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摘 要 ：本文分析了计算机教学实验中心运维中出现的各种问题,结合云桌面技术,提出了基础计算机教学实验中心虚拟 云桌面的设计和建设方案,总结了计算机教学实验中心虚拟云桌面技术的应用场景,有效解决了多校区运维模式,实现提高实 验室管理效率并降低运维成本的建设目标。
关键词 ：集约型 ；云桌面 ；计算机教学实验中心 ；多校区
Research and Establishment of Intensive Public Basic Teaching Experiment Center
DAI Yingjun, CHEN Chenggang, WANG Yuanming, XIA Wenfeng
(Zhejiang Wanli University, Ningbo Zhejiang 315100)
【Abstract】：This paper analyzed various problems in the operation and maintenance of computer teaching experiment center, combined with cloud desktop technology, proposed the design and construction scheme of virtual cloud desktop of basic computer teaching experiment center, summarized the application scenario of virtual cloud desktop technology of computer teaching experiment center, effectively solved the operation and maintenance of multi-campus mode, and realized the improvement of laboratory management efficiency ,and reduce the operation and maintenance cost of the construction goal.
【Key words】：intensive;cloud desktop;computer teaching experiment center;multi-campus
随着科学研究的不断发展,学科发展不断走向精 细、交叉与融合化,在此背景下新工科、新医科、新农 科和新文科应运而生并快速发展。高校的基础教学实验 随着信息技术和人工智能的快速发展、各专业的交叉融 合,从原有的单一教学与实验组织管理功能,逐渐向多 学科融合、多科目交叉演变。各学科对计算机信息化在 学科中的需求、对计算机计算能力和存储能力的需求急 剧上升,高昂的实验管理和支撑成本、难以保障的数据 安全、高能耗高排放的实验硬件重复建设、资源利用率 低、二级学院分散投入资金建设实验教学设备,更难有 针对性地建设高精实验室、实现各专业有机交叉融合。 建设基于共建共享理念的集约型公共基础教学实验中心 是顺应时代的需求。
1 高校公共基础教学实验中心运维中存在的问题
（1）多校区模式成为学校办学的一种模式。每个校 区的公共基础教学实验开展均需一定的硬件设备和管理 人员。如各校区都按最大化配置,则大大增加人员成本和设备成本。
（2）各二级学院公共基础计算机教学实验室重复建 设,都相继采购服务器、新建实验室以满足自身需求, 造成资源浪费。
（3）高校计算机硬件资源利用率上潮汐性强,无论 是师生科研、课堂教学、线上考试都具有设备利用率在 某个时间段较高,其他时间闲置现象。
（4）设备运维管理成本高。各种业务系统的运行, 对存储系统、网络系统、安全系统都有一定要求,这些 系统的工作除了设备投入资金外,还需配套的软件、机 房、制冷系统、供电系统。对运维来说,大大增加了人 员成本、维修成本、用电量等运维成本 [1]。
我们可以采用云技术解决以上问题。云桌面架构可 以方便地对所有的受控终端进行批量分配桌面、批量修 改虚拟机资源、批量关机、远程协助等作业,可减少设 备运维成本 ；只要终端硬件无故障,几乎所有的管理作 业都可以在后台进行,满足多校区模式管理需求 ；可创建多种教学模板满足各学院教学要求 ；可利用虚拟服务 器技术解决资源潮汐性。
以我校为例,可探索利用云技术对公共计算机基础 实验教学设备进行升级改造并整合资源设立特色公共实 验室,引进新型公共基础实验管理理念,整合各校区实 验室资源实现共建共享理念。基于共建共享理念的集约 型公共基础教学实验中心可以利用原有的云计算为基础 进行升级改造,将网络上分布的计算、存储、网络、服 务等 IT 资源集中起来进行虚拟化, 以共享资源池的形 式通过互联网为用户提供按需服务 ; 根据不同二级学院 的需求特点打造特色、弹性、移动和交叉融合的实验教 学环境,满足实验教学需求,实现节能、增效、避免重 复建设高能耗的高性能机房 ；建设多学科资源池,推动 学校科研发展。
2 基于云桌面的公共基础计算机教学中心建设方案
2.1 云桌面系统的整体架构
云桌面又称为桌面虚拟化,主要包括四种典型架 构,即 VDI（虚拟桌面基础架构）、RDS（远程桌面服务）、 VOI（虚拟操作系统基础架构）、IDV（智能桌面虚拟化）, 被称为桌面虚拟化,是借助分布式云计算存储技术,依 托高度加密算法的一种精华集成,能够为互联网用户提 供服务的一种技术。
