面向机房多课程的轻型云桌面定制的研究

摘要：为了满足不同专业不同实验课的需求，针对传统云桌面响应慢、学生实验课上机有效时间缩短的问题，作者对机房多课程应用软件进行分类，依据镜像分割与合并的原理，提出了面向机房多课程的轻型云桌面的定制方法，即将软件分类成基础软件和专用软件，并按需生成基础镜像和专用镜像，再将两个镜像合并为所需的新镜像定制成轻型云桌面。这样能改善学生实验课上机的体验度，提高机房机器的使用效率，节省服务器存储的空间，促进实验课教学质量的提升。

关键词：机房多课程应用软件;镜像的分割;镜像的合并;轻型云桌面定制

中图分类号：TP302 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2018）08-0076-03

引言

机房是实验教学的重要基地，机房的服务对象是全校的师生，实验教学已经成为高校教学体系中的重要环节。[1]机房的实验课程常因不同的学院不同的专业需求而更换不同的软件，但因为实际条件的限制而不能实现，目前多数机房的做法是，将所需的软件都整合到云桌面（即传统云桌面），需要时调出来使用。其优点是软件管理和使用方便，但带来的问题是：在有批量客户机登录时，运行的软件较多，导致网络和服务器开销增大，往往会出现云桌面连接时间较长，甚至云桌面连接失败的现象。可见，“大而统”的云桌面已经不能满足门类多样的实验课程的需要。对此，笔者提出了面向机房多课程的轻型云桌面定制[2]的设想，即将机房所涉及的实验课程进行归类，将不同实验课所用的相同或相似的实验应用软件归为一类，并据此定制个性化的云桌面来满足不同的实验课程的需求。

由于定制的个性化云桌面只包含了相关实验所需的软件，所以，它是轻型的。与目前的将所有软件都整合在一起的做法相比，它在连接和使用上要更快速、有效、稳定。因此，面向机房多课程的轻型云桌面的定制有助于提高机房机器的使用效率，节省服务器存储的空间，增加学生实验课的有效上机时间，对提高实验课的教学质量有着积极的促进作用。

基本原理

笔者采用镜像分割和镜像合并的方法实现面向机房多课程的轻型云桌面的定制。

1.镜像

镜像（Mirroring）是指一个磁盘上的数据在另一个磁盘上存在一个完全相同的副本，是冗余的一种类型;一个镜像文件可以由一个或许多个文件组成。

镜像的优点是可以使损坏的数据块恢复正常，并支持“热替换”，即在不断电的情况下对故障磁盘进行更换后，只要从镜像盘上恢复数据即可，这提高了系统的容错能力，从而保障了数据的安全性。

本文提到的镜像是指操作系统、实验课程所需的应用程序和相关数据的载体，实验室通常的做法是以完整的虚拟镜像形式保存在存储服务器上;而当同一时段有批量并发的客户机登录到云桌面时须从镜像存储服务器上下载这个完整的镜像，但其下载过程中要经过网络，会造成镜像传输耗时长、体验效果差及机器的使用率下降的现象。

2.镜像分割

镜像分割就是将较大的镜像文件分割成若干块，并存储在多个镜像存储服务器上，而且每个镜像数据块都有两个副本（冗余存储），其可提供并行下载不同的镜像数据块;当某个镜像数据块下载失败时，会选择另一个镜像存储服务器重新下载镜像数据块，且会根据存储服务器的I/O负载、带宽负载选择下载数据，从而提高了数据的传输效率。

3.镜像合并

当需要镜像文件中的几个文件时，可采用专用的软件（如UnionFS）用提取的方法将所需的几个镜像文件合并到相应的镜像文件重构新的镜像并交付使用。

研究内容

机房课程应用软件的分类研究。

面向机房多课程的轻型云桌面定制的研究。

研究方法

1.机房课程应用软件的分类

分类原则是按照实验课程所要用到的软件的相似性进行聚类分类。初步将编程应用软件归为一类，如C、C++、VC++、Java、VB等;将CAD软件归为一类，如AutoCAD、SolidWorks等;将CAE软件归为一类，如MATLAB等;将数字媒体应用软件归为一类，如PS、Flash等;将大型实验应用软件归为一类，如SQL等。上述分类的软件为机房实验专用软件。将操作系统如Win7、Linux，等及办公系统软件如Office，等合并归为一类，为机房实验基础软件。对机房实验课程软件进行的初步分类如图1所示。

