云实训室应用方案

一、云实训室应用方案1.1方案概述随着信息技术的飞速发展，教学的需求也越来越多元化，传统的教学方式显然已经不能满足当前教学发展的要求，同时，教学过程中的一系列问题也严重影响了教学质量和教学进度。从国家主管部门到深耕三尺讲台的老师都深刻的意识到，必须对教育进行信息化改造，才能持续满足不断变化的教学需求，其中，教育方式的信息化改造又是最基础也最重要的一部分。而如何利用先进的信息技术为教育创新营造有利的环境，是摆在教育工作者面前的一个崭新且富有挑战的课题。H3C基于最前沿的云计算技术，结合广大院校的实际困境，有针对性的设计出了新一代计算机教室建设方案——H3C云学堂。根据需要部署云主机资源池，启动虚拟机并通过网络交付给云终端，学生便可体验生动的云学堂环境。云学堂将云计算技术和教育场景紧密结合，可以按照课程创建丰富多彩的教学模板，并提供功能全面的教学管理功能，体现“多、快、好、省”的核心价值，将教学带入云时代。1.1.1产品背景近年来，云计算因其资源按需交付、数据可靠、安全合规、成本可控、高利用率、高可用、统一管理等特性，在各行各业被越来越广泛的使用。然而云计算在教育行业却鲜有落地，究其原因，主要在于部署困难、管理门槛高、用户体验较差以及初始投资较高。1.1.2建设目标H3C对国内上万所普教、职教、高教等各类院校开展了深入的实地调研，针对传统机房教学方式中存在的问题，结合云计算的特性，推出了云学堂解决方案。本方案的总体目标是使用最前沿的云计算技术打造云教学机房。通过在教室部署高性能云学堂主机和云学堂终端，用虚拟桌面替代传统PC，向学生交付上课需要的教学桌面，并通过云学堂管理平台对云主机进行管理，使用云学堂多媒体教学管理软件丰富的教学功能高效的完成教学，从而提供丰富的教学场景支持，提高教学质量和教学体验，降低运维难度，在达到信息化目标的同时，节能环保，打造绿色的云校园。具体建设内容包括：在数据中心机房或教室部署云学堂主机，安装CAS虚拟化软件和云学堂管理端软件；2在瘦终端或旧PC上安装云学堂学生端软件，将其改造成云终端；在教师机上安装云学堂教师端软件；1.1.3设计思路H3C通过实地调研，对各类院校的教学方式和教学习惯作了深入的研究，并结合教学机房建设的新需求和教育局要求的师机、生机比例达标部署建议，总结出了最适合教学场景的云学堂解决方案。方案在兼顾教学的各类需求的同时，致力于改善课堂体验，提升教学质量，降低运维难度，降低TCO。部署云学堂后，用户可以根据各种需要灵活创建课程模板，并在极短的时间内完成60个虚拟桌面的启动；使用多媒体教学管理组件丰富的教学功能，有效维护课堂纪律，提高教学质量。同时，用户可以不必在维护上耗费大量时间，软件维护工作量只有从前的十分之一；硬件更是可以做到零维护。1.2用户需求分析1.2.1核心需求教学机房的建设往往需要达成以下目标：保障教学连续性和数据安全性：教学系统稳健性要得到进一步加强，在学生上机操作时对课件进行处理的时候，数据、系统的安全性会受到来个人自误操作及外部网络的各种威胁，为了防止人为或病毒的攻击，解决方案需要提供一套安全保护措施，充分保证操作系统和数据应用系统的安全，同时要实现在多教室同时授课情况下，对数据和系统的安全性和可靠性的保障措施，灾难应对及恢复策略。减少对现有环境的修改：在建设新机房的同时尽可能减少对学校现有网络环境和电路作修改。最好可以沿用原有旧机房直接改造，或者在新建机房时不需要部署强电，直接从普通教室升级而来即可。保证教学应用系统及外围设备的兼容性：保证系统在3-5年时间内兼容现有教学应用系统，并能够随时支持新的教学场景切换。要实现最高效的教学应用系统的集中管理、充分考虑合理的运维费用和较小的运维服务难度，最大限度地降低综合的维护成本。兼顾到不同时期的各项软件应用及硬件设备，利用较小的代价改造这些系统。兼顾到与已有的各种教学管理系统和身份认证系统的兼容性。兼顾不同终端设备，包括PC，云终端等。