机房作为高校计算机相关课程教学活动的主要场所，随着近年来信息技术和网络技术的飞速发展，机房已经转变成为集教学考试、学科竞赛开放、上机培训、实践创新等第二课堂自主学习为一体的综合性共享平台[1]，为有效解决传统PC(Personal Computer个人计算机)机房软件维护工作量大、管理复杂、安全性低、共享性差等问题，依托虚拟化技术和云计算技术的云桌面平台已经成为高校机房建设的新模式.

1 虚拟化技术和云桌面

1.1 虚拟化技术

虚拟化技术是一种资源管理技术，具体包括服务器虚拟化技术、存储虚拟化技术、平台虚拟化技术，本质是打破计算机实体结构间不可切割的障碍，将服务器、内存、存储等物理设备进行虚拟化，提高计算能力和数据存储利用率，从而最大化利用物理硬件，节约资源[2].

该公司投资建设的700余亩水培蔬菜生产基地,其中建有8米高立体水培蔬菜智能温室100亩，5米高的600亩连体温室则用于种植普通水培蔬菜。700亩水培蔬菜基地全部投产后可实现年产量2.52万吨,年产值超1亿元,比相同面积土壤栽培增产1.47万吨,增收7980万元。平均每亩每茬产量3吨,每亩年产量可达36吨。按照按平均价4元/公斤计算,年亩产值达14.4万元。目前,该公司实现了订单式生产,可按照客户需求定时定量生产。“基地生产的生菜可直供香港、日韩等市场,零售终端价高达40元一公斤。”云南陆航公司相关负责人介绍说。

1.2 云计算

云计算是分布式计算、网络存储、虚拟化技术等多种技术发展融合的产物[3]，主要依托互联网上的资源为用户提供按需即取的计算服务，具有云计算资源虚拟化和动态易扩展的特点.

1.3 云桌面

云桌面是云计算技术的前端体现，使用特定的桌面客户端来访问云平台资源的服务[4]，覆盖云平台下所有客户终端桌面，是当下新型办公应用系统.

2 传统PC机房存在的主要问题

ZOU Chao, ZHOU Xiao-ping, YUE Zhi-jian, HUANG Qing-hai, ZHAO Rui, WANG Lai-xing, LIU Jian-min

高校机房承担全校计算机基础及专业课程的实践教学任务，使用人员众多，不同课程对软件环境要求各异，且机器数量巨大，购买批次同导致具体型号配置也不尽相同，镜像管理复杂，驱动五花八门，软件环境部署困难.为保证最佳系统体验及安全性需求，操作系统面临永无尽头的系统补丁更新，机器数量众多工作量巨大，操作系统升级困难.同时由于IT管理员编制紧缺，一旦发生设备硬件故障或面临软件更新维护需求，单纯依靠少量的技术工作人员不可能完成全部的维护工作.

习总书记精准扶贫内涵可以高度概括为“六个精准”和“五个一批”。六个精准，即“对象要精准、项目安排要精准、资金使用要精准、措施到位要精准、因村派人要精准、脱贫成效要精准”。五个一批，即“通过扶持生产和就业发展一批，通过易地搬迁安置一批，通过生态保护脱贫一批，通过教育扶贫脱贫一批，通过低保政策兜底一批”，广泛动员全社会力量共同参与扶贫[5]，做到“扶真贫、真扶贫”。

2.1 操作系统绑定PC，管理维护困难

小测验结果也提示，试验组学生在小测验中成绩明显优于对照组学生，考虑试验组的知识掌握程度更好，这和教师在课堂观察相符，但是由于PBL课程每个小组都对应不同带教教师，各个教师的对学生表现的评分尺度很难统一，这也是造成了教师对学生的评价差异性不显著可能原因。考虑试验组学生对知识掌握可能更熟练。除此以外，在此次小测验中，未出现答题时间小于一分钟的答卷，说明学生对此次测验重视程度颇高，不会因为是小测验而随意对待。

