通過桌面云提升高校IT應用和管理水平

張 楠

（南開大學 醫學院，天津 300071）

南開大學醫學院實驗中心有機房、教研室、實驗室、多媒體教室29間，分布在3個教學實驗樓，共有近500臺計算機，承擔著22門公共基礎課程實驗和專業實驗教學課程，并向碩士和博士研究生的實驗教學課程、學生開放課題研究、各類競賽、畢業設計、考試、培訓等提供服務。中心本科生年均實驗人數約450人，每年承擔實驗教學任務達13萬人時。公共基礎實驗室在課余時間面向學生開放，對計算機設備的數量和性能要求不斷提高。

1 高校IT應用和管理中存在的問題

高?；静捎脗鹘y的計算機部署模式，即為每個需求點配置一臺計算機硬件設備及相應的軟件系統。因此，各類機房、實驗室、教室的基礎設施建設很難趕上日益增長的應用需求，建設成本不斷增加。目前主要存在的問題有：

（1）設備分布散，缺乏集中管理。面對分布在不同校區、不同樓層、不同機房的計算機設備，跨校區、跨機房的系統部署和管理維護的難度大、效率低，無法及時滿足教學需求，迫切需要有一套完整、有效的集中化系統管理的解決方案［1］。

（2）教學課件和應用調整不靈活。多媒體教室的教學課件和應用軟件是固化的，一經安裝在某臺PC機上，就只能在這臺PC機上使用，如果要換個教室上課，或者在這個教室新增一門課程，就必須重新安裝教學課件和應用軟件，課程的調整嚴重受限［2］。

（3）操作系統的轉換困難。對于配置幾十、上百臺PC機的機房和實驗室，需要多變的實驗環境，頻繁更換操作系統。在傳統以PC機為中心的桌面環境下，不同課程或各類培訓前，管理員需要將所有PC機進行重新安裝和部署，工作量很大，且費時費力，效率低下。

（4）多人共用一臺計算機，缺乏個性化實驗環境。由于資源有限，不可能給所有學生分配一臺獨立的計算機，一臺計算機在不同時段供不同學生使用，因此學生無法配置個性化的實驗環境，也不能保存自己的實驗結果。

（5）計算機更新頻繁，資源浪費嚴重。計算機與信息技術快速發展，軟件的更新周期也在不斷縮短，其運行需要更高配置的硬件支持，因此計算機要不斷更新才能滿足需要，并且舊PC機并沒有得到充分利用，造成了硬件資源浪費。

2 云計算及桌面云技術

2.1 云計算

云計算是并行計算（parallel computing）、分布式計算（distributed computing）、網格計算（grid computing）、虛擬化（virtualization）和效用計算（utility computing）等多種傳統計算機技術和網絡技術融合發展的產物［3］。云計算的服務模式有3種：（1）SaaS（software－as－a－service）為客戶提供各種應用軟件服務；（2）PaaS（platform－as－a－service）通過平臺為客戶提供一站式服務；（3）IaaS （infrastructure－as－a－service）為客戶提供網絡、計算和存儲一體化的基礎架構服務。

桌面云是通過桌面的終端設備來訪問云端的應用程序或者訪問云端整個虛擬桌面的形式，在典型的桌面云環境中，用戶體驗需要和不連接上云端保持一致［4－5］。

2.2 桌面云的技術優勢

桌面云技術的應用可以改變傳統的為每個需求點配置一臺計算機的部署模式，同時在應用環境配置、桌面管理和桌面訪問方面具有以下優勢：

（1）集中管理、統一配置、使用安全。由于計算發生在數據中心，所有桌面的配置和管理都在云數據中心進行，管理員可以在數據中心對所有桌面和應用進行統一配置和管理，例如系統升級、應用安裝等［6］。用戶的所有數據都存儲在數據中心，客戶端本地無數據，保證了數據的安全［7］。這樣減輕了管理實驗的復雜度，降低機房管理人員的工作量，提高了管理效率。

