論云桌面在高校計算機實驗室建設

導語：論云桌面在高校計算機實驗室建設一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:高校計算機實驗室部署云桌面是大勢所驅。通過對現行云桌面技術的分析和選型研究，針對高校計算機實驗室的不同應用場景，分析高校現行計算機實驗室部署云桌面的情況，給出了云桌面技術的選型參考方案，為高校實驗室云桌面的建設和實踐提供參考。

關鍵詞:云桌面技術；選型；應用場景；部署建設

1引言

隨著高校各學科信息化建設的日新月異，學科應用計算機技術的范圍越來越大。為適應計算機實驗教學的需要，各學校都加大計算機公共基礎或專業實驗室的投入，搭建基于虛擬化技術的云桌面系統已是大勢所趨。先進的云桌面管理系統，在一定程度上促進了當前高校校園的管理水平，加快了高校校園管理的發展效率[1]。而針對不同應用場景的計算機實驗室，在采用和部署云桌面的選型和方案方面存在盲目性和超額配置等問題。研究如何合理且實效地進行云桌面的部署是非常有必要的。

2云桌面技術

云桌面是采用虛擬化技術將遠端服務器中的虛擬機桌面通過網絡推送到不同類型的客戶端（如瘦客戶端、PC胖客戶端、移動設備端等）的云計算技術解決方案。十多年來，各種基于虛擬技術的云桌面發展迅速，已廣泛應用于企業、醫院和教育行業。云桌面技術是云計算的最典型、最重要的應用，具有很多優勢，如保障信息安全性、維護更加便利、節能以及設備更換頻率低等。云桌面技術在高校計算機實驗室管理中的運用是對傳統管理模式的優化，大大提高了計算機實驗室的管理效率。根據國際數據公司IDC預測，云桌面市場會持續增長，其中2016-2023年的CAGR（復合年均增長率）將達到23%。2.1云桌面技術解決和部署存在的問題。高校計算機課程適合不同專業的學生學習，對計算機資源和計算機性能的要求也不同[2]。對分散的數字化資源進行整合和多場景的教學環境進行混合，同時搭建實驗室統一管理的虛擬化教學環境，是發展高校實驗室建設和創新教學模式的必要過程[3]。桌面虛擬化技術是通過將桌面、服務器、存儲等硬件資源虛擬化，通過云服務器的統一調度，并合理分配和推送到各種終端桌面。目前高校基于虛擬技術的云桌面方案重點解決了軟件維護和集中管理困難、硬件頻繁更新導致的高成本、單一終端設備的接入、數據分散存儲及數據安全等問題。但是虛擬化技術和應用需求的差異決定了云桌面類型的選擇，高校在部署云桌面后存在下列問題：用戶體驗并非十分友好，出現終端運行卡頓、視頻不流暢、過度或盲目投資、無法滿足特定專業需求變化等問題。在市場上，不少云桌面技術商家有夸大宣傳和誤導問題，是選云桌面還是選PC變成了橫亙在高校領導面前的難題[4]。2.2主流的云桌面類型。目前主流的云桌面包括：RDS（RemoteDesktopService）、VDI（VirtualDesktopInfrastucture）、IDV（IntelligentDesktopVirtualization）和VOI（VirtualOSInfrastructure）四種。主要特點如表1所示。從表1可以看出，每種云桌面都有自己的優缺點。從架構來看，分為兩類：一是真正意義的云桌面，如VDI和RDS，實現了在服務器集中運行和管理虛擬機，在客戶端設備使用桌面顯示協議與遠程服務器中的虛擬機進行連接，每個用戶獨享一個遠程虛機的桌面虛擬化技術。其中RDS的典型技術是微軟的“遠程桌面服務”，支持多個用戶同時登錄到自己桌面，每個用戶都有自己會話通道、自己的個人主目錄，并且用戶之間的個人文件是隔離的。RDS的用戶遠程桌面實際是在原服務器上運行，多個用戶共同使用同一份服務器資源，其文件系統、進程系統也是共用的，也會相互影響，因此有一定的用戶限制和局限性。而VDI技術在物理層實現服務器的虛擬化，將服務器端的畫面、圖像、音頻等傳輸到終端，盡一切可能地提高畫面的還原度、流暢性、高清視頻、聲音的高保真。同時，通過VDI使實驗室云終端進行軟件維護時可以通過云桌面后臺服務器進行統一軟件升級[5]。二是桌面系統運行在本地客戶端，可以保護原PC的資源并充分利用本地高速計算的功能，而云桌面服務器只起管理客戶端和推送鏡像數據等作用。單臺終端非常接近于PC的整體性能，即使單臺故障不影響整體系統的運行，在專業應用和大量數據并發場景中有著廣泛的應用，如IDV和VOI。目前VDI和VOI兩種云桌面的技術發展迅速而被各行業廣泛部署。2.3影響云桌面性能的關鍵因素。不同類型的云桌面性能用戶體驗的差別較大。要實現高效良好的云桌面性能，如果最終用戶是高質量多媒體需求或復雜圖形計算的使用需求，則不適合應用云桌面技術來建設。其關鍵因素有：2.3.1服務器性能。提升或增加CPU、GPU增強服務器處理能力，擴大內存容量和采用高速SSD固態硬盤等設備提升I/O數據傳輸速率。2.3.2高速穩定網絡。構建高速穩定的網絡平臺是很重要的因素，如使用六類線構造千兆網或光纖網、增大交換機的包轉發率和背板帶寬，提高網絡傳輸速度，保證云桌面的高速數據傳輸。2.3.3傳輸協議。云桌面方案的關鍵技術是桌面顯示傳輸協議。每種不同的桌面傳輸協議對帶寬有不同要求。傳輸協議能夠為用戶提供與物理界面難以區別的虛擬桌面，協議的優化程度將直將影響到云桌面的流暢性與用戶體驗，比如出現畫面卡頓、丟幀等現象。如基于思杰公司的顯示協議ICA、微軟的RDP協議和RemoteFX技術、ReadHat的智能協議SPICE、HP的遠程圖形軟件協議RGS和VMware的高效數據交換協議PCoIP等。帶寬受限制迫使各廠商設計和優化各種遠程顯示協議，推崇極少傳輸數據量，旨在提升性能的同時降低帶寬需求，從而為移動接入、圖形視頻的數據傳輸提供最小的延遲和最好的用戶體驗。

