桌面云在计算机课程教学中的应用
Abstract： There is a variety of predicament in the management of computer in teaching， especially in the teaching practice process of related computer courses. Today with the cloud computing， many institutions have raised a solution of teaching computer based on desktop cloud. This paper understands the implementation way and principles of desktop cloud through the analysis of the basic architecture of the desktop cloud， as well as explores a variety of applications of desktop cloud in the computer teaching.
Key words： cloud computing；desktop cloud；teaching
中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）08-0193-03
0 引言
随着计算机技术、网络技术的不断发展，以及校企合作的不断深入，高职院校计算机课程的教学内容和教学要求也在不断的更新，然而和普通高校相比，高职院校其办学规模和资金投入都有先天性的不足，不仅在教学用计算机的管理上带来很多的问题，并且在一定程度上影响着教学实践活动的开展。而云计算的应用能够缓解这一状况，特别是桌面云在计算机课程教学中的应用能解决诸多的问题。
1 教学用计算机的现状
目前在各类院校中，用于教学的计算机主要有两种形式加以管理：一种形式是集中管理型，通过购置一定数量的PC机来组建学生公共机房或专业课程实训机房，然后利用网络设备构成一个局域网。另一种形式分散管理型，主要是一些多媒体教室里配置的用于教师上课演示的PC机。无论是集中型还是分散型，基本上都采用硬盘保护卡的形式来进行管理。
这种利用硬盘保护卡的管理方式，几年以前是非常的实用的，然而当前明显地发现这种模式给计算机管理和课程教学所带来的种种问题。
一般每到开学之初，机房管理人员就需要对每个机房利用克隆的方式来批量安装相关的软件，有时在学期中还需要不定期地进行系统的更新，这种管理模式不仅费时、费力、效率又极其低下。特别是不同的机房或教师由于硬件配置、设备型号的不同，无形中增加了维护的难度，对于那些分布在多媒体教室中的计算机，维护的强度就更大。
当然管理上的问题，总还是有办法解决的。然而在相关课程教学中出现的问题却很难解决，有些甚至已影响到课程的教学。比如网站的设计，往往需要根据教学的进度，连续若干周不断地去完善该网站的设计和制作，但在硬盘保护卡的保护下计算机一旦重启，以往的操作数据就全部丢失；又比如涉及到操作系统或相关软件安装和设置的实践操作，目前在机房里学生基本上是无法去操作实践的；再比如像Mac操作系统目前的保护卡不起作用。由此我们可以发现传统教学用计算机的管理已经无法适应当前的教学，随着云计算的发展和普及，一种新的解决方案出现在我们的教学实践中，那就是桌面云。
2 云计算和桌面云
2.1 云计算的含义 关于云计算的定义很多，2008年，《伯克利云计算白皮书》中对云计算是这样的定义的：“云计算包含互联网上的应用服务及在数据中心提供这些服务的软硬件设施。互联网上的应用服务一直被称作软件即服务（SaaS），所以我们使用这个术语，而数据中心的软硬件设施就是我们称作的云（Cloud）。”
简而言之，现有的云计算是一种基于因特网的超级计算模式，由Google、IBM、微软等专业网络公司来搭建的远程的数据中心，在这些数据中心里成千上万台电脑和服务器连接成一片电脑云（形象的比喻），它们负责计算存储、成为运算中心，而用户通过电脑、笔记本、手机等客户端，借助浏览器就可以很方便的接入由这些“电脑云”组成的数据中心，按自己的需求进行运算。