（2）更簡化的終端設備，更靈活的訪問。這些應用與桌面都是在云數據中心運行和管理的，就是說用戶對桌面的訪問不受具體設備、具體地點和具體時間的限制。通過任何一種滿足接入要求的設備，就可以訪問我們的桌面。終端設備不需要很高的硬件配置，瘦客戶端、智能手機、上網本、甚至接近報廢的舊PC機等都成為可用設備，這樣提高了硬件設備的使用效率，降低了成本。

（3）降低耗電、節能減排。每臺傳統個人計算機的功耗在200W左右，采用桌面云以后，每個瘦客戶端的電量消耗在16W 左右，只有原來傳統個人桌面的8%，所產生的熱量也大大減少了。

3 桌面云在高校實驗教學中的應用

桌面云技術的出現為高校計算機部署和管理提供了全新的解決思路，實現了將個人電腦的處理能力（包括CPU和硬盤）集中到數據中心。后臺云數據中心給每個教學、辦公和實驗室終端提供虛擬化的“計算機”。通過云數據中心統一調度和管理，實現了對桌面資源的“按需分配”的管理，這樣也提升了IT資源的應用和管理水平。

（1）為師生定制個性化的教學和實驗環境。為每個教師分配一個永久的虛擬教學桌面，使得教師可以將重要課件和資料集中存儲，在任何位置都可以通過任意設備接入教學桌面，進而滿足隨時隨地的教學及備課的需求。

對于需要進行課題研究、畢業設計的學生，授權學生可利用虛擬系統自由創建個性化的系統和軟件環境，桌面的訪問無需在固定的實驗室或機房使用固定的機位；各種應用軟件運行在云計算中心、桌面系統的性能可以動態調整，不用擔心設備的性能不能滿足軟件的要求；所有實驗數據可以存儲在云計算中心，既可以保證實驗的連續性，又增加了數據的安全性。

（2）機房和實驗室的使用更加靈活。根據不同專業、不同課程的教學和實驗要求，配置了多種實驗環境，包括絕大部分的主流操作系統如Windows XP、Windows 7、Windows 2003server、Vista、Linux等，配合各種應用軟件如 Microsoft Office、Adobe、Visual Studio、SQL Server等，可以隨著需要組合、調用不同的桌面系統，這樣意味著可以使用機房或實驗室的同一套終端設備得到不同的實驗環境，達到桌面環境的集中、快速切換和更新，單個機房的用途更加多樣化。

（3）促進虛擬化實驗資源的共享。由于在虛擬化環境下，計算機硬件資源（包括：計算機外部設備、存儲介質、服務器等）和軟件資源（包括：操作系統、系統軟件、以及各類專業應用程序等）是在完全隔離、完全獨立的環境下運行的，所以這些資源和應用可以以模塊化的方式靈活組合，各種實驗室及實驗環境能方便地實現功能互補、資源共享，實現各類實驗環境的融合。

4 基于校園網的桌面云系統實現方案

4.1 桌面云的基礎架構設計

基于校園有線和無線網絡連接，桌面云的整體架構設計如圖1所示，從云到端由5個部分組成：

（1）硬件資源層。即指云基礎設施硬件，主要包括計算設備、存儲設備、內部互連以及和外部客戶端的網絡互連的網絡設備。

（2）虛擬資源層。通過對服務器、網絡和存儲資源的虛擬化，形成資源池，提供云服務所需的虛擬化資源。

（3）虛擬桌面層。將單個物理服務器分成多個共享資源的虛擬操作系統，創建虛擬機資源池并對外提供桌面的服務，同時還可對桌面云資源的分配進行調度，自動部署后臺的計算節點，實現集中管理、監控桌面云所有物理資源和虛擬資源。

（4）桌面管理層。包括身份認證服務器和管理控制臺，身份認證服務器負責對用戶的統一認證和授權，可以很方便地對用戶進行添加、刪除、配置密碼、修改用戶權限等操作；管理控制臺負責整個虛擬桌面系統的調度、新虛擬桌面的注冊以及將虛擬桌面的請求指向可用的系統。

（5）終端接入層。即指云終端設備，可使用傳統的PC軟終端（使用Linux或 Windows操作系統，安裝有桌面虛擬化客戶端軟件以連接到虛擬桌面）、智能手機、PAD等移動設備及瘦客戶機（使用專業嵌入式處理器、小型本地閃存、精簡版操作系統等）。

