計算機實驗教學(xué)中心虛擬化桌面設(shè)計

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了計算機實驗教學(xué)中心虛擬化桌面設(shè)計范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

摘要：分析了高校計算機實驗教學(xué)中心實驗室存在的問題。針對當(dāng)前實驗中心實驗室機器性能不均衡、資源嚴重浪費、管理困難、不易滿足實驗教學(xué)需求等現(xiàn)象，提出了可以通過桌面虛擬化技術(shù)構(gòu)建虛擬化桌面實驗室的方式來解決。闡述了虛擬化桌面實驗室的構(gòu)建思路，并以我校為例，提出了一種虛擬化桌面實驗室設(shè)計方案。該方案架構(gòu)設(shè)計簡單、易于實現(xiàn)，具有管理方便、節(jié)約資源、安全穩(wěn)定等優(yōu)點，能夠有效簡化實驗室日常管理工作，提升實驗教學(xué)效果，滿足各類考試需求。

關(guān)鍵詞：桌面虛擬化；計算機實驗教學(xué)中心；設(shè)計方案

高校計算機實驗教學(xué)中心一般承擔(dān)著學(xué)院計算機專業(yè)課、全校計算機文化基礎(chǔ)課的教學(xué)任務(wù)和全國計算機等級考試、計算機文化基礎(chǔ)考試等各類考試任務(wù)[1]。目前，高校的計算機實驗教學(xué)中心大多停留在由普通的計算機機房構(gòu)成的階段。計算機數(shù)量多、零件容易老化等問題給實驗室管理工作和實驗教學(xué)帶來諸多困難。為了使計算機實驗教學(xué)中心方便管理，充分發(fā)揮實驗教學(xué)作用，可以考慮使用桌面虛擬化技術(shù)構(gòu)建虛擬化桌面實驗室來解決[2]。桌面虛擬化技術(shù)具有配置靈活、便于管理、節(jié)約成本等優(yōu)點，能有效解決現(xiàn)有實驗室管理不便、維護困難等問題，可以減輕實驗室管理人員的工作負擔(dān)，提高實驗教學(xué)服務(wù)質(zhì)量。

1高校計算機實驗教學(xué)中心存在的問題

（1）機器性能不均衡。由于高校對實驗中心逐年加大投入，計算機在配置上會越來越高，性能會越來越強，這就造成建設(shè)時間相差越大的實驗室，在計算機硬件配置方面差異越大，性能差距越大，使得某些專業(yè)性較強，對硬件配置要求較高的實驗課程只能在性能較好的實驗室開設(shè)，而性能較低的實驗室只能開設(shè)對機器性能要求不高的課程，造成實驗室設(shè)備使用不均衡，實驗室利用不充分。（2）資源嚴重浪費[3]。由于計算機的使用頻繁，容易造成計算機零部件老化，計算機往往在使用1-2年后，就容易出現(xiàn)硬盤損壞、顯示器故障等問題。并且由于計算機的更新速度較快，往往在3-5年內(nèi)，計算機的硬件配置就不能滿足新的教學(xué)軟件的需求，需要重新購置一批配置更高的計算機，舊的計算機只能淘汰掉，造成資源嚴重浪費。（3）管理困難。傳統(tǒng)的計算機實驗室都是依靠還原卡來進行管理和維護[4]。利用還原卡可以方便安裝軟件和恢復(fù)故障系統(tǒng)，但有時還原卡使用起來也很麻煩。還原卡都是針對同型號的機器同傳，因此一般都是單個實驗室同傳。并且還原卡對網(wǎng)絡(luò)的性能要求很高，網(wǎng)速過慢或網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，都會導(dǎo)致整個同傳過慢。（4）不易滿足實驗教學(xué)需求[5]。有時教師需要在課堂分享學(xué)習(xí)資料，讓學(xué)生現(xiàn)場提交作業(yè)，需要購買額外的電子課堂軟件才能夠滿足。電子課堂軟件還需要額外的加密狗才能夠使用，加密狗長時間插到計算機上會因為發(fā)熱導(dǎo)致失效，管理不善的話也容易造成丟失。

2虛擬化桌面實驗室的構(gòu)建

桌面虛擬化是指將計算機的終端系統(tǒng)（也稱作桌面）進行虛擬化，以達到桌面使用的安全性和靈活性。可以通過任何設(shè)備，在任何地點，任何時間通過網(wǎng)絡(luò)訪問屬于我們個人的桌面系統(tǒng)。桌面虛擬化的原理圖見圖1。數(shù)據(jù)中心由物理服務(wù)器集群構(gòu)成，利用桌面虛擬化技術(shù)，可以將物理服務(wù)器集群的硬件資源（CPU、內(nèi)存、硬盤等資源）形成一個硬件資源池實現(xiàn)集中統(tǒng)一管理，并在物理服務(wù)器集群上虛擬出多臺虛擬機（即虛擬出來的主機），將這些硬件資源分配給虛擬機使用，并為每臺虛擬機分配操作系統(tǒng)。每一臺虛擬機都相當(dāng)于一臺獨立的PC主機，用戶通過桌面終端（通常為一臺顯示器）就可以使用一臺虛擬機，與使用PC的體驗完全一樣。圖1桌面虛擬化原理圖