2.2 应用软件绑定操作系统，软件使用受到限制

云桌面在使用过程中与传统PC普通桌面感觉没有差异，但它实质上并不是一个真实的PC桌面，而是通过网络访问后台云端服务器推送的虚拟操作系统，它是虚拟化技术和云计算技术相结合的应用形式，具有以下优势：

传统PC机房以一种硬耦合的方式将数据、应用软件和设备操作系统绑定在一起，IT技术管理员需要照顾好每一个环节，在具体的使用管理中存在以下突出问题：

2.3 数据绑定PC、操作系统和应用软件，安全性和共享性差

高校机房PC安装有针对多门课程不同的操作系统及应用软件，使用人员杂乱，需求各异，在实际的使用过程中会产生大量重要的用户数据，如：教师课件，学生实验结果数据及实验报告等，由于这些数据散布在各个终端设备上，需要回到每个终端所在的固定位置方可访问，数据访问性能差.且各个机房又划分各自不同的局域网，很难将这些重要数据进行集中备份或恢复，一旦遭遇意外断电、病毒破坏、系统宕机、设备损坏、USB失控等情况，这些数据极易丢失，数据安全性无法得到保证.Email大附件是远程访问的噩梦，大文件共享访问困难，数据共享性差.

3 云桌面的优势

高校机房主要保障课程上机实践教学及考试，同时兼顾学科竞赛开放、上机培训、实践创新等第二课堂学生自主学习，由于部分教学应用软件兼容性差，导致机房不得不停留在Windows 7甚至Windows XP操作系统，系统平台落后，与目前市场主流的Windows 10存在较大差距.由于新版本应用软件占用系统资源普遍偏高，受限于电脑硬件，机房实际安装的教学应用软件大多为陈旧的低版本，如VC++6.0、Office 2010、Photoshop CS6等，软件版本滞后，使用功能受限.同类型应用软件间存在相互冲突情况，如SQL Server与Oracle无法共存，甚至同一软件的不同版本之间也会存在冲突，如Office 2010和Office 2016，受限于应用软件冲突导致需要针对不同版本应用软件安装多个操作系统，每次使用只能按需选择进入其中某个操作系统，软件资源共享性差，同时大大增加了操作系统部署及维护的工作量和复杂度.

3.1 虚拟化技术打破硬耦合

报告显示，在全国各类养老服务机构中，57%的养老机构床位规模不足百张，71%的机构为农村养老服务机构，68%的机构收住人员为“三无”、五保及优抚对象。而在护理方面，养老护理员数量不足，而且养老护理员职业资格取消后，行业缺乏专业化鉴定体系。

3.2 具有良好的高可用性

云桌面服务器采用N+1的冗余方式，充分保证了计算资源具有良好的高可用性.首先保障系统平台的高可用性，在管理平台中设置主、备用服务器，备用服务器一直处于监控准备状态，一旦主服务器发生宕机或故障，备用服务器瞬间接管一切工作，待主服务器恢复正常后，按照预先的设置将服务又切换回主服务器上运行，既保证了业务连续运行，又使得备用服务器不抢占主服务器的资源，保证了主服务器的工作效率.其次支持备份和修复以保障虚拟机操作系统的高可用性，一旦虚拟机操作系统出现问题宕机或者被误操作删除、意外断电等，可实现一键修复虚拟机操作系统，修复后的系统原有文件也不会丢失，保证了数据安全.

3.3 改变教师教学授课模式

通过开放教师账号权限，实现教师桌面统一、应用软件统一、数据访问统一，彻底改变教师教学授课模式.教师桌面统一实现了“办公桌面随身走”，教师无论在家、上下班路途、办公室、教室通过云端访问同样的办公桌面，可以进行随时随地的办公、备课以及授课；应用软件统一实现了随时随地使用相同桌面环境教学，不存在软件环境准备、环境兼容性等问题，提高了教学效率；数据访问统一实现了教师个人数据如课件、学生作业等资料云端保存和同步，再也不需要通过U盘拷贝数据.

