论云桌面在高校计算机实验室建设

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摘要:高校计算机实验室部署云桌面是大势所驱。通过对现行云桌面技术的分析和选型研究，针对高校计算机实验室的不同应用场景，分析高校现行计算机实验室部署云桌面的情况，给出了云桌面技术的选型参考方案，为高校实验室云桌面的建设和实践提供参考。

关键词:云桌面技术；选型；应用场景；部署建设

1引言

随着高校各学科信息化建设的日新月异，学科应用计算机技术的范围越来越大。为适应计算机实验教学的需要，各学校都加大计算机公共基础或专业实验室的投入，搭建基于虚拟化技术的云桌面系统已是大势所趋。先进的云桌面管理系统，在一定程度上促进了当前高校校园的管理水平，加快了高校校园管理的发展效率[1]。而针对不同应用场景的计算机实验室，在采用和部署云桌面的选型和方案方面存在盲目性和超额配置等问题。研究如何合理且实效地进行云桌面的部署是非常有必要的。

2云桌面技术

云桌面是采用虚拟化技术将远端服务器中的虚拟机桌面通过网络推送到不同类型的客户端（如瘦客户端、PC胖客户端、移动设备端等）的云计算技术解决方案。十多年来，各种基于虚拟技术的云桌面发展迅速，已广泛应用于企业、医院和教育行业。云桌面技术是云计算的最典型、最重要的应用，具有很多优势，如保障信息安全性、维护更加便利、节能以及设备更换频率低等。云桌面技术在高校计算机实验室管理中的运用是对传统管理模式的优化，大大提高了计算机实验室的管理效率。根据国际数据公司IDC预测，云桌面市场会持续增长，其中2016-2023年的CAGR（复合年均增长率）将达到23%。2.1云桌面技术解决和部署存在的问题。高校计算机课程适合不同专业的学生学习，对计算机资源和计算机性能的要求也不同[2]。对分散的数字化资源进行整合和多场景的教学环境进行混合，同时搭建实验室统一管理的虚拟化教学环境，是发展高校实验室建设和创新教学模式的必要过程[3]。桌面虚拟化技术是通过将桌面、服务器、存储等硬件资源虚拟化，通过云服务器的统一调度，并合理分配和推送到各种终端桌面。目前高校基于虚拟技术的云桌面方案重点解决了软件维护和集中管理困难、硬件频繁更新导致的高成本、单一终端设备的接入、数据分散存储及数据安全等问题。但是虚拟化技术和应用需求的差异决定了云桌面类型的选择，高校在部署云桌面后存在下列问题：用户体验并非十分友好，出现终端运行卡顿、视频不流畅、过度或盲目投资、无法满足特定专业需求变化等问题。在市场上，不少云桌面技术商家有夸大宣传和误导问题，是选云桌面还是选PC变成了横亘在高校领导面前的难题[4]。2.2主流的云桌面类型。目前主流的云桌面包括：RDS（RemoteDesktopService）、VDI（VirtualDesktopInfrastucture）、IDV（IntelligentDesktopVirtualization）和VOI（VirtualOSInfrastructure）四种。主要特点如表1所示。从表1可以看出，每种云桌面都有自己的优缺点。从架构来看，分为两类：一是真正意义的云桌面，如VDI和RDS，实现了在服务器集中运行和管理虚拟机，在客户端设备使用桌面显示协议与远程服务器中的虚拟机进行连接，每个用户独享一个远程虚机的桌面虚拟化技术。其中RDS的典型技术是微软的“远程桌面服务”，支持多个用户同时登录到自己桌面，每个用户都有自己会话通道、自己的个人主目录，并且用户之间的个人文件是隔离的。RDS的用户远程桌面实际是在原服务器上运行，多个用户共同使用同一份服务器资源，其文件系统、进程系统也是共用的，也会相互影响，因此有一定的用户限制和局限性。而VDI技术在物理层实现服务器的虚拟化，将服务器端的画面、图像、音频等传输到终端，尽一切可能地提高画面的还原度、流畅性、高清视频、声音的高保真。同时，通过VDI使实验室云终端进行软件维护时可以通过云桌面后台服务器进行统一软件升级[5]。二是桌面系统运行在本地客户端，可以保护原PC的资源并充分利用本地高速计算的功能，而云桌面服务器只起管理客户端和推送镜像数据等作用。单台终端非常接近于PC的整体性能，即使单台故障不影响整体系统的运行，在专业应用和大量数据并发场景中有着广泛的应用，如IDV和VOI。目前VDI和VOI两种云桌面的技术发展迅速而被各行业广泛部署。2.3影响云桌面性能的关键因素。不同类型的云桌面性能用户体验的差别较大。要实现高效良好的云桌面性能，如果最终用户是高质量多媒体需求或复杂图形计算的使用需求，则不适合应用云桌面技术来建设。其关键因素有：2.3.1服务器性能。提升或增加CPU、GPU增强服务器处理能力，扩大内存容量和采用高速SSD固态硬盘等设备提升I/O数据传输速率。2.3.2高速稳定网络。构建高速稳定的网络平台是很重要的因素，如使用六类线构造千兆网或光纤网、增大交换机的包转发率和背板带宽，提高网络传输速度，保证云桌面的高速数据传输。2.3.3传输协议。云桌面方案的关键技术是桌面显示传输协议。每种不同的桌面传输协议对带宽有不同要求。传输协议能够为用户提供与物理界面难以区别的虚拟桌面，协议的优化程度将直将影响到云桌面的流畅性与用户体验，比如出现画面卡顿、丢帧等现象。如基于思杰公司的显示协议ICA、微软的RDP协议和RemoteFX技术、ReadHat的智能协议SPICE、HP的远程图形软件协议RGS和VMware的高效数据交换协议PCoIP等。带宽受限制迫使各厂商设计和优化各种远程显示协议，推崇极少传输数据量，旨在提升性能的同时降低带宽需求，从而为移动接入、图形视频的数据传输提供最小的延迟和最好的用户体验。

