虚拟化实验教学管理模式在高校中的应用
中?D分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2017.03.039
Application of Virtual Experiment Teaching Management
Mode in Colleges and Universities
――Take Wuhan Technology And Business University as an example
ZHU Jianmei， XIA Honglei
（Wuhan Technology And Business University， Wuhan， Hubei 430065）
Abstract With the rapid development of information technology， the traditional management mode of PC laboratory is increasingly obvious shortcomings， the experimental teaching center of Wuhan Technology And Business University， after nearly a year of investigation， research， demonstration， trial operation， and established a new model of virtual experiment teaching management of computer desktop virtualization and server， create a powerful function of virtual resource center， implementation the teaching of intelligent， centralized management， maintenance convenience， combining teaching and research， examination and management etc..
Keywords virtual resource center； desktop virtualization； server virtualization； experimental teaching management
1 虚拟资源中心概况
1.1 基础设备
主要硬件设备有：DELL R730服务器、S7703核心交换机和华为S6700-24-EI万兆以太网交换机、LIKE品牌UPS电源、图腾品牌精密配电柜和网络服务器机柜、多分屏拼接处理器等；软件有：VMware服务器虚拟化和桌面虚拟化软件、支持远程控制的海康品牌KVM、拼接控制器软件等；采用单模、多模光纤模块与交换机部署整个实验教学中心。
1.2 技术支持
（1）服务器虚拟化。指将服务器物理资源抽象成逻辑资源。服务器虚拟化主要分为三种：第一，它可以将一台物理服务器虚拟成多台相互隔离、互不干扰的虚拟服务器；第二，它也可以将多台独立的物理服务器虚拟成一个逻辑服务器，其作用是使多台物理服务器协作“办公”，互相配合完成一项工作；第三，它还可以将多台物理服务器虚拟成一个逻辑服务器，再将其划分出多个虚拟环境，在虚拟环境中完成多个业务。
服务器虚拟化最大特点是不再拘束于物理设备的限制，而是让其物理磁盘、内存、CPU等硬件变成动态的“资源池”，从而实现资源的整合及使用效益最大化，简化系统管理，让IT对业务的变化更具适应力。
（2）桌面虚拟化。桌面虚拟化是指将PC机的桌面进行虚拟化，以达到桌面使用的灵活性和安全性。
桌面虚拟化建立在服务器虚拟化之上，在数据中心的服务器上进行服务器虚拟化，生成多个的独立的虚拟桌面，同时根据专有的虚拟桌面协议发送给终端设备。用户终端通过以太网访问虚拟主机，只需要记住用户名和密码及网关信息，就可以使用任何设备，在任何地点，任何时间通过网络远程动态访问个人桌面系统，从而实现单机多用户。
1.3 管理平台
武汉工商学院实验教学中心引进实验中心管理平台。整个系统平台采用 B/S 结构和 C/S 结构相结合，依托校园网络，突破空间和时间限制，以学校实验室管理的核心业务流程和重要管理事务为基础，以服务院校实验室全面实施信息化管理和全面提高实验室的管理水平为宗旨，以全面提供实验室管理的解决方案为导向，实现了教学实验申请、审批、预约，合理安排教学实验和开放实验发布；实现了老师和学生在系统里能查阅实验教学大纲，老师能知道自己的教学任务；实现了教学实验、开放实验过程监管；实现了在线交流、加强学校各级角色互动交流以及实现了对试验场地、设备、耗材的管理，并进行统一分配调度控制等功能。
2 虚拟化实验教学管理模式的实施效果
2.1 服务器虚拟化效能