圖1 桌面云的基礎架構結構圖

4.2 桌面云的具體實現方案

目前市場上有桌面云解決方案的廠商主要包括VMware、Citrix、IBM、Microsoft、華為等，其中 VM－ware是 x86服務器虛擬化領域的龍頭［8－9］，Citrix 是應用虛擬化領域的領導者［10－11］。本文在深入研究這兩家公司的產品及解決方案的基礎上，重點應用VM－ware的vSphere、View Manager、View Composer及ThinApp構建醫學院桌面云環境［12］。

在目前南開大學校園信息化系統和網絡架構的基礎上，在局域網內新增了一組服務器集群及共享存儲，并在這組服務器上部署了服務器虛擬化軟件，形成了共享計算資源池和存儲池，提供了桌面云所需的實驗系統資源。

整個桌面云系統采用VMware View套件，如圖2所示，VMware View基于 VMware vSphere平臺構建。通過vSphere（包括ESXi和vCenter Server）實現服務器虛擬化，將服務器虛擬為若干虛擬桌面。ESXi允許多個用戶桌面以虛擬機的形式獨立運行，同時共享CPU、內存、網絡連接和存儲器等底層物理硬件資源。vCenter服務器是一個虛擬機集中管理組件。

圖2 VMware View桌面云平臺部署示意圖

View Manager是用來自動調配新桌面或桌面組的高級管理軟件，管理員通過View Manager安全而方便地訪問虛擬桌面，升級和修補工作都在單個控制臺集中進行，因此可有效地管理數百甚至數千個桌面；可以對虛擬桌面池進行自定義，并方便地設置桌面策略，如池中可包含的虛擬機數量；還包括驗證用戶身份、授予桌面權利、管理虛擬桌面會話等功能。

ThinApp應用虛擬化技術將應用與底層操作系統分離，減少了操作系統與其他應用之間的沖突，從而提高了兼容性并簡化了管理。通過ThinApp打包的應用可以在數據中心集中運行、本地部署到物理或虛擬桌面，從而實現部署靈活性。

View Composer使用鏈接克隆技術，支持從一個黃金級映像快速創建多個桌面映像，可以跨任意數量的虛擬桌面有保證地即時完成更新，從而節省磁盤空間和簡化管理。

5 結束語

云計算在高校信息化建設中的應用是大勢所趨。隨著技術的不斷成熟，有線／無線網絡的帶寬和覆蓋不斷擴展，桌面云技術將大規模地部署和應用在各類高等院校，代替傳統的單點式計算機部署模式，有效地提升計算機的管理水平，更好地為廣大師生服務。

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［1］林先津.桌面虛擬化技術在分布式設備管理中的研究與應用［J］.實驗技術與管理，2013，30（4）：68－70.

［2］姜昌金，陶樺，黃琦，等.桌面虛擬化技術在校園網環境的應用［J］.實驗技術與管理，2011，28（5）：103－105.

［3］翁國秀.云桌面技術在高校計算機實驗室建設和管理中的應用［J］.信息與電腦：理論版，2012（11）：110－111.

［4］崔益峰.桌面云在高職院校教學用計算機管理中的應用［J］.電腦與電信，2012（7）：66－68.

［5］韓寧.云桌面技術在高校信息化建設及教學中的應用［J］.軟件導刊，2012（5）：105－107.

［6］張蕾，何菊.中醫藥院校校園網桌面云應用探討［J］.無線互聯科技，2012（10）：10－11.

［7］李根.云桌面在高職校園網中的應用［J］.科技信息，2013（10）：30－32.

［8］張榮高.基于VMware View實驗桌面云［J］.計算機與現代化，2013（10）：177－178.

［9］任爽.桌面云系統在企業內部網絡中的開發與應用［J］.電子技術與軟件工程，2013（8）：28－29.

［10］宋蕾.虛擬技術在高校計算機機房實驗室中的應用［J］.實驗室研究與探索，2013（6）：274－278.

［11］劉正朋.桌面虛擬化技術在實驗室儀器管理中的應用［J］.實驗室科學，2011（2）：151－153.

［12］趙迎春.桌面虛擬化在圖書館的應用［J］.情報科學，2012（2）：240－242.