3虛擬化桌面實驗室設(shè)計方案

3.1虛擬化桌面實驗室的架構(gòu)設(shè)計

目前，我校計算機實驗教學(xué)中心共有5個實驗室，計算機約400臺，其中2個實驗室用作虛擬化桌面實驗室并各包含90臺桌面終端。虛擬化桌面實驗室采用VOI技術(shù)（VirtualOSInfrastructure，虛擬操作系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施），其搭建方式按照圖2的結(jié)構(gòu)示意圖進行搭建。服務(wù)器集群為獲得良好的降溫效果放在數(shù)據(jù)中心里。服務(wù)器集群共包含5臺服務(wù)器，每臺服務(wù)器含2顆12核IntelE52650V4處理器，160g內(nèi)存，4塊千兆集成網(wǎng)卡，1塊4T硬盤和1塊PCI-E400g固態(tài)硬盤。桌面終端配有一個顯示器外加X86云終端（含1顆intelJ1900CPU，2g內(nèi)存，1個USB3.0接口，5個USB2.0接口，1個千兆網(wǎng)卡）。每個實驗室配4臺24端口千兆交換機。機房網(wǎng)線采用超五類線。

3.2虛擬化桌面實驗室的功能設(shè)計

（1）虛擬化桌面具備的使用功能①操作系統(tǒng)還原保護功能。對桌面終端的操作系統(tǒng)進行保護，當(dāng)終端重啟后，之前學(xué)生在系統(tǒng)盤做的所有操作都不會保存，可以保證系統(tǒng)完好如初。學(xué)生的作業(yè)等資料可以放到存儲盤，這樣重啟之后資料也不會丟失。②支持多個教學(xué)桌面使用。因為不同的教學(xué)軟件，其計算機配置環(huán)境不同，為了保護軟件安裝和運行不沖突，要在不同的教學(xué)桌面里安裝軟件，所以就會創(chuàng)建多個教學(xué)桌面。學(xué)生打開終端后，可以選擇所使用的軟件所在的教學(xué)桌面。終端上的各個教學(xué)桌面相互獨立，不沖突，保證了軟件良好的運行環(huán)境。③虛擬化桌面獨立運行。因為服務(wù)器虛擬化出來的虛擬機都是獨立分配硬件資源的，并且虛擬化技術(shù)可以保證虛擬機獨立運行，互不影響，所以學(xué)生使用虛擬化桌面如同單個的PC機一樣，功能強大，又互不影響。（2）虛擬化桌面具備的管理功能①遠程控制功能。管理員通過瀏覽器直接訪問虛擬化桌面管理平臺，可以查看遠處各個機房的桌面終端狀態(tài)，遠程啟動、關(guān)閉、重啟終端，并可以按照桌面序號、終端座號、桌面IP、桌面計算機名、桌面用戶名等多種方式實現(xiàn)終端的自動排序。設(shè)置機房的IP地址段、終端桌面分辨率等。②資源統(tǒng)計功能。虛擬化桌面管理平臺可以自動統(tǒng)計服務(wù)器集群硬件資源池的變化、包括CPU、內(nèi)存、硬盤的使用量和利用率等并提供可視化統(tǒng)計視圖，方便管理員了解資源使用情況，為新創(chuàng)建的虛擬機分配CPU、內(nèi)存、硬盤等硬件資源。③批量生成虛擬化桌面功能。管理員可以先創(chuàng)建一個虛擬機模板，為該模板分配合適的CPU、內(nèi)存、硬盤等資源，并在模板上安裝操作系統(tǒng)和所需軟件，然后通過該模板，平臺可以批量生成虛擬機（即虛擬化桌面）。④資源按需分配功能。虛擬化桌面管理平臺是按照管理員創(chuàng)建的虛擬機模板和生成的虛擬機數(shù)量分配硬件資源池中CPU、內(nèi)存、存儲等資源的。平臺資源池中的硬件資源根據(jù)生成虛擬機的數(shù)量實時變化，如果用戶關(guān)閉桌面終端，虛擬機也會被關(guān)閉，虛擬機的硬件資源就會被平臺收回，重新作為平臺資源池的資源分配給新創(chuàng)建的虛擬機。⑤多教學(xué)桌面部署功能。管理員可以針對每個軟件所需的使用環(huán)境，分別部署系統(tǒng)環(huán)境不同的教學(xué)桌面，滿足實驗教學(xué)需求。⑥個人桌面部署功能。管理員可以為教師設(shè)置個人桌面，教師憑自己的賬號和密碼登錄，這樣教師就相當(dāng)于擁有了一臺私人電腦，可以進行上傳資料、安裝使用軟件等各項操作。（3）多媒體教室管理功能為方便教師日常的實驗教學(xué)，可以為虛擬化桌面安裝多媒體教室軟件，這樣虛擬化桌面又增加了多媒體教室管理功能。①屏幕廣播功能。教師可以在給學(xué)生講解的同時，把自己的操作步驟演示給所有學(xué)生，方便學(xué)生理解實驗過程。②遙控監(jiān)看功能。教師可以在本地查看所有學(xué)生的虛擬化桌面狀態(tài)，了解學(xué)生實驗情況，避免學(xué)生上課做與實驗無關(guān)的操作。③行為管控功能。教師可以禁止學(xué)生使用U盤、光盤等。可設(shè)置網(wǎng)頁的白名單和應(yīng)用程序白名單等。④影音廣播功能。可以流暢廣播MPEG1-4、amv、wmv、MP4等多種格式的視頻文件，若同時選擇多個文件，可以自動循環(huán)播放。⑤學(xué)生演示功能。教師可以指定某個學(xué)生進行操作演示，其他學(xué)生通過各自的虛擬化桌面觀看。⑥文件傳輸功能。教師可以把學(xué)習(xí)資料等發(fā)送到所有的虛擬化桌面，學(xué)生也可以在本地桌面終端向教師提交實驗報告。