通过武汉工商学院虚拟资源中心服务器虚拟化管理平台可以在4台高配置的DELL R730群集服务器里虚拟化多台Windows server 2003、Windows Server 2008等操作系统，基于C/S、B/S模式的教学软件以及中心网站系统都可以挂载在虚拟服务器上，通过网页管理后台可以根据需要灵活更改虚拟硬件CPU、内存和磁盘的容量。 （1）解决了旧软件依赖的操作系统无法在新服务器上安装的技术难题，延续了旧版软件的使用寿命，节省软件更新经费；
（2）比以往物理服务器更加方便管理、数据更加安全稳定、同时节约了大量建设成本；
（3）更大意义上实现了整个实验教学中心资源共享和集中管理。
2.2 桌面虚拟化效能
（1）教学部署方便。学期初或上学期末，在教务部门课表安排出来之后，根据不同课堂操作系统、应用软件的要求，可以虚拟出不同硬件、软件配置虚拟桌面，再发布到相应的实验室，从而满足不同课堂的多样化需求。
（2）教学排课灵活。对传统PC实验室排课，往往要综合考虑实验室硬件配置、专业类别、容量等方面，加大排课人员的工作量，而且容易出现同一机房软件安装过多而影响机器运行效果、大容量实验室安排小班制学生上课造成实验室利用率偏低等情况；桌面虚拟化在排课上只需考虑学生人数和实验室容量匹配情况即可，大大提高了排课效率和实验室利用率。同时，在实验室建设规划中，前期重点调研上课班级人数分布状况，依据调研结果规划不同容量实验室间数，不需要为某一专业某一上机课程而建专门的机房，提高了实验室建设经济效益。
（3）教学过程规范。通过在服务器上安装学生上机行为监控、上网控制软件，可随时监控学生上机行为。无需外网开放条件的课堂教学，设为禁止上网状态，或是有选择性地开放网站，这对于自我控制力不强的学生来说，是很有必要的措施，也是提高课堂教学质量和效率的有效方法。
（4）教学资源共享。虚拟化实验教学管理模式采用了外挂存储方式，将教师教案、课件、精品课程、优质课程、学生作业存储在外挂存储设备中，教师学生可通过远程访问设备IP地址，就可以对教学资源进行上传、下载，从而实现教学资源的充分共享。
（5）管理集中。传统PC机房传系统，需要先制作母机，通过母机下发数据，途中故障率高，且需要时间长。桌面虚拟化通过集中管理，将所需要的系统软件、应用软件都安装在服务器上，制作成“快照”，管理人员在一台服务器上统一发布桌面，就可以完成对整个机房的管理维护工作，成功率可达100%，且所需时间短；同时在服务器后台自动进行部署或更新，通过自动化管理流程，大量的维护工作将自动完成，包括软件下载、升级补丁、安全更新等；可部署多个操作系统到终端电脑，真正实现一机多系统环境，以满足不同的教学需求。
（6）降低??用程序和其他软件的冲突。一台传统PC机往往安装的软件比较多，在安装新应用软件时可能会与其他软件造成冲突，而导致无法使用或是PC机运行速度非常慢，影响到正常上课。桌面虚拟化通过在服务器端集中部署，完全避免这些情况。
（7）安全性能高。传统实验室管理模式容易出现病毒感染、数据丢失损坏等现象，桌面虚拟化在服务器端安装了防火墙，如出现上述情况，只需在后台对异常PC机进行中装即可解决。
（8）绿色节能低耗。一台传统PC机功率约每小时300W，一台瘦客户机约20W，目前武汉工商学院有800台瘦客户机，每小时可省电224000W，即224度电。如果按每度电0.6元，瘦客户机一天工作8小时，一年工作160天来计算，一年可节约电费约17万元。随着后期桌面虚拟化规模扩大，节能效果也将越来越明显。
（9）后期扩容便利。传统PC实验室后期扩容，需要再次设备采购，周期长，可扩展性差，而且造成硬件资源浪费。桌面虚拟化只需重新虚拟高配置的虚拟桌面，后台进行发布即可。大大提高硬件资源使用效益和经济效益。
2.3 实验教学管理平台效能
（1）业务管理系统的集中综合应用，实现应用统一平台管理、数据共享。
（2）面向教师、学生提供更便捷的资源服务。
（3）实现实验室及实践教学管理工作网上在线登记、审批办公及基表数据上报。
（4）确保实验教学任务的完成，满足开放需要，最大限度发挥实验室其效益。
（5）实现业务数据电子化、无纸化、规范化存储，从而使数据信息的浏览、检索更为便捷。
（6）方便学校及管理部门对业务环节的管理和督查，提高业务管理效率。
（7）校方可以依据平台数据合理规划建设实验室。
3 虚拟化实验教学管理模式的局限性
（1）对网络要求高。虚拟化实验教学管理模式过于依赖网络设施，一旦断网，会直接影响到教学。虚拟化实验教学管理模式对终端网络要求千兆以上，中央机房出口端需要万兆光纤。
（2）对服务器配置要求高。服务器虚拟化、桌面虚拟化对服务器配置、性能要求较高，且要支付桌面虚拟化相关软件许可费用，初始成本会增加。
（3）需要定期对桌面虚拟化后台进行维护。
（4）并发现象容易导致死机。如果所有的机器全部开机使用，容易出现死机现象。在实际操作中，可给予充足的授权点，一般大于实际机位数5%即可。
4 结语
虚拟化管理模式在教学中的运用实现了资源共享、集中管理，进一步推进了实验教学信息化建设，为培养创新实用的高素质人才提供了有利条件。
基金项目：武汉工商学院教改教研课题：基于“云课堂”实践教学模式的研究（2014Y11）