3云桌面的应用场景

高校计算机实验室的应用场景分为三大类型。3.1公共或基础实验室和图书馆开放教室。公共或基础实验室承担或开放全校非计算机专业的基础教学和实验，实验课程数目多，使用效率高，同时还承担学校或全国的各类大型机考。实验室具有规模及数量大、分布不集中、型号配置不同、购置时间有先后、硬件更新换代较频繁、软件安装维护工作量大等特点，从而导致维护工作量大、集中管控较为困难。在此基础上运用云桌面技术进行建设和改造，能够实现统一的部署以及统一的管理，满足了不同校区以及不同实验室集中管理的需求[6]。通过部署云服务平台，可以实现实验室信息化与智能化管理，减少人工干预和人员数量，提高计算机实验室机房的响应能力和效率。3.2学院专业的计算机实验室。随着各应用专业对计算机的应用需求增加，学院也拥有各类专业的计算机实验室。而专业应用对设备性能的要求不同和软件的应用场景具有特殊性：如计算机专业的虚拟机及网络配置、机械的ProE及3D图形处理、美术或音乐的图像及声音处理、电子专业的电子设计软件等，都要求机器本地计算性能高、用户体验好。这些场景要求消耗大量计算资源,其在云端运行还有困难或难以完全实现。其使用还需要进一步研究探索和实际测试[7]。3.3多媒体电教室。高校多媒体教室都基本配置功能简单的电脑，基本是单机运行，地点分布散、使用效率不高、更新周期较长，远程管理和维护较为困难。实验室的应用场景特点如表2所示。

