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使用方式改变，突破时空限制 有了持续在线的云平台，师生可以突破时空限制，可以在寝室、校园内、互联网上在任何时间访问云平台。对于传统的实验室，需要合理安排场次，师生在规定的时间内到达指定的实验室才可以进行实验，而有了云平台，则可以通过互联网在任意地方任意时间访问实验，也可以暂停或继续实验，而不受地域和其他师生使用的影响。 除了时空限制，用户还可以通过自带设备，譬如便携式计算机、手机、Pad等移动终端连接云平台，尤其是通过移动设备，可以不在固定的场所实时跟踪实验进展情况。 减少IT资源管理人员工作量 在使用传统桌面的整体成本中，管理维护成本在其整个生命周期中占很大的一部分，管理成本包括操作系统安装配置、升级和修复的成本，以及硬件安装配置、升级和维修的成本，数据备份、恢复的成本，各种应用程序安装配置、升级、维修的成本。在传统桌面应用中，这些工作基本上都需要在每个桌面上做一次，工作量非常大。对于那些需要频繁替换，更新桌面的行业来说，工作量就更大了。 在云平台中，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，所有的更新，打补丁都只需要更新一个“基础镜像”就可以了。管理员可以根据课程的不同配置几个基础的镜像，然后不同的课程的师生可以分别连接到这些不同的基础镜像，而且我们要做任何修改，只需要在这几个基础镜像上进行就可以了，大大节约了管理成本。 所有软件资源相当于书籍借阅 在云平台集中管理的模式中，所有的IT资源都是以类似于图书资源的形式出借，师生可以申请、续借、归还该资源，而某个资源的数量却不像图书那么受限，仅仅受制于版权和云平台基础架构的计算能力。 在该模式下，IT资源使用也具有有效期，在到期后，师生可以申请延期继续使用该项资源。若有效期到了，则对该资源进行销毁释放。在IT资源未到期时，师生也可以主动申请销毁资源。从而充分发挥云计算平台基础架构的能力，提高IT资源的效能。 以数据分析评估师生使用效果 云计算平台在运行中会产生大量数据，用于对师生的教学实验科研进行评估。也可以从操作过程、操作时间来评估师生的行为，从而对教学进行反哺，便于教师充分了解学生，因材施教，也掌握知识传授接受的程度。此外，根据学生的操作行为分析，可以分析相关课程的难易点，准确掌握学生的实验进度，从而对教学实验大纲进行修订。 云平台助力科研计算 iLogistics云计算平台对于科学研究最大的贡献在于其计算能力和存储能力。传统的科研小组自购服务器存储，小组内部人员需要学习如何部署协作IT资源，但是不同人员对于计算架构的掌握程度不同，配置出的架构是否合理亦不确定，容易造成资源浪费。为此我们为科研团队提供了各类模板，科研团队也可以向我们提出自定义模板，由他们自定义或者我们来定制。 自助化申请服务 通过iLogistics云计算平台的自助化服务界面，用户可以自助申请计算资源，调整CPU、内存和存储资源配置，平台运维方在1到2个工作日内根据情况进行审批。待审核通过后，申请用户就可以申请资源了。得利于基础架构对多机器的蓝图的支持，平台可以允许用户申请类似Hadoop集群的资源。 安全隔离 借助于网络虚拟化的技术，所有的资源都是机器或集群间完全隔离，互相不能访问。这样即使用户不修改密码，也不会造成数据泄露、入侵等安全问题。 租赁机制 根据不同的服务申请，定制了不同的默认租赁期限。譬如科研短期计算服务，其租赁期限为1个月，而对于网站类服务器，则租赁期限为5年。租赁期结束之前，系统会自动提示用户注意期限，如果需要延期服务，则可以申请延期。通过这种策略，可以减少资源的浪费，也可以提醒用户资源是有限的。 云平台助力翻转课堂 在iLogistics云平台中，主要通过桌面云来助力翻转课堂。桌面云系统需要一个终端通过网络连接使用户获得与传统的桌面系统和应用程序一样的用户体验，并且这种用户体验并不局限于特定的操作系统和应用程序。 