本站原创【摘 要 】 高校计算机实验室承担大量上机和实验任务,本文详细分析了机房在实际使用中存在的诸多问题,并提出运用基于云计算的桌面云技术解决这些问题的全新思路和解决方案,以期降低计算机实验室建设和管理的复杂度,提高资源应用效率.
【关 键 词 】 云计算 桌面云 计算机实验室
一、高校计算机实验室应用现状
目前高校的计算机实验室大多基于PC建设,存在诸多问题,最突出的有以下几个方面：
应用场景复杂----信息化教学方式越来越丰富,上机实验、多媒体教学、远程教学、在线考试等场景需求不同,基于PC的方案部署和管理非常复杂.
统一管理困难----信息产业发展日新月异,应用软件对硬件系统的要求越来越高,加上大学扩招,计算机实验室的规模和硬件配置都在不断发展.笔者工作以来的五年时间来,所在高校的计算机房就进行过两次大规模升级扩建,以满足全校专业课和公共课的教学及考试需求,同时新的机房也已列入建设规划中.基于上述原因,实验室的建设无法一次性完成到位,导致不同批次采购的计算机品牌、硬件配置甚至操作系统都不同,这给统一管理带来麻烦.
运维效率低----所有计算机都需要实验技术人员现场维护,不仅花费时间较长,而且效率低下.无论采用的是硬件还原还是软件还原,在使用网络同传功能恢复系统或增量拷贝时,都需要传输大量数据,但囿于网络速度、网络稳定性等原因,传输中常常因中途断线而前功尽弃.
安全性较差----由于机房使用人数众多、使用频次高,且学生上机经常自带U盘,而杀毒软件难以做到像个人计算机一样及时更新,难以抵御新型病毒,同时传统计算机房使用的还原卡常常由于插槽氧化导致保护失效,这种情况发生轻则是一台计算机受到病毒感染,重则在局域网传播,危害整个机房甚至服务器的数据安全.
二、桌面云技术
2.1 云计算
云计算是一种新型的计算模式,是新一代网络计算平台的核心技术,谷歌、亚马逊、IBM等世界IT业巨头都以前所未有的速度和规模大力推动云计算技术和产品的普及.那么究竟何谓云计算呢?维基百科定义云计算“是一种基于互联网的计算方式,通过这种方式,共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备”.笔者认为,通俗地说,云计算是把服务器、存储等资源集中起来成为一个平台,根据用户的需求灵活配置资源,再通过网络交付给最终用户使用.
云计算具有以下几个主要特征：
1、基于虚拟化技术快速部署资源或获得服务；2、按需求提供资源,实现动态可伸缩的扩展；3、通过网络提供、面向海量信息处理；4、用户可以方便地参与；5、减少用户终端的处理负担；6、降低用户对IT专业知识的依赖.[1]
运用云计算这种崭新的计算模式,几乎所有计算都在后台功能强大的服务器上进行,客户端只需接受用户输入、输出执行结果即可.
2.2 网络虚拟化技术
虚拟化技术可以在一台物理服务器上虚拟出多个机器,这些虚拟机共用物理服务器的硬件资源,提高硬件使用效率[2].而网络虚拟化是以在一个物理网络上支持多个逻辑网络为目的,通过虚拟化技术保留原有网络设计中的层次结构、数据通道和所提供的服务,使得最终的用户体验同独享物理网络一样；网络虚拟化技术还提供超大规模的组网,高效地利用空间、能源、设备容量等网络资源,提高网络的整体性能和效率[3][4].
2.3 桌面云技术
桌面云是基于云计算技术和虚拟化技术的云时代软件环境管理解决方案.应用桌面云技术,可以通过瘦客户端或其他任何与网络相连的设备来访问跨平台的应用程序以及整个客户桌面[5].桌面云与云桌面,是对同一对象的不同侧重点的阐述.
三、桌面云的应用模式研究
3.1 云计算应用现状
随着大数据时代的到来,云计算发展迅猛,逐渐成为IT市场的主流.有调查表明,截至2012年初,在已经部署云计算系统或使用云计算服务的用户中,超过90%是企业,政府用户占4%,非盈利性组织占2%,而学校及培训机构用户仅占1%.
云计算在各行业的应用中,普遍最受重视的是其大规模数据分析与处理、海量数据安全存储、动态资源分配、信息共享、虚拟化等方面的能力,其中虚拟化是当前最主要的云计算应用,大规模数据分析与处理、海量数据安全存储是行业用户最希望通过云计算改善的能力.
