基于超融合架构的桌面云教学系统设计与实现

陈泽恩

摘要：在我国社会现代化发展程度不断提高以及科学技术能力不断深入的背景下，计算机网络技术凭借自身具有的多元化优势在各行各业发挥了不可替代的作用。特别是在高校公共实验室机房数量不断增多的环境下，公共实验室机房的日常维护和管理工作中存在的问题逐渐增多。作为云计算的一种应用形态，桌面云是在云计算技术以及大数据技术不断发展过程中产生的，以超融合架构为基础的桌面云应用与设计，能够使桌面云技术的完善程度进一步提升。该文针对以超融合框架为基础的桌面云设计与应用展开详细分析，为我国现代化计算机技术水平的进一步普及提供积极帮助。

关键词：超融合架构;桌面云;计算;应用

中图分类号：TP311        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）33-0141-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

在现代化教育领域，多媒体教学凭借自身具有的多元化优势得到了普遍应用，作为高校开展多媒体教学的基础平台，多媒体基础设施平台的数量也越来越多。多媒体教学是否能够正常开展，直接取决于公共实验室机房的运行状态是否正常，而相关技术架构直接决定了公共实验室机房是否能够处于正常运行状态。根据实际调查研究能够发现，很多高校开设的公共实验室机房所使用的技术架构随着相关设施设备数量的不断提高，在管理和维护工作中存在的问题也越来越多。采取何种手段对高校公共实验室机房建设模式进行探索，使高校公共实验室机房具有的使用效率和管理效率得到进一步提升，已经成为目前高校开展信息教学过程中亟待解决的问题之一。为了有效解决这个问题，将桌面云技术合理运用其中，通过对桌面云技术进行有效设计，充分研究桌面云的应用方式，不仅能够提高多媒体教师的使用效率和管理效率，而且还能确保公共实验室机房的运行始终处于正常状态，为学生学习现代化信息技术提供帮助。

1 超融合架构技术

对于超融合构架技术而言，主要指的是将一台或多台物理服务器进行整合，使其形成一个统一的资源库，然后运用虚拟化技术对若干台具有较为完整功能以及独立功能的服务器进行模拟，使物理服务器的硬件资源得到充分应用。以此虚拟化的服务器作为底层构架，在此基础上，延伸出储存虚拟化和网络虚拟化，然后利用所画即所得的模式，对具体业务逻辑进行快速构建。其中储存虚拟化主要指的是不同类型和分布在不同物理服务器中的硬盘在网络组成分布式文件系统的作用下，以一个具有较高逻辑性的虚拟存储单元的身份呈现出来，从而通过集中管理，为用户提供统一分配使用权限。对于网络虚拟化而言，主要指的是在物理网络以及虚拟机之间建立一套具有较高完整性和逻辑性的连接、设备、服务，其中虚拟网络安全设备主要包含虚拟路由器、分布式虚拟交换机、虚拟下一代防火墙。不仅能够使虚拟资源的灵活拓展以及动态调度指令得到有效落实，而且还能确保全网流量实现可视化，相关配置具有较高检疫性和直观性，运营维护工作具有较高便捷性和灵活性。

2 超融合架构技术的优势

2.1 集群优势

根据对超人和构架技术展开的大量实际调查研究能够发现，将多台物理主机整合成一个管理平台，加入其终端，从而形成一个内容丰富的资源库，对各模块展开统一管理。如图1所示，这样不仅能够确保相关业务部署具有的复杂程度大幅度降低，而且还能进一步提升虚拟资源的空间范围。通过对超融合构架技术的有效应用，能够在很大程度上使资源的利用率得到提高，而且如果某一台主机出现故障问题，其他主机依然可以对相关工作进行无缝对接，不会产生任何影响。

2.2 虚拟化优势

对于超融合构架技术而言，不仅能够使一台或多台服务器以一个资源库的方式呈现出来，而且还能通过对虚拟化技术的有效应用，将无数个具有较高完整功能的服务器进行抽象转换。因此相关人士可以通过对这一物理服务器相关硬件资源的充分利用，提高运行、维护、管理效率。

2.2.1 服务器虚拟化

将多台物理服务器组建成统一化的资源管理系统，通过虚拟化技术的应用，将抽象性的服务器模拟出来，要求服务器的功能较为完整，多台服务器之间独立存在，通过服务器虚拟化技术，能够有效运用物理服务器所具有的内在硬件资源，全面提高超融合框架的管理质量和运行效率。

2.2.2 存储虚拟化

将固态盘、机械盘等不同类型的硬盘，从现有的物理服务器中进行虚拟化操作，借助网络技术的便利性，将其组合到一起形成分布式的文件管理系统，并实现逻辑转化，使其变为虚拟存在的存储单元，实现用户的集中管理和统一分配。

2.2.3 网络虚拟化

在虚拟机和物理网络之间构建完整的逻辑性网络设备，负责进行网络数据连接，提供便捷式的技术服务，将虚拟的网络安全设备建立在该模块，进行VXLAN 等网络增强协议的签订，简化网络管理流程，助力网络拓扑的可视化发展。