3.4 统一管理，使用成本低

建设云桌面机房主要购置设备为：服务器、瘦客户机、液晶显示器以及软件授权等，其建设初期成本与同等规模的传统PC机房大致相同.瘦客户机功耗为20W左右，仅为传统PC主机的20%，绿色节能，长期使用可节约大量的电费成本.传统PC机房在使用维护中需要不断进行软硬件升级或更新，后期成本较高，而云桌面机房后续只需要更新服务器、存储资源等即可提升云桌面性能.云桌面支持统一部署和统一管理，IT技术管理人员甚至不需要亲临现场，只需在办公室远程登录管理平台进行模板编辑及数据管理即可，大大降低了工作量，节约人力成本.综上，云桌面机房与传统PC机房相比，管理方便，生命周期更长，使用成本更低.

3.在模仿中创新。目前电视媒体的创新机制、人才机制、“实验室”机制还不甚健全，离纯粹的原创毕竟还有一定距离，这种情况下，做一个模仿者不失为一种好的选择。只要过好节目样式版权关，融入本地特色元素，加入新的创意，做出的节目对于受众同样具有吸引力，比如2013年湖南卫视推出的《爸爸去哪儿》。本地的文化、法制宣传栏目都可以借鉴央视、省台和其他兄弟台的成功经验与做法，在借鉴中转化、吸收、创新，为我所用，使得自办节目常办常新。

4 云桌面机房的构建与部署

云桌面平台应用于机房建设重点需实现以下云基础服务功能：

促进大数据时代的智慧城市建设发展的措施需要深化和建立相关制度以及机制。政府应制定一种完善且有针对性的智慧城市建设的法律法规、评价指标体系和资质认证体系，还需要重视和建立长效的机制，并且统一信息化架构标准，才能从根本上打破体制脱节和管理分制的现象，为最终实现整合行业资源和数据集成与信息共享奠定坚实的基础[5]。

(2)存储管理 主要包括服务器数据中心及终端数据的存储、备份及还原.

根据钻孔揭露煤岩层资料分析，在时间剖面上煤层反射波应是能量最强、信噪比最高、连续性最好的反射波。整体而言，分为4个较大的波组，从上而下依次为：第1反射波组，其能量较强，连续性较好；第2反射波组，其能量较强或一般强度，反射层次比较丰富，但其特征变化较大，反射波间相互干扰现象较为严重；第3反射波组，其反射波能量一般，连续性一般，深部地段能量偏弱，连续性相对较差，其波组特征不够明显；第4 反射波组，其能量随深度变化较大，连续性一般。

(1)用户管理 普通用户可以申请并使用云端的教学资源，管理员用户主要负责对平台内的教学资源进行维护和管理.

(3)软件管理 教学系统中所有应用软件的安装、配置和维护工作由IT技术管理人员在云平台统一部署完成.

(4)平台管理 支持终端虚拟机操作系统根据实际需求进行统一平台的高效部署及维护.

(5)运行监控告警 实时监控当前服务器及终端虚拟机的运行状态并对异常情况及错误进行实时告警以便排查.

(6)安全管理 对教学资源、平台运行、病毒防护、数据备份、用户账号密码等进行安全管理及维护.

云桌面主要分为前台终端及后台服务器数据中心两大部分，利用虚拟化技术打破设备操作系统、应用软件和数据的硬耦合.所有操作系统及应用软件部署在后台服务器数据中心，在虚拟化平台安装桌面系统并按需发布给已经登录虚拟化平台的用户终端使用，终端仅接收虚拟化平台上应用运行的屏幕画面.

4.1 云桌面机房架构

云桌面平台架构如图1所示，主要分为云桌面资源层、网络连接层、终端接入层三层，各层主要作用如下：

  

图1 云桌面平台架构图Fig.1 Structure chart of Cloud Desktop

(1)云桌面资源层

该层主要为用户提供虚拟桌面的服务，具体向用户终端提供应用程序、桌面以及数据资源的交付，用户执行的所有应用程序、桌面以及数据的各项操作均在该层完成，最终将执行的结果传输给用户终端.

(2)网络连接层

用户终端通过有线、无线、VPN网络访问云桌面系统时，网络中传递着键盘输入、鼠标点击和屏幕刷新等数据，基于桌面连接协议建立安全会话，瘦客户机终端负责将用户的输入数据传递给服务器，同时接收服务器传回的数据并在屏幕上予以呈现输出.在该层网络设备除了完成网络接入承载，还负责进行用户终端负载均衡、准入控制及宽带保障.