云的模式有四种，它们分别是：公有云（对公众开放的云服务）、私有云（为企业内部提供云服务，不对公众开放，在企业的防火墙内工作）、混合云（公有云和私有云结合到一起的方式）和行业云（专门为某个行业的业务设计的云，并且开放给多个同属于这个行业的企业）。云计算服务模式有三种：①Saas为客户提供各种应用软件服务；②Paas通过平台为客户提供一站式服务；③Iaas为客户提供网络、计算和存储一体化的基础架构服务。
2.2 桌面云的含义 桌面云是合乎上述云计算定义的一种云。我们可以看到桌面云的定义是：“可以通过瘦客户端或者其他任何与网络相连的设备来访问跨平台的应用程序，以及整个客户桌面”，见图1。也就是说我们只需要一个瘦客户端设备，或者PC机、工作站、笔记本、智能手机、平板电脑等任何可以连接网络的设备，通过专用程序或者浏览器，就可以访问驻留在服务器端的个人桌面以及各种应用，并且用户体验和我们使用传统的个人电脑是一模一样的。
桌面云的优势包括以下几个方面：①集中化的管理。桌面云环境中，客户端的管理是集中化的，管理员通过控制中心管理成百上千的虚拟桌面，维护和管理非常方便。②应用更环保更安全。采用桌面云，每个瘦客户端的电量消耗只有原来传统PC机桌面的8-20%，所产生的热量也大大减少了。资源都存放在云端，也更加安全。③成本的减少。终端设备配置要求低，采购成本减少，使用寿命更长，而且软成本更可大大降低。 2.3 桌面云和传统桌面区别 桌面指的是用户的整个计算环境，包括操作系统、设备驱动、应用程序、软件补丁、配置数据、用户喜好和代码、文档等。
传统桌面是用户在台式机、便携式电脑等个人计算机上安装相应的操作系统所形成的一个操作环境，一般传统桌面和硬件系统绑定在一起。传统桌面是以设备为中心的基础架构。
桌面云，或称虚拟桌面是将所有个性化的最终用户桌面操作环境集中部署在数据中心，桌面可从任意客户端访问。这是一种以用户为中心的基础架构。
桌面云是典型的云计算应用，它能够在“云”中为用户提供远程桌面服务，使每一个用户可以随时随地拥有自己的“个人”电脑。
3 桌面云的架构
桌面云基于Client/Server计算模型，将个人电脑的桌面环境从PC机中分离出来，由服务器提供“虚拟化”的桌面，在局域网、广域网和互联网环境下提供与本地桌面相同的用户体验，但是操作系统、应用、程序和数据都在服务端集中管理和运行。
根据目前教学用计算机的现状，典型的桌面云部署架构可以如图2 所示。
3.1 桌面云的基本架构 一个桌面云计算架构主要包括以下几个部分：客户端（包括瘦客户端）、网络接入、管理控制台、身份认证、操作系统或者应用程序、应用服务器等。
客户端：包括瘦瘦客户机、PC机、便携式电脑、平板电脑、智能手机等，其中瘦客户机是教学用计算机使用桌面云的设备，一般是一个内嵌了独立的嵌入式操作系统，可以通过各种协议连接到运行在服务器上的桌面的设备。
网络接入：桌面云提供了各种接入方式供用户连接。用户可以通过有线或者无线网络连接，这些网络既可以是局域网，也可以是广域网，连接的时候即可以使用普通的连接方式，也可以使用安全连接方式。
管理控制台：控制台可以对运行着虚拟桌面的服务器进行配置，例如配置网络连接，配置存储设备等等。控制台还可以监控运行时服务器的一些基础性能指标，例如内存的使用状况，CPU 的使用率等。
身份认证：在桌面云计算中一般是通过Active Directory（活动目录）或者 LDAP（轻量级目录访问协议）来进行用户的认证和授权的，这些产品可以很方便对用户进行添加，删除，配置密码，设定其角色，赋予不同的角色不同的权限，修改用户权限等操作。
服务器端：桌面云中的虚拟桌面系统并不运行在客户端的本地，而是运行在远程的服务器端，服务器端一般可以由多个服务器组成的服务器集群。用户的桌面和应用，以及个人数据，都是储存在服务器中，用户端所需要的运算也是由服务器来进行，服务器端一方面为用户的虚拟桌面提供操作系统和应用软件，另一方面还可以实现动态的硬件资源分配和回收。故而在桌面云计算方案中，服务器扮演着至关重要的角色。
3.2 桌面云的实现方式和原理 桌面云实现方式是客户端通过桌面连接协议：RDP（远程桌面协议）、HTTP（超文本链接传输协议）或TCP/IP等协议与服务器进行通讯，获取桌面服务。