4云桌面的选型与建设部署

目前高校在建设新机房和改造旧机房时都重视云桌面的建设和加大投入，也取得了显著的成效。高校现有实验室的应用场景各不相同，选择合适的云桌面是很有必要的。要根据教学体系和专业配置的特点，慎重选择能满足学校机房管理和实验教学需求的桌面虚拟化系统[8]。因为目前还没有一种云桌面提供的架构和传输协议可以适用于全场景及所有环境下的桌面交付，云桌面和传统PC的互补必然存在着。目前高校云桌面的选型主要有VDI和VOI两种类型。4.1云桌面VDI的选型。VDI是云计算技术和云桌面的典型应用。桌面云通过将后台计算资源虚拟化形成统一的资源池，管理员根据实验的桌面环境要求，通过桌面云集中管理平台统一创建虚拟桌面并分配给对应的学生和教师[9]。VDI主要是通过调用服务器的资源进行运算的，终端桌面性能的强弱主要取决于服务器配置、云桌面软件功能的强大与否。VDI的优势在于可以解决规模化、终端配置要求低、集中管理、应用多样化、多种终端接入设备、网络安全高、维护便捷等问题。但它高度依赖于服务器和网络的稳定，所以适合在对性能要求低、应用环境单一的行业,对于大量图像传输、依赖网络的工作环境则不适合[10]。VDI适用于中高等学校的基础课程教学、可移动的简单应用或多样化的需求应用、数据安全要求较高的开发设计等场景。4.2云桌面VOI的选型。VOI基于纯软件虚拟化技术，不需要高配置的硬件，普通PC、瘦客户机或者旧电脑均可以[10]。它充分利用本地PC高性能计算带来的速度优势，且外设兼容性好，减少虚拟化层的开销带来的低损耗。VOI还可利用已有的PC进行云桌面的部署，保护现有设备的投资，提高管理的效率，适用于不需要多终端接入，并且对计算性能要求较高、有3D渲染处理的设计专业、影音动画、高性能计算机的相关专业。同时，VOI桌面也可适应全国性的各类大规模机器考试等场景，可以避免VDI桌面因数据集中并发可能造成的服务器和网络故障引发的考试问题。4.3高校云桌面实验室的建设。将云桌面技术的安全、高效、节能等优势引入到虚拟实验教学平台中[11]，成为高校实验室教学和管理的方向。目前云桌面的技术还在不断发展中，各厂家的云桌面产品没有统一的标准，高校在云桌面的建设模式也在不断探索中。因此，高校云桌面的建设应从成本、维护、管理、功耗、安全、性能、资源利用和应用场景等方面评估，从而在云桌面建设方面有的放矢，达到最佳的建设效果。实验室类型的多样性、学科专业的应用需求差异化、不同类型的新老电脑设备等问题决定了高校在部署云桌面应着重考虑：应用场景需求、终端接入、教学需求、网络带宽、维护管理、成本核算、未来发展需要等因素。实验室可采用不同的建设方案，目前建设的方案主要有以下几种：4.3.1搭建新云桌面平台。针对新建的计算机公共实验室，搭建VDI云桌面平台，将云桌面的所有数据计算和存储集中在远端服务器，通过虚拟桌面传送个性化的应用，终端只负责键盘、鼠标等外设输入输出操作，数据和管理集中化，具有数据安全、资源共享等特点。4.3.2改造成云桌面平台。利用已有的设备资源，改造成云桌面，保护现有投资。通过搭建VOI云桌面，实现本地高性能计算、云数据管理的功能。在这种模式下甚至可实现盘网双待功能（即使无网或无硬盘状态下也可正常运行），保证系统的健壮性和安全性。4.3.3多种桌面平台混合在目前高校计算机实验室中，由于应用场景的差异化，建设混合的云桌面平台是较好的解决方案。有些厂商可以实现3V（VDI、VOI、IDV）混合平台的集中管理。一方面适合专业的应用需求和个性化计算，另一方面利用已有的软、硬件资源整合到云平台中心。建设时可分步实施，逐步整合，从而完成整个学校的智能化和信息化管理，实现教学和实验的高效能管理。4.4高校云桌面实验室的部署。高校存在各类的实验室，应用场景较广泛，有着不同的专业需求和计算环境，因此依据不同的专业需求和应用场景，进行不同类型的云桌面部署。表3所示的是集美大学在实施云桌面建设时采用的部署方案。从表3中可以看出，不同的应用场景对选择云桌面有实际的参考意义，以场景为主线选择云桌面是目前比较可行的办法。高校计算机公共部分实验室采用VDI云桌面模式，它将虚拟桌面的计算资源与高校实践教学资源融合在一起，通过计算、存储、网络资源的集中化、共享化来进行实验室云桌面的建设[12]。VDI具备简单高效的系统维护、资源的动态分配、多样性的终端接入和更新换代时较低成本等优点，是今后高校计算机实验室的发展方向。但各专业应用计算机的广泛性和特殊性决定了不可用单一的管理模式来建设云桌面，因此利用VOI云桌面技术也是现行高校计算机实验室建设所需要考虑和部署的。

5结束语

在高校计算机实验室中应用云桌面技术是实验室智能化建设的发展需要。通过云服务器进行应用及数据的桌面终端推送，实现统一软件升级和数据的集中管理。云桌面基于虚拟化技术的终端操作系统交付与管理方案，可以根据应用场景的不同，产生不同标准的云桌面模式并广泛应用在各个领域。由此针对高校资源虚拟化管理的大量产品应运而生，如何根据高校实验室自身的建设和管理需求选择合适的虚拟化平台显得尤为重要。

本文从高校的实验室现状出发，比较了各种云桌面技术的特性和各实验室及专业的应用场景，提出云桌面技术的不同选型并在学校实验室加以部署。云桌面的选择不可随大流和赶时髦，应以实际应用场景为首要出发点，兼顾管理效率和成本，避免盲目性和超额配置，最大发挥云桌面的技术优势和保证教学实验的顺利进行。

作者:梁志强 林秀珍 陈建海 单位:集美大学计算机工程学院