3 桌面云应用价值

3.1 集中化管理

在运用传统桌面办公模式的过程中，其具有的使用成本中管理成本和维护成本占据了较大部分。其中管理成本涉及内容较多，包括转硬件的备份成本、数据恢复成本、修复成本、升级成本、安裝配置成本等。这些工作在传统桌面的使用过程中需要在每一个桌面上只做一次，导致工作量和工作复杂性极高。将桌面云技术代替传统桌面应用，通过其具有的集中化管理特征，能够使信息运维工程师只需对控制中心进行管理，即可完成对成百上千虚拟桌面的有效管理。此时在对所有桌面系统进行更新的过程中，只需要对一个基础镜像模板进行更新，就可以使其他桌面同步完成该项操作。

3.2 高安全性

对于桌面云而言，是一种云设计的应用形态，是云计算技术和大数据技术在不断发展与推广过程中产生的结果，通过对基于超融合架构桌面云系统进行全面设计和有效应用，能够确保该技术得到进一步完善。该系统具有较高的安全性，主要表现在具备能够为身份认证提供具有较高安全性和可行性的解决方案，使系统能够对目标用户进行认证并给予授权，能够为用户的角色进行设定，帮助用户进行相关内容的添加、删除以及密码设置，对不同角色赋予不同权限，为用户修改具体内容提供权限。

如图2所示，想要保证系统的安全稳定运行，需要组建业务网，创建虚拟桌面进行业务系统的合法访问，互联网网络构成，需要保证每台虚拟机（VM）都配备独特的IP地址，并借助服务器业务口与外部环境建立连接关系，建立终端接入网，实现对虚拟桌面网络的终端访问，摆脱对虚拟机IP的过度依赖。

3.3 低成本

运用传统办公模式的过程中，由于相关设备的生命周期难延续，还会受到环境问题、氧化问题、显卡问题的影响存在各种不良现象。特别是计算机设备频繁地开关机操作，无法保证系统具有较高安全性。利用桌面云对教学软件和办公桌面进行集中化处理，不仅能够使相关数据资源的使用率进一步提高，有效降低运行维护的复杂性，使管理工作得到有效简化，最大程度降低碳的排放量，提高教师和学生的工作效率与学习效率，而且还能确保借力的桌面资源库具有较高弹性伸缩特征，使学生和老师能够随时随地实现对网络资源、存储资源、计算资源的分配或回收。

4 桌面云教学系统设计与实现

4.1 桌面云方案的选择

根据实际调查研究能够知道，能够对桌面人方案进行有效解决的措施较少，大部分是从桌面虚拟化方案转变而来，目前主要有的 VMware Horizon View、Citrix XenDesktop，開源的 Ulteo、eyeOS。其中，VMware 与 Citrix主要是在VDI的基础上构建而成，也就是每一台用户的桌面都有一台对应的云端虚拟技术面，该项技术目前具有较高的成熟性。eyeOS 是 Web Desktop，主要是通过浏览器对用户的桌面进行模拟，从而对Web程序进行运行，因此并不能作为桌面儿的真正操作系统，所以用户体验感较差。Ulteo主要是以VDI为基础，能够对桌面云系统进行拓展，能够为用户在平板电脑或移动手机等任何设备的云端服务器上下载Linux 与 Windows程序。Ulteo主要是通过对程序代管技术的有效应用，在同一桌面下确保Linux 与 Windows能够共同执行命令[1]。

4.2 桌面云教学系统架构设计

公共实验室机房的核心技术主要以Ulteo为主，分为客户端和云端，相关服务器能够通过对客户端规模大小的确认，对资源进行合理的扩展和整合。基于超融合架构的桌面云系统不仅能够对用户与应用程序进行有效分组，而且还能确保分组之后的用户能够与外部LDAP、Active Directory进行集成对应。同一分组中，用户可以结合自身的实际喜好与需求对云桌面进行个性化配置，从而在计算机中建立一个私人的文件空间。通过这样的方式，能够将具有相同需求的教师划分到同一组，使这些教师能够同时对同一云桌面进行访问，从而使教师能够更加便捷地实现自身动态化需求[2]。

4.3 桌面云教学系统实现

对于公共实验室机房的云桌面系统而言，相关服务器主要运行集中在云端，云端的基础设施涉及内容较多，主要包括储存、网络、计算。将开源OpenStack作为桌面云的操作系统，使底层物理设备以计算资源库的状态呈现，从而展开统一的管理与使用。Ulteo环境部署主要在OpenStack云平台生成的虚拟机上运行，以形式最简单的运行环境为例，一共需要架设两台服务器，将文件服务器、Linux应用程序服务器、Web Portal、规划管理安装在第1台服务器中，将Windows应用程序安装在第2台服务器中。