3云桌面的應用場景

高校計算機實驗室的應用場景分為三大類型。3.1公共或基礎實驗室和圖書館開放教室。公共或基礎實驗室承擔或開放全校非計算機專業的基礎教學和實驗，實驗課程數目多，使用效率高，同時還承擔學校或全國的各類大型機考。實驗室具有規模及數量大、分布不集中、型號配置不同、購置時間有先后、硬件更新換代較頻繁、軟件安裝維護工作量大等特點，從而導致維護工作量大、集中管控較為困難。在此基礎上運用云桌面技術進行建設和改造，能夠實現統一的部署以及統一的管理，滿足了不同校區以及不同實驗室集中管理的需求[6]。通過部署云服務平臺，可以實現實驗室信息化與智能化管理，減少人工干預和人員數量，提高計算機實驗室機房的響應能力和效率。3.2學院專業的計算機實驗室。隨著各應用專業對計算機的應用需求增加，學院也擁有各類專業的計算機實驗室。而專業應用對設備性能的要求不同和軟件的應用場景具有特殊性：如計算機專業的虛擬機及網絡配置、機械的ProE及3D圖形處理、美術或音樂的圖像及聲音處理、電子專業的電子設計軟件等，都要求機器本地計算性能高、用戶體驗好。這些場景要求消耗大量計算資源,其在云端運行還有困難或難以完全實現。其使用還需要進一步研究探索和實際測試[7]。3.3多媒體電教室。高校多媒體教室都基本配置功能簡單的電腦，基本是單機運行，地點分布散、使用效率不高、更新周期較長，遠程管理和維護較為困難。實驗室的應用場景特點如表2所示。