3.2 云计算在计算机实验室应用上的优势
将云计算技术融进高校计算机实验室,无论从建设和管理来说都具有极大优势,主要体现在以下几个方面：
降低建设成本----计算机产品更新换代周期短,为了保证教学的正常进行,需要定期进行软硬件淘汰和升级,而云计算对于接入端计算机的配置要求并不高,硬件投入可以摆脱不断追逐高性能的局面,这对高校而言无疑节省了一笔巨大的费用.
安全可靠----数据备份和容灾技术保证云存储中的数据不会丢失,即便一台服务器出现故障也不会影响教学的进行；数据加密技术保证云存储中的数据不会被未授权的用户访问,可为教学资源的安全性和可靠性提供保障；云计算能够有效降低服务器故障率,如在教学活动中师生不再需要使用U盘等拷贝文件,而是通过一个登录云计算中心,从而避免了病毒传播,为机房营造正常运行的安全环境.
稳定性高----一般服务器性能和处理能力受到很多因素的影响,例如在同一时刻因用户访问量过大,服务器可能拒绝服务而影响服务的正常提供,笔者所在学校每个学期末进行计算机等级考试,每场300多名考生同时抽题,就常常出现卡死的情况.而云计算中心拥有大量性能强大的服务器,能够综合实际情况合理分配资源,即便在用户量很大的情况下也不会出现拒绝服务的情况,稳定性很高.
减少管理工作量----高校机房管理工作量较大,管理员不但需要准确掌握硬件的运行状况,还要保证软件正常工作.应用云计算进行管理能够极大减少工作量,因为云计算中心负责整个软硬件系统维护工作,软件升级完全在云端进行,一旦出现故障能够及时处理,从而节省大量运维时间. 3.3 桌面云的应用价值
笔者认为,桌面云系统能够将应用和桌面的升级、变更、维护等工作交由后台统一管理.设计一个基于桌面云的部署方案,可以在满足各种教学场景需要的同时实现IT资源集中构建、管理,保证学生上机不再受软硬件系统频繁故障的影响,不但节省资金投入、能耗大幅降低,而且具备良好的综合定位分析及故障恢复能力,大大简化管理员的繁琐工作,相对于传统的计算机房,桌面云的运维效率成倍提升.
四、桌面云应用方案
桌面云在计算机实验室应用的整体设计思路是运用虚拟化技术,通过配置虚拟化服务器、虚拟存储,实现机房桌面虚拟化和应用虚拟化,实现实验环境统一部署、应用程序统一访问、上机用户统一管理,降低管理的复杂度,提高设备的利用率,延长实验用计算机的生命周期,增加实验环境配置的灵活性,提高实验环境的安全性.[6]本文设计的方案采用ICA协议,这是一种极为成熟的技术,具有连接速度快、安全性高、可管理性强、支持外设多等优势；设计中的虚拟通道支持应用控制管理,每个虚拟通道可以单独激活或关闭,数据在送往虚拟通道前进行压缩处理,能有效节省带宽达到30%以上,比传统PC连接速度更快.（图4-1）
由于桌面云相对来说是一项新技术,在高校计算机实验室应用也面临难点,主要有二：
难点一,高校计算机房机少人多,但是每个学生都希望独占,有长期保存文件的需求；难点二,作为公共用机,难以根据需要随时管控上网、使用U盘等外设、安装软件等各种用户行为.
针对难点一,笔者提出的解决方案是：虚拟机通过统一镜像批量创建,形成虚拟机资源池,学生用自己的域登陆,自动分配资源；配置网盘（如网络存储设备NAS）,给每个学生分配一定的存储空间与学生的AD进行绑定,当学生登陆VM时,自动映射成网络驱动器,如此每个学生的文件得以长期保存；针对难点二,解决方案是采取1：1固定分配方式,瘦终端、域和虚拟机绑定,虚拟机可以集中安全管控,用户无管理员权限,无法开展权限外操作.为降低成本可通过链接克隆方式提供虚拟机.（图4-2）
五、结论
针对目前高校计算机实验室存在的各种问题,笔者结合实际工作提出将桌面云技术应用到计算机房的建设和部署中,这一方案可使实验室硬件和软件资源利用率显著提升,并保护最终用户免受病毒困扰,同时能提高管理人员工作效率,且大幅降低能耗和资金投入、运维成本等,具有可行性和良好的发展前景.