自己的域賬號(hào)登陸，自動(dòng)分配資源；配置網(wǎng)盤(pán)（如網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備N(xiāo)AS），給每個(gè)學(xué)生分配一定的存儲(chǔ)空間與學(xué)生的AD賬號(hào)進(jìn)行綁定，當(dāng)學(xué)生登陸VM時(shí)，自動(dòng)映射成網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器，如此每個(gè)學(xué)生的文件得以長(zhǎng)期保存；針對(duì)難點(diǎn)二，解決方案是采取1：1固定分配方式，瘦終端、域賬號(hào)和虛擬機(jī)綁定，虛擬機(jī)可以集中安全管控，用戶無(wú)管理員權(quán)限，無(wú)法開(kāi)展權(quán)限外操作。為降低成本可通過(guò)鏈接克隆方式提供虛擬機(jī)。（圖4-2）

五、結(jié)論

針對(duì)目前高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室存在的各種問(wèn)題，筆者結(jié)合實(shí)際工作提出將桌面云技術(shù)應(yīng)用到計(jì)算機(jī)房的建設(shè)和部署中，這一方案可使實(shí)驗(yàn)室硬件和軟件資源利用率顯著提升，并保護(hù)最終用戶免受病毒困擾，同時(shí)能提高管理人員工作效率，且大幅降低能耗和資金投入、運(yùn)維成本等，具有可行性和良好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1]劉鵬. 云計(jì)算[M]. 北京：電子工業(yè)出版，2009

[2]MELL P. GRANCE T. The NIST Definition of Cloud Computing[R]. National Institute of Standards and Technology. 2011

[3]王慶波，涬 金，何樂(lè)，等. 虛擬化與云計(jì)算[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2009

[4]李剛健. 基于虛擬化技術(shù)的云計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)研究[J]. 吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)， 2011，01：79-81

[5]林飛躍，林先津. 云桌面在教學(xué)管理中的應(yīng)用[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索， 2013，10：336-338+343

[6]宋蕾. 虛擬技術(shù)在高校計(jì)算機(jī)機(jī)房實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，06：274-278