2.面向机房多课程的轻型云桌面的定制方法

利用镜像分割方法对上述的机房实验专用软件和机房实验基础软件进行细粒度分割，剔除不需要的部分[3] [4]，按需将分割后的软件存储在不同的存储服务器，且分割后定制成机房基础镜像（静态镜像）和机房专用镜像（动态镜像）。在实验课之前，将所需的两个镜像合并为所需的新镜像并定制为相应的轻型云桌面。这些被重新整合并被缩小粒度的资源以轻型云桌面的形式交付，以达到网络传输的低开销、高效率的效果。[5]

笔者依据机房课程应用软件的分类定制面向机房多课程的轻型云桌面。

①定制基础镜像，如将Win7操作系统与办公系统软件整合定制为基础镜像1。也可以定制多个基础镜像，如将Linux操作系统与办公系统软件整合定制为基础镜像2。并将镜像设置成只读模式。

②将机房专用软件分成的编程应用软件1、CAD软件2、CAE软件3、数字媒体应用软件4、大型实验应用软件5分别生成镜像为：编程应用镜像1、CAD镜像2、CAE镜像3、数字媒体应用镜像4、大型实验应用镜像5。并将镜像设置成可读写模式。

③以基礎镜像1为例，将编程应用软件镜像1合并到基础镜像1定制为轻型云桌面1;将CAD软件镜像2合并到基础镜像1定制为轻型云桌面2……同理，基础镜像2的定制同基础镜像1。当然，定制的虚拟镜像是按照实验课程的实际需求来定制的。面向机房多课程的轻型云桌面的定制示意图如图2所示。

这里使用UnionFS专用软件工具来完成镜像合并。虽然机房专用镜像与机房基础镜像存储在不同的服务器，且都有各自固定的存储路径，但在此需将设为可读写的机房专用镜像与设为只读的基础镜像合并到根文件系统的目录下。

另外，在合并之前，实验课所需的相应的应用软件只是以镜像的形态存在，也就是未定制成轻型云桌面前并未占用大量的服务器存储空间。实验开始时轻型云桌面只运行了相关的软件，客户机登录的时间会减少，响应会更迅速。实验结束之后，使用后的轻型云桌面将被挂起并回收，节省了大量的存储服务器的空间。

在机房实验课开始前可以依据实验课程的类别将相应的轻型云桌面发布到相应的预约上实验课的机房。实验课时，学生就可以在客户机登录，并通过虚拟桌面池推送的对应的轻型云桌面做实验。

结束语

基于虚拟桌面池的软件管理（批量管理）和可以安装软件的有盘客户机（个性化管理）相比在管理上有了巨大改进，但仍存在不少问题。而要回到最初的管理模式，也会有许多问题，如实验课程软件安装的同传（同传的机器硬件配置要完全一致）时间较长[6]，出现掉线的机器就得重传等。本文提出的是一种批量个性化的管理方案，即可以在短时间内，定制轻型云桌面[7]，并交付客户机使用。这个方案既能让使用者管理起来方便，又能让学生有好的体验感受。而且，批量个性化管理从理论上讲相对于个性化管理在登录连接上有所改进。

当然，新增的实验课会带来轻型云桌面重构的任务，但可以根据上述方法在短时间内为新增的实验课定制轻型的云桌面。

参考文献：

[1]刘文杰，江贺.基于VMware的桌面虚拟化实验设计[J].实验技术与管理，2015，32（1）：127-128，149.

[2]漆仁.基于OpenStack的云桌面自动化定制系统设计与实现[D].中山：中山大学，2014.

[3]李锋，陆婷婷，郭建华.一种基于重复数据删除的镜像文件存储方法研究[J].计算机科学，2016，43（11A）：495-498.

[4]陈鑫，徐义臻，郭禾，等.虚拟机可瞬时开启的私有桌面云架构[J]. 计算机应用，2015，35（11）：3059-3062.

[5]温武少，李芳，温木奇，等.一种切换云桌面的方法及系统[Z].发明专利，授权号：CN105791400A，2016.

[6]周志成.桌面云在高校公共机房管理中的应用分析[J].吉林化工学院学报，2015，32（11）：69-72.

[7]張微微.虚拟桌面技术在高校公共机房管理中的应用[J].软件导刊，2015，14（11）：197-199.

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