公共基础计算机教学中心的用户群需求有实验教学 ( 基础和专业 )、科研支撑、个人办公、各类考试等, 既 有集中的、又有地点零散的应用场景,因此,将整个虚拟 化平台做成集群模式是比较恰当的。该模式采用超融合 VDI、VOI 架构,虚拟桌面、虚拟化服务器搭建成虚拟 化平台。原有的瘦终端采用 VDI 架构, 胖终端、物理机 采用 VOI 架构,每个分支（实验室和办公）的 PC 通过接 入交换机与核心交换机连接 [2]。整体架构如图 1 所示。
2.2 硬件资源整体配置
将原来的 PC 机改装成终端,同时保留物理机,在 网络故障或实验课程需要的情况下仍可正常启动物理机 而不选择云桌面。和原先的瘦、胖终端连成一个集群, 可通过云桌面后台进行维护与管理。教师用户可以以用 户、密码方式访问云桌面终端或者 PC、笔记本、手机、 平板等设备通过网络远程调用虚拟化平台上的云桌面虚 拟机即可拥有整个客户桌面,以实现远程办公。
2.2.1 物理机转换成终端
（1）在原有物理机终端上安装桌面云软件客户端的 方式实现与服务器建立通信,接收服务端发送桌面等, 在桌面云管理平台,找到模板中的安装包进行上传及安 装,系统平台安装成功后进行终端下发即可。
（2）P2V 系统迁移。P2V 工具提供将物理主机上的 系统及数据完整迁移到虚拟化平台的功能,实现数据的 云处理。在 P2V 工作过程中,首先在物理机上安装转 换软件,将物理主机的硬盘、系统配置操作等封装成为 虚拟机文件 ；在目标虚拟机上导入虚拟机文件,在虚拟 机管理平台上管理并启动虚拟机即可。P2V 系统迁移流 程示意图如图 2 所示。
2.2.2 其他终端设置
其他终端设置如云终端配置、系统配置 [4],具体项 目及配置数据如表 1、表 2 所示。
3 云桌面在计算机基础教学实验中心的应用
根据学校常规的实验教学、虚拟仿真、教学科研、 在线测试和公共服务等活动,利用互联网的特点对公共 基础教学实验中心的功能进行辐射,研究设立集约型公 共实验平台,对多媒体教室、在线测试、标准化考场监控、创新创意实验、人工智能资源池等公共教学业务提 供云服务器硬件、特色实验室支撑 [3]。以云平台为框架 把集约型公共基础教学实验中心业务分为主干业务和辐 射业务,具体如图 3 所示。
3.1 实验教学应用场景
基础教学实验中心现有机房 16 个,其中 12 个为计 算机教学机房（云桌面机房 7 个,物理机房 5 个）,机 位 70 左右 ；4 个为大学语言教学机房,机位 60 左右。 基础教学实验中心承担的课程一般为基础课程,可以使 用同一云桌面镜像。但考虑到专业学院课程的多样化, 可配置不同的云桌面,即每个模版可针对不同专业有一 定的偏向性,比如,文传专业要用到视频处理软件比较大,可以安装在教学模版 2 ；计算机专业要用到 Java、 C++ 等,同时还有很多购置的专用实验教学平台,可以 归类安装在教学模版 3。后续可根据需要安装不同的教 学模版,实验时启用不同的云桌面就可以。
3.2 个人桌面场景
个人桌面场景一般指办公用电脑,它属于部分集中 但会多网络分布的应用场景,主要是备课、处理行政事 务、开展科研工作等。与教学桌面的不同在于,异地访 问时,异地存储、数据安全是需要解决的问题,我们可 通过统一部署功能, 一次性为所有教师安装常用软件, 教师可在个人桌面的基础上再安装个人使用的软件。此类用户可以通过帐号、密码,在任何地点、使用 任何终端设备均可通过登录学校内部网络,访问学校内 部应用,满足了移动办公的应用需求。
3.3 在线测试考试场景
基础教学实验中心不仅承担教学任务,还会承办一 些校内及社会考试,如外语、计算机课程的期末考试, 全国计算机等级考试、口语考试等。在云桌面系统下我 们只用创建一个与考试对应的模板,完成应用系统的安 装和相关配置,并以该模版为母体,批量克隆出多个完 全相同的桌面,从而实现考试环境的快速大规模部署。
4 结论
集约式的基础教学实验中心通过建立公共实验教学 平台,提供更多的多学科交叉融合发展机会并能有效地 降低高昂的管理和支撑成本,实现共建共享,降低了原 有的高能耗高排放、硬件重复建设资源利用率低现象 [5]。 同时,创建创新创意实验、人工智能资源池等特色实验 资源,针对高精端的人工智能发展状况,有针对性地进行快速的资源建设和实验设备部署。并且使用云计算将 计算、存储、网络进行虚拟化,能为用户进行动态资源 分配提供订单式的科研平台和办公计算机桌面,对于高 校节能减排,减少重复建设高性能机房,降低管理和运 行成本有很大意义。
参考文献
[1] 谢娟.计算机实验室虚拟云桌面的设计与建构研究[J].电子 技术与软件工程,2021(1):41-42.
[2] 赵文静,曹忠.计算机实验室虚拟云桌面的设计与建构[J].实 验技术与管理,2019,36(4):40-44.
[3] 郭栩翔.基于云桌面计算机机房管理模式研究[J].软件,2022, 43(03):75-77.
[4] 焦文欢,冯兴杰.基于云桌面的实验室虚拟化管理与应用[J]. 实验技术与管理,2019,36(9):250-253+271.
[5] 霍妍.计算机实验室虚拟云桌面技术的应用研究[J].电子技 术与软件工程,2022(23):179-183.
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