4虛擬化桌面應(yīng)用場景

（1）教學(xué)應(yīng)用場景。學(xué)生在上課前可以啟動桌面終端，自行選擇教學(xué)桌面進入桌面操作系統(tǒng)。教師也可以一鍵選擇所有學(xué)生進入指定桌面或者通過課表計劃自動批量切換到指定桌面。學(xué)生登錄到桌面后就可以進行各種操作。桌面的多種啟動方式保證了開機的靈活性和高效性。教師在上課的時候，可以利用多媒體教室軟件進行屏幕廣播、播放影音視頻或分享學(xué)習(xí)資料等。（2）考試應(yīng)用場景?？梢詰?yīng)用于全國計算機等級考試、計算機文化基礎(chǔ)考試等。全國計算機等級考試對考試服務(wù)器和考試計算機的性能要求很高[6]。由于虛擬化桌面的硬件資源能夠按需分配，可以為考試服務(wù)器和每臺虛擬機分配較多的硬件資源以達到考試性能要求。在教師的終端創(chuàng)建一個單獨的虛擬化桌面作為考試服務(wù)器，并為其分配充足的硬件資源，安裝操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和考試管理軟件。在學(xué)生的終端也創(chuàng)建一個單獨的虛擬化桌面作為考試機，為其分配CPU、內(nèi)存、等硬件資源，并安裝操作系統(tǒng)和各類考試軟件。通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，將服務(wù)器和考試機進行連接。考試前首先打開教師的終端進入考試服務(wù)器虛擬化桌面，然后啟動學(xué)生終端進入考試機虛擬化桌面，就可以進行考試了。

5結(jié)束語

虛擬化桌面實驗室是利用桌面虛擬化技術(shù)構(gòu)建虛擬化服務(wù)器集群和虛擬化桌面終端的新型實驗教學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有資源配置靈活、管理方便、資源節(jié)約等優(yōu)點，不僅可以簡化實驗室管理人員的日常管理工作，還可以借助多媒體教室管理軟件實現(xiàn)實驗教學(xué)效果的提升。虛擬化桌面實驗室還可以用來快速靈活搭建各類考試環(huán)境，滿足各類考試需求。虛擬化桌面的廣泛應(yīng)用必會成為未來計算機實驗室的發(fā)展趨勢。

參考文獻：

[1]張寶瑛，李書珍，沈俊輝，等.高校計算機實驗室的部署與管理[J].實驗技術(shù)與管理，2013.

[2]劉永，吳杰，寧玉富，等.高校虛擬化桌面實施研究[J].計算機技術(shù)與發(fā)展，2016.

[3]尹廷鈞，張立.網(wǎng)絡(luò)機房管理和維護模式的探索研究[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2019.

[4]藺俊杰.計算機操作系統(tǒng)維護中還原技術(shù)的應(yīng)用[J].信息與電腦（理論版），2019.

[5]姜軍平.高校計算機基礎(chǔ)實驗教學(xué)模式在云平臺下教學(xué)改革的研究[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2019.

[6]黃健，阮燦華，舒兆港.探索桌面虛擬化在全國計算機等級考試中的應(yīng)用[J].實驗技術(shù)與管理，2014.

作者：劉永 單位：山東青年政治學(xué)院