4云桌面的選型與建設部署

目前高校在建設新機房和改造舊機房時都重視云桌面的建設和加大投入，也取得了顯著的成效。高校現有實驗室的應用場景各不相同，選擇合適的云桌面是很有必要的。要根據教學體系和專業配置的特點，慎重選擇能滿足學校機房管理和實驗教學需求的桌面虛擬化系統[8]。因為目前還沒有一種云桌面提供的架構和傳輸協議可以適用于全場景及所有環境下的桌面交付，云桌面和傳統PC的互補必然存在著。目前高校云桌面的選型主要有VDI和VOI兩種類型。4.1云桌面VDI的選型。VDI是云計算技術和云桌面的典型應用。桌面云通過將后臺計算資源虛擬化形成統一的資源池，管理員根據實驗的桌面環境要求，通過桌面云集中管理平臺統一創建虛擬桌面并分配給對應的學生和教師[9]。VDI主要是通過調用服務器的資源進行運算的，終端桌面性能的強弱主要取決于服務器配置、云桌面軟件功能的強大與否。VDI的優勢在于可以解決規模化、終端配置要求低、集中管理、應用多樣化、多種終端接入設備、網絡安全高、維護便捷等問題。但它高度依賴于服務器和網絡的穩定，所以適合在對性能要求低、應用環境單一的行業,對于大量圖像傳輸、依賴網絡的工作環境則不適合[10]。VDI適用于中高等學校的基礎課程教學、可移動的簡單應用或多樣化的需求應用、數據安全要求較高的開發設計等場景。4.2云桌面VOI的選型。VOI基于純軟件虛擬化技術，不需要高配置的硬件，普通PC、瘦客戶機或者舊電腦均可以[10]。它充分利用本地PC高性能計算帶來的速度優勢，且外設兼容性好，減少虛擬化層的開銷帶來的低損耗。VOI還可利用已有的PC進行云桌面的部署，保護現有設備的投資，提高管理的效率，適用于不需要多終端接入，并且對計算性能要求較高、有3D渲染處理的設計專業、影音動畫、高性能計算機的相關專業。同時，VOI桌面也可適應全國性的各類大規模機器考試等場景，可以避免VDI桌面因數據集中并發可能造成的服務器和網絡故障引發的考試問題。4.3高校云桌面實驗室的建設。將云桌面技術的安全、高效、節能等優勢引入到虛擬實驗教學平臺中[11]，成為高校實驗室教學和管理的方向。目前云桌面的技術還在不斷發展中，各廠家的云桌面產品沒有統一的標準，高校在云桌面的建設模式也在不斷探索中。因此，高校云桌面的建設應從成本、維護、管理、功耗、安全、性能、資源利用和應用場景等方面評估，從而在云桌面建設方面有的放矢，達到最佳的建設效果。實驗室類型的多樣性、學科專業的應用需求差異化、不同類型的新老電腦設備等問題決定了高校在部署云桌面應著重考慮：應用場景需求、終端接入、教學需求、網絡帶寬、維護管理、成本核算、未來發展需要等因素。實驗室可采用不同的建設方案，目前建設的方案主要有以下幾種：4.3.1搭建新云桌面平臺。針對新建的計算機公共實驗室，搭建VDI云桌面平臺，將云桌面的所有數據計算和存儲集中在遠端服務器，通過虛擬桌面傳送個性化的應用，終端只負責鍵盤、鼠標等外設輸入輸出操作，數據和管理集中化，具有數據安全、資源共享等特點。4.3.2改造成云桌面平臺。利用已有的設備資源，改造成云桌面，保護現有投資。通過搭建VOI云桌面，實現本地高性能計算、云數據管理的功能。在這種模式下甚至可實現盤網雙待功能（即使無網或無硬盤狀態下也可正常運行），保證系統的健壯性和安全性。4.3.3多種桌面平臺混合在目前高校計算機實驗室中，由于應用場景的差異化，建設混合的云桌面平臺是較好的解決方案。有些廠商可以實現3V（VDI、VOI、IDV）混合平臺的集中管理。一方面適合專業的應用需求和個性化計算，另一方面利用已有的軟、硬件資源整合到云平臺中心。建設時可分步實施，逐步整合，從而完成整個學校的智能化和信息化管理，實現教學和實驗的高效能管理。4.4高校云桌面實驗室的部署。高校存在各類的實驗室，應用場景較廣泛，有著不同的專業需求和計算環境，因此依據不同的專業需求和應用場景，進行不同類型的云桌面部署。表3所示的是集美大學在實施云桌面建設時采用的部署方案。從表3中可以看出，不同的應用場景對選擇云桌面有實際的參考意義，以場景為主線選擇云桌面是目前比較可行的辦法。高校計算機公共部分實驗室采用VDI云桌面模式，它將虛擬桌面的計算資源與高校實踐教學資源融合在一起，通過計算、存儲、網絡資源的集中化、共享化來進行實驗室云桌面的建設[12]。VDI具備簡單高效的系統維護、資源的動態分配、多樣性的終端接入和更新換代時較低成本等優點，是今后高校計算機實驗室的發展方向。但各專業應用計算機的廣泛性和特殊性決定了不可用單一的管理模式來建設云桌面，因此利用VOI云桌面技術也是現行高校計算機實驗室建設所需要考慮和部署的。

5結束語

在高校計算機實驗室中應用云桌面技術是實驗室智能化建設的發展需要。通過云服務器進行應用及數據的桌面終端推送，實現統一軟件升級和數據的集中管理。云桌面基于虛擬化技術的終端操作系統交付與管理方案，可以根據應用場景的不同，產生不同標準的云桌面模式并廣泛應用在各個領域。由此針對高校資源虛擬化管理的大量產品應運而生，如何根據高校實驗室自身的建設和管理需求選擇合適的虛擬化平臺顯得尤為重要。

本文從高校的實驗室現狀出發，比較了各種云桌面技術的特性和各實驗室及專業的應用場景，提出云桌面技術的不同選型并在學校實驗室加以部署。云桌面的選擇不可隨大流和趕時髦，應以實際應用場景為首要出發點，兼顧管理效率和成本，避免盲目性和超額配置，最大發揮云桌面的技術優勢和保證教學實驗的順利進行。

作者:梁志強 林秀珍 陳建海 單位:集美大學計算機工程學院