然而，桌面云在高校中的使用并不成功，通过几大厂商的案例可以看出，桌面云基本是在学院层面或者二级部门部署，使用范围比较局限，功能比较单一，主要用于考试和实验，而用于实地教学的比较少。为了避免雷声大雨点小的尴尬，能够在校级层面应用桌面云，我们对桌面云的技术关键点进行了详细测试与分析。 目前流行的桌面云系统主要包括客户端、网络接入、系统管理端、GPU和服务存储端5个部分。我们分别对这几部分进行了详细的考量测试。 客户端包括专用的瘦客户端和自带的移动设备。普通瘦客户端，内嵌了独立的嵌入式操作系统，可以通过多种协议连接到运行在远程服务器端的虚拟桌面。瘦客户端的硬件配置可以不足以作为一个单独的终端来支持桌面系统的本地运行，而只需要具有与远程服务器通信和输入输出的能力。在我们的智慧教室中，瘦客户端并不置备，而是由学生自带设备接入（BYOD）。 网络接入 桌面云系统的用户可以通过有线或者无线网络来连接局域或者广域网络，连接的方式可以是普通连接，也可以是安全连接。基于瘦客户端的工作方式，在桌面云系统的网络中需要传递的仅仅是鼠标、键盘点击和屏幕刷新的数据。瘦客户端将用户的输入传给服务器的同时负责接收和呈现服务器传回的输出。在数据传输中，从服务器回传的屏幕数据是主要内容，尤其是在视频播放和高屏幕分辨率的情况下。在1920×1080屏幕分辨率下测试了几个桌面云使用场景，带宽需求参见表1。由此可见，在校内有线网的情况下，各种场景都适用。但是通过无线网络接入，则面临着并发数量的问题，通过调优和实验，在某个教室内，无线只能承载50个并发访问才能保障视频播放正常。
系统管理端 系统管理端是为管理员提供桌面管理的能力。为了简化管理和提高效率，iLogistics云计算平台采用虚拟化系统自身的管理功能，仅在用户是否可以访问某个桌面云时做了策略管理，并与学校的教务系统进行对接。系统在课程上课之前固定时间内自动提早准备桌面。针对每个桌面云的主镜像则由运维团队根据课程需求或者业务需求，预先设置操作系统类型、内存大小、处理器数量、网卡数量和硬盘容量，并安装好操作系统和各类软件。在操作系统和软件需要升级时，运维团队统一进行该操作并推送镜像。 服务存储端 服务存储端由多台服务器和存储设备组成，在为用户存储数据的同时还为用户的虚拟桌面提供操作系统和应用软件。由于桌面云是在服务器上并发访问存储资源，因此对于IOPS要求非常高。为此我们测试了几类集中存储SAN和分布式存储vSAN，通过IOMeter来测算IOPS，最终vSAN在此方面胜出，且vSAN的授权已经包含在桌面云授权中，实际测算下来，其总成本低于传统集中存储。 在iLogistics云计算平台中，使用vSAN作为桌面云的存储，使用传统SAN作为用户数据的存储设备，同时针对SAN做了关键数据的备份。 桌面云对于服务器的压力还集中在CPU方面，如图1所示，不同的场景对于服务器CPU的负载需求不尽相同。为此，在重构iLogistics云计算平台时，尽量选用性能较高的CPU。
GPU 没有GPU的情况下，系统所用的显示适配器功能是由CPU模拟的。经过测试，CPU模拟会给服务器额外造成30%的压力，且显示效果降低。为此，为每个桌面都分配了vGPU，从而提高显示效果并减轻服务器压力，提高单台服务器承载桌面并发数。此外，对于Photoshop、3DSMax等设计类软件，存在GPU会给软件体验带来显著提高的现象，尤其是3DSMax类软件，没有GPU无法正常运行。 云计算平台中，上海海事大学选用了同种型号的GPU卡，便于卡的共享，并且充分考虑资源的集约利用。普通桌面对于GPU卡的要求较低，而艺术设计类用户要求较高，我们为不同类用户启用了不同的GPUProfile，并尽量平均分布在多台服务器中，从而最大化发挥GPU卡的效能，提高艺术设计类的效果。 智慧教室 上海海事大学智慧教室的建设主要面向翻转课堂，内部采用无线网络访问的模式，学生自带便携式计算机，教室内有活动门板。教师授课时，门板收缩掉；分组讨论时，活动门板展开，大房间分隔成多个封闭的小房间便于小组讨论。这种布局深受师生欢迎，教学效果良好。 （作者单位为上海海事大学） |