从实现原理来看，存在两种类型。一类是SBC（Server-based Computing）技术，也称共享模式虚拟桌面，该技术是一种基于操作系统会话的技术，在这种技术下，多个用户其实是共享了一个操作系统，其中每个用户都是登录到同一个桌面，SBC示意图见图3。另一类是VDI（Virtual Desktop Infrastructure）技术，也称专用模式虚拟桌面，是指基于虚拟桌面基础设施的虚拟桌面技术，能够为每个不同的用户提供私有的专用桌面，VDI示意图见图4。
4 桌面云在计算机课程教学中的运用
运用桌面云，不仅可以使每个在校的学生随时随地拥有一台“个人电脑”，拥有一个只属于个人的“桌面”，同时从教学的角度可以搭建一个统一的教学平台，方便教学资源的统一管理和访问使用，实现教学资源的完全共享。
4.1 合理分配计算资源 通过桌面云部署后，无论是分散在各个多媒体教室的计算机，还是学生机房中的瘦客户机或者是PC机，甚至是教师和学生的笔记本电脑、平板电脑和智能手机均能获取到高性能服务器提供的硬件资源和内容丰富的软件资源，以及课程教学中的各类资源。同时，可以根据不同的计算机课程的要求灵活在相应的学生机房中申请不同的计算资源，从而更加合理的分配机房资源。
4.2 满足实践性课程的教学 以往在一些计算机实践性课程的教学中，往往只能通过教师演示，或者将演示过程录制成视频让学生观看，而学生无法实际的操作，因为有些操作不当会影响整个系统的运行，比如相关软件的安装和设置等。而桌面云由于是个虚拟桌面，完全可以让学生在这个虚拟的环境中及时使用新应用环境，接触、安装和设置各种操作系统和相关软件，从而提升学习兴趣。
另外，众所周知，高职院校的教学是非常注重项目实训，并且大多数计算机课程的实训项目往往具有一定的连贯性。在桌面云环境中由于每个用户的桌面环境都是定制的，所以可以保留每个用户的使用习惯和资料的存储，能够做到不管处于哪个机房，用户所使用的桌面环境都是和自己以往使用的相一致，更好地保障了实训项目的延续性。
4.3 实现移动学习的可能 桌面云可以实现随时随地的课程学习，适应移动互联网时代的发展趋势。桌面云实现各类设备接入，使移动学习和主动学习变得可能和容易。利用桌面云技术我们可以将日常使用的个人桌面环境完美的迁移到任何一处终端，这样就避免了由于软件环境的区别而造成相关资源无法展示的问题。同时，这种迁移还能保留教师或学生的日常使用习惯，在使用的时候不必花费额外的精力去适应不同的操作环境。
4.4 搭建随时随地的师生交互平台 从教学资源管理的角度来看，桌面云提供了一个稳定可靠的资源池，便于随时随地的实现资源共享和师生互动。
对于学生来说，利用资源池可以随时共享各类教学课件和教学资源，同时也可以在线完成或提交相关的作业，实现和教师的互动，拓展了学生的学习空间和时间。
而对于教师来说，可以在云计算的环境下，轻松构建自己的个性化教学环境，支持教师的有效教学和主动协作学习，可以在非教学时间内和学生有效互动、批改学生的在线作业，促进学生的自主学习能力和学生群体智慧的发展，从而提高教学质量。
4.5 桌面云在课程教学中可能遇到的问题 桌面云做为新生事物，高职院校需要一段时间来养成教师和学生对于这一应用的使用习惯；另外，桌面云服务需要接入相关的网络（比如校园网）才能应用，这样对现有的学校基础网络设施的带宽和稳定性都提出了较高的要求，还有初期建设的成本较高，既要进行基础架构的改造，又要购买桌面云的服务器端和客户端软件。最后，桌面云架构中的服务器的安全性也是影响桌面云在高职院校推行的重要因素。
5 结束语
桌面云改变了过去分散、独立的传统桌面系统，实现了集中管理和控制。在多媒体教室和机房中使用桌面云服务将大大减少计算机终端的维护量，减少维护成本。同时，管理性和安全性也可得到很大程度的提高。桌面云能够低廉、高效的为高职院校提供教学、实训等所需要的软硬件环境，解决高职院校规模小、投入低所带来的各种困扰。另外桌面云技术支持终端设备的多元性，使得校园的教学资源数字化建设与整合将变得更轻松。相信桌面云的应用不仅会在计算机课程教学和实践中得到更广泛的应用，甚至随着云计算技术的不断完善还能延伸到其他课程的教学和办公室工作。