(3)终端接入层

该层主要为用户终端提供接入登录窗口，将云桌面资源层所提供的执行结果向用户终端进行交付.用户终端向数据中心请求的操作会通过网络连接层的负载均衡功能实现自动分配，完成用户终端到数据中心的双向交互.

4.2 云桌面机房部署与实施

结合学校实际以及调研目前市场主流云桌面产品优劣情况，选用Citrix XenDesktop方案搭建180点的云桌面机房，采用“服务器+瘦客户机”、“虚拟化软件平台+Citrix客户端授权”的方式实现教学软件环境的部署，建成集教学、考试、培训、自主学习开放、创新实践等多功能为一体的综合性云桌面机房.

4.2.1 主要仪器设备 主要仪器设备配置及数量如表1所示，其中配置180台瘦客户机终端，CPU 2.2 G，内存2 G，16 G SSD硬盘，支持32位其彩色输出；服务器配置6台Dell R730，均衡负载保障服务器和网络的稳定性和可靠性，其中云桌面承载服务器4台，基础架构管理服务器2台，承载主服务器CPU为2颗十二核的E5-4650V3(主频2.8 G，缓存30 MB，功率105 W)，256 G内存，4块480 G企业级SSD硬盘；数据中心交换机型号为华为S5720-32X，交换容量598 Gbps/5.98 Tbps，包转发率222 MPPS，可以满足高负载数据交换要求；显示器为AOC21.5寸，支持全高清显示；同时购买虚拟化软件平台及客户端授权.

 

表1 云桌面机房仪器设备一览表Tab.1 Instrument and equipment list of Cloud Desktop computer room

  

序号仪器设备名称规格型号数量1云桌面承载服务器2颗E5-4650V3处理器，256G内存，4∗480GB企业级固态硬盘，2T机械硬盘，冗余电源，4∗GE以太网口，1∗10GE光口DELLR73042基础架构服务器1颗E5-4650V3处理器，32G内存，2∗480G企业级SSD，3∗550GBSAS硬盘，冗余电源，4∗GE以太网口，1∗10GE光口，冗余电源DELLR73023瘦客户机双核主频2．2G，2G内存，16GSSD存储，接口：3∗USB2．0，1∗USB3．0，工作功耗：10W，含USB鼠键套装云之翼YX-2181804数据中心交换机24个10/100/1000Base-T以太网端口，4个100/1000SFP，4个万兆SFP+，2个QSFP+，交流供电，电源前置，支持RPS冗余电源，交换容量：598Gbps/5．98Tbps，包转发率：222Mpps，含4对SFP+模块华为S5720-32X-EI-AC15接入交换机148个10/100M电口，2个GE电口，交换容量(Gpbs)17．6Gb⁃ps，包转发率13．2Mpps华为S1700-52R-2T2P-AC3

 

续表1:

  

序号仪器设备名称规格型号数量6接入交换机224个10/100M电口，2个GE电口，背板带宽：6．6Gbps，包转发率：8．8Mpps华为S1724-AC37显示器21．5寸AOCE2270SWN1808云桌面软件CitrixXendesktop7．61809云桌面预警系统全中文管理界面，具有实时检测功能，可远程对云桌面系统中的云桌面总数、并发数量、开机数量、可用及不可用桌面数量、已登录桌面数量进行统计检测及管理，保障云桌面系统的正常运行云之翼预警平台V1．0110云桌面管理平台支持Web管理方式，与云桌面软件无缝对接，管理整个云桌面系统，支持管理AD域用户的创建、修改、删除云之民办云管理平台V1．0111终端管理平台可远程集中管理云终端云之翼终端管理软件V1．01

4.2.2 网络划分 为避免教学使用过程中的相互干扰，将180点的终端平均分布于506、606、607三间机房教室，采用千兆网络布线，每间机房教室通过接入交换机连接数据中心汇聚交换机访问虚拟化服务器集群云桌面平台资源，设置服务器物理机及虚拟机IP，采用VLAN的方式划分三个安全子域并设置VLAN访问控制权限以保证3间机房教室使用过程中的相互独立，实现所有VLAN和服务器VLAN可以互通访问，不同VLAN之间不能互相访问，提高了安全性.网络架构拓扑图如图2所示，具体网络划分如下表2-表4所示.