4.3.1 “私有桌面云+共有云存储”的辅助教学

想要实现传统教学模式的创新，就需要凭借学校现有的云平台技术，完善防火墙等安全网络措施，在教学过程中凭借域名访问进行网络接入，桌面云的外部接入能够构建计算机操作平台，为学生营造一个良好的教学环境，打破传统教学时间与空间的限制，全面提高计算机专业学生的基础操作能力。

4.3.2 云平台保证学生作业连续性

如图3所示，在教学开展的过程中，通过云平台技术的操作，能够凭借远程技术操控，将在校期间的实验操作与学生的课后作业任务开展，建立便捷式连接，全面提高学生的计算机操作能力，教师要保证实验教学的连续性，避免出现学生作业间断问题，尤其是一些整体性要求较强的编程连续作业任务，不需要通过数据内容复制和数据库的迁移，就能够实现对数据库的连续操作。

4.3.3 通过云平台接入利用校内资源

出于对数据资源使用安全的考量，一些企业内部的资源信息具有不对外开放性，但在实训教学开展的过程中，可以通过安全的云技术接入，能够更好地运用校内软硬件资源，保证教学流程的多元化。

4.4 教室桌面云管理

第一，对应用程序服务器进行注册。注册安装在系统中的 Linux 与 Windows应用程序服务器，并将安装的服务器转换到生产状态。

第二，对用户与用户组进行创建。可以对Ulteo的本地用户进行创建，并将这些用户进行分组，也可以通过与外部的 LDAP、 Active Directory进行集成，对其中的用户与用户组进行使用。

第三，对应用程序进行分组和分组。对云桌面需要使用的程序进行选择并分组，使程序组和用户组之间存在对立关系，然后为具体用户可使用程序的范围进行定义，在此基础上，对程序组进行发布[3]。

4.5 教室桌面云面应用

对于云桌面的教学系统而言，能够为移动设备以及PC端的访问提供支持，其中包含种类多元内容丰富的教学方式不仅能够使多媒体基础教学需求得到充分满足，而且还能使教师与学生的泛在学习需求得到充分满足。通过对云桌面教学系统的有效应用，能够使Linux 与 Windows在同一桌面环境下充分整合和运行的目标得到有效实现，能够使相关课程的教学效率得到进一步提升[4]。

4.5.1 接入终端

桌面云接入终端需要以相关设备为基础，建立能够独立操作的数据系统，通过安全协议签署，将其与服务器桌面云设备建立连接关系，同时，在运行过程中为了有效运用现有的桌面云资源，需要充分应用IT资产，对移动设备和网络桌面进行必要插件的安装，使其能够与运行状态下的服务器桌面建立连接。

4.5.2 网络接入

桌面云能够为用户提供多元化的接入方式，用户可以在有线局域网和无线广域网的连接过程中，选择适合自己的连接方式，在这里为了保证网络连接的安全性，推荐使用安全连接方式。

4.5.3 控制台

控制台能够配置运行状态下的虚拟桌面服务器，通过网络连接设置和存储设备配置的操作流程，充分发挥出控制台的多样化配置功能，同时，控制台能够实现对服务器运行状态的全程监控，监督服务器基礎性能指标的变化规律，定时将服务器的使用情况反映到用户面前。

4.5.4 应用程序

结合实际教学过程中，对桌面云设计的根本要求，进行标准桌面应用程序的部署，以控制台管理员的身份，将教学过程中需要用到的软件，发送到虚拟操作界面，学生只需要通过桌面连接就能够进行软件使用，构建真实性较高的虚拟实验环境，同时，为学生带来良好的学习体验，具备与传统桌面完全一致的使用流程。

5 结束语

在高校公共实验室机房数量不断增多的过程中，由于各种因素导致多媒体教学效果始终无法达到令人满意的程度。因此为了将这些问题有效解决，将运用开源软件构建的云桌面教学平台合理结合其中，凭借其具有的快速部署以及较低成本等优势，能够使高校在维护和管理公共实验室机房过程中，相关工作具有的复杂性得到大幅度降低。与此同时，基于超融合架构的桌面云技术能够为高校开展多媒体教学提供多元化的教学方式，有效实现提高多媒体教学质量的目的。因此相关人士不仅要加强对桌面云技术在高校多媒体教学中具有重要性的重视力度，而且还要通过对桌面云技术进行不断探索，明确了解桌面人在使用过程中存在的问题以及导致相关问题产生的原因。在此基础上，采取多元化的有效措施将存在的问题逐一解决，进一步提高桌面云技术性能的同时，有效实现提高高校信息化教学质量的目标。

参考文献：

[1] 尹劲梅.基于超融合架构的机房建设浅析[J].电脑知识与技术，2016，12（30）：9-10.

[2] 孙志，赵宏强，王鹏.使用桌面虚拟化技术构建多媒体教室[J].中国教育网络，2013（16）：58-60.

[3] 李海东，邱嘉懿.基于超融合架构的广电融媒体服务云平台研究[J].中国传媒科技，2019（8）：19-21.

[4] 于锋，张海波.论桌面虚拟化技术植入多媒体教室管理的效能[J].浙江水利水电专科学校学报，2013（2）：60-63.

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