兼顾多种外接设备，如USB设备，并口设备，串口设备等。31.2.2设计要求1）需求总结随着信息化校园的建设和云计算的升温，基于云计算的应用交付逐步成为教育行业发展的必然趋势。学校期望的，是可以在预算不变的前提下加快信息化建设步伐，现有教学系统和应用可以平稳过渡到桌面云上，教师和学生在教学上有更优的体验，而管理员也不需要为系统的安全和数据保护而分心，能将更多的精力投入到业务创新中。2）设计原则根据上述的需求分析和部署环境的实际特点，使用H3C云学堂解决方案整体规划与打造云机房，需要本着以下原则进行：统一规划、逐步建设实施原则机房在统一规划的前提下，根据学校的实际需求，进行逐步实施，充分考虑各种因素。集成性原则通过统一集成的规划，实现基于云桌面访问的系统接入规范，从而逐步实现对全校教学系统用户接入的全面融合。安全性原则根据桌面访问的不同安全等级要求，和网络访问的安全规范，制定系统的安全性规范，完善信息安全策略和信息安全标准，满足数据安全和访问安全的要求，提供可靠的系统安全管理模式。可扩展性原则系统的设计要考虑到学校未来发展的需要，架构应满足横向和纵向扩展的需求，在架构简明的基础上，降低各功能模块和组件的耦合度，并充分考虑到兼容性，实现快速高效的扩展方案。适应性原则系统需充分考虑到已有的IT资源投入，适配网络、系统和应用架构，避免在构建过程中的大范围系统改造，降低系统复杂度和建设成本。1.3用户场景分析1.3.1传统教学机房的困境4通过对多所院校实际场景的调研，我们总结出一系列传统教学机房面临的问题。随着办学规模的不断扩大，学生数量持续增加，教学资源逐渐紧张，因此各院校都在不断增加计算机的购置和教学机房的部署。目前很多教学工作都在机房进行，而教学机房也是学生课余时间上网查资料、完成作业的主要场所，所以机房的管理和响应速度，将直接决定教学工作能否顺利开展。但教学机房的管理难度大、软硬件更新快、维护复杂、系统稳定性差，给教学机房的管理者带来了挑战。以某中学为例，该校在每间计算机教室中部署60台PC供学生进行上机操作，为防止学生操作导致的数据丢失和系统损坏，学校不得不在每台PC中安装还原卡，确保每次重启PC时，系统还原到初始状态。还原卡设置繁琐、故障率高、对硬件要求苛刻，为了不陷入PC越用越少的困境，初期还得多采购一批备件，导致初始成本升高。另外，还原卡还容易被学生破解，系统依旧经常损坏，管理员就必须重装系统解决。同时，因教学需要往往需要安装大量教学软件，系统兼容性差、过度臃肿，越来越卡顿，问题频现。这些情况不仅会影响教学质量和教学效率，降低上课体验，也极大的增加了管理员的工作量。该校每年还会对外承接至少两次等级考试。每次考试之前，管理员都要为所有PC重装系统，准备考试需要的环境，考试结束后又要装一次系统，将PC恢复成教学需要的环境，工作量极大。尽管该校针对教学机房做了节能方案，如按时断电、学生下课关机检查、教师巡检等。但机房电力消耗依旧是困扰学校的一大难题，其中，数量众多PC是机房的用电大户。1.3.2机房类型分析各院校的教学机房建设时间、机房环境、维护条件和资金预算各不相同，前期需要根据实际环境，经过现场勘测、需求交流，打造符合教学要求、既节省成本又能解决问题的云教学机房。H3C拥有服务器、存储、网络、虚拟化等全面的产品线，产品性能业界领先，稳定性久经考验，能根据用户实际需求，按需、弹性的交付最适合用户情况的云学堂方案。1.3.3云机房建设关键点根据学校实际情况决定实施方案，旧机房改造可继续沿用已有PC，通过安装软件将其改造成云终端，充分利旧、节省成本。新建机房则推荐采用瘦客户机全面代替PC，成本可控、节能环保。51.4总体架构云学堂解决方案的核心构成是H3C云学堂管理端、教师端和学生端。管理员在管理端上针对不同课程制作课程模板。教师在教师端程序执行简单操作：选中所需课程，点击“上课”，即可在云主机中生成几十个虚拟桌面并推送到学生端；点击“下课”即可终止课程，删除所有虚拟机，回收资源。