  

图2 新华学院云机房网络架构拓扑图Fig.2 Network architecture topological graph of Cloud computer room in Xinhua university

 

表2 物理机IP划分Tab.2 IP partition ofphysical machine

  

HostNameIPAddressDescription/OSXenServer1192．168．1．10masterXenServer2192．168．1．11XenServer3192．168．1．12XenServer4192．168．1．13Pvs01192．168．1．26镜像服务器Pvs02192．168．1．27镜像服务器

 

表3 虚拟机IP划分Tab.3 IP partition ofvirtual machine

  

VMNameIPAddressInstructionCTX-AD192．168．1．20域控制器服务器CTX-SQL192．168．1．21数据库服务器CTX-DDC192．168．1．23云桌面管理服务器CTX-LIC192．168．1．22证书服务器CTX-SF192．168．1．24网页服务器CTX-YZY192．168．1．25管理平台服务器

 

表4 机房教室网络划分Tab.4 Network division of computer room classroom

  

教室所属网络属于VLAN506192．168．2．0/24VLAN11607192．168．3．0/24VLAN12606192．168．4．0/24VLAN13

4.2.3 云桌面实现 按照N+1的冗余方式，在服务器数据中心中创建195个Window7专业版32位操作系统虚拟机以满足180个终端用户的使用需求，每台虚拟机分配内存3 G，共享集显存1 536 M，如图3所示.针对教师机、学生机分别部署两套不同的模板系统，学生模板系统尽可能的安装针对所有开设课程的全部应用软件，教师模板系统加装教学辅助工具软件并开放部分共享权限，满足学生、教师多样化的教学使用需求.完成后的虚拟机网络划分如图4所示，在局域网内任意终端的浏览器地址栏输入http://192.168.1.25即可登录管理平台服务器的云桌面管理平台页面，如图5所示，以图形化或列表的状态形象直观的展示数据中心各服务器、用户终端及网络等运行状态，其中日志记录便于及时处理各类告警异常信息，同时可实现模板系统的快速创建和更改，还可实现自定义机房教室课表以及远程批量执行终端开关机操作等，统一管理，统一维护，高效便捷.

  

图3 云桌面操作系统虚拟机配置图Fig.3 deployment diagram of Virtual machine with Cloud Desktop system

  

图4 虚拟机网络划分图Fig.4 Network division of virtual machine

  

图5 云桌面监控管理平台页面图Fig.5 Monitoring management platform Page of Cloud Desktop

5 结语

Citrix XenDesktop方案于2017年9月正式在安徽新华学院完成部署并投入使用，实践证明，基于虚拟化技术的云桌面平台能够对教学软件环境统一进行高效的配置和维护，对教学资源进行安全的集中存储，绿色节能，故障率少，使用成本低，有利于形成服务器集群化的教学资源池，建立教学云平台，打造新型的云桌面教学应用服务系统，提高教育教学质量，提升学校信息化建设水平[5].

参考文献：

[1] 汪强.基于应用型人才培养的民办高校机房管理与实践教学保障的探索与思考[J].赤峰学院学报(自然版),2016,32(18):201-203.

[2] 修长虹,梁建坤,辛艳.虚拟化技术综述[J].网络安全技术与应用,2016(5):18-19.

[3] 王正刚,杨艳.桌面云技术探讨及企业运用分析[J].贵州电力技术,2014,17(11):73-74.

[4] 谭大禹,孙睿,刘宽.云计算下桌面虚拟化技术的融合[J].计算机与数字工程,2017,45(1):76-82.

[5] 王瑞娜.基于虚拟技术的云桌面平台在高校教学中的应用[J].佛山科学技术学院学报(自然科学版),2016,34(3):56-60.