云主机的操作记录，运行状态等，可通过Web图形化管理界面查看，一目了然。学生的云终端开机后自动和云主机连接，获取虚拟桌面，操作方式与传统PC完全相同。针对不同的使用场景，需要注意以下几点：以教室为单位按课程制作镜像顺序：按课表中的课程分别创建虚拟机→按课程要求在虚拟机中安装标准化操作系统→安装课程需要的教学应用和多媒体教学管理组件→将虚拟机转换成模板并按课程命名。如果不同的课程使用相同或类似的教学应用，可以考虑将应用合并在同一个课程模板中，对模板名称加以注释即可，这样可以减少存储空间占用，减少资源浪费。应用的兼容性。为避免课程应用出现兼容性问题，在虚拟机中安装应用时要注意环境变量调优和参数配置，保证所有应用使用正常。外设的兼容性。考虑到不同课程可能会对外设有详细要求，需要打开云主机中外设重定向功能，将外设连接至云终端，在虚拟机中验证设备可正常识别并安装好设备驱动，测试基本功能没问题，再将虚拟机制作成课程模板。因为安装不同应用的虚拟机对云主机系统资源占用量不同，所以在满足用户需求的前提下，建议按照最大资源占用量制作方案，并选择云学堂主机类型。下文中将分析目前的重要使用场景，并提出推荐和备选的解决方案。1.4.1教室部署教室部署就是在每个教学机房独立部署一台云主机，其特点是：带宽充足，显示效果最佳，不占用校园网络带宽问题不出教室，定位容易，影响较小管理按实际教室划分，一目了然不必改造现有网络架构1.4.2数据中心部署在数据中心或设备机房中集中部署，通过校园网交付远程桌面，最突出的特点是：6云主机不用放在教室内，节省空间，避免噪音，减轻空调压力数据中心整体环境更好，服务器老化慢，故障率相对较低数据中心相对封闭，财产安全，避免被破坏单点维护，管理员在数据中心就可以完成所有运维工作网络需要相应的作规划对于该场景，由于所有终端使用校园网连接至数据中心，对核心交换机有一定的要求。需要为云学堂环境单独配置局域网环境，并配置专用交换机，连接数据中心的云主机和教学机房中的云终端。虽然数据中心部署看上去略复杂一些，但是综合其他因素考虑，如果学校条件允许，还是建议部署在数据中心，便于管理维护，服务器性能也更容易发挥极致。1.5方案详述以新建1个64终端的教学机房、云主机在数据中心部署为例。1.5.1云主机设计云主机采用H3C自主研发的高性能服务器，配备了性能卓越的处理器、高速固态存储、高速内存，搭载业界领先的CAS虚拟化平台和云学堂软件，软硬件全融合，一体化交付。虚拟桌面操作系统采用32位Windows7操作系统，每桌面配置2G内存，可以满足日常教学需求。采用链接克隆技术批量生成虚拟机，生成的差分数据存储在高速固态硬盘中，以此解决IO瓶颈导致的启动风暴问题。每次上课均生成新的虚拟机，保证系统的安全性和稳定性，每次下课时所有虚拟机均会自动删除，学生所做的任何修改都会被丢弃，需要保存的个人数据或作业可以提交到作业空间。作业空间其实就是虚拟桌面自动挂载的共享磁盘，划分成教师空间和学生空间。教师空间对教师和所有学生可见，学生空间仅对学生本人和教师可见。教师可以上传课件和作业到教师空间供学生下载。学生可以将完成的作业提交到作业空间，供教师提取。在课程模板上安装上课所需的教学应用，将制作完成的课程模板存储在云主机的大容量SATA硬盘中，容量可根据用户实际需求配置。1）CAS虚拟化平台设计方案2）资源池分类设计服务器是云计算平台的核心，其承担着云计算平台的“计算”功能。对于云计算平台上的服务器，通常都是将相同或者相似类型的服务器组合在一起，作为资源分配的母体，即所谓的服务器资源池。在这个服务器资源池上，再通过安装虚拟化软件，使得其计算资源能以7一种虚拟服务器的方式被不同的应用使用。这里所提到的虚拟服务器，是一种逻辑概念。对不同处理器架构的服务器以及不同的虚拟化平台软件，其实现的具体方式不同。在x86系列的芯片上，其主要是以常规意义上的VMware虚拟机或者H3Cloud虚拟机的形式存在。在搭建服务器