基于桌面虛擬化的多媒體教室建設(shè)

劉艷超 冷紅凡 王維虎

[摘 ? ?要] 隨著智慧校園建設(shè)的發(fā)展與虛擬化技術(shù)的不斷成熟，傳統(tǒng)桌面教學(xué)問(wèn)題日益突出。為進(jìn)一步提高信息化教學(xué)水平，探索新的桌面教學(xué)方式十分必要。首先分析傳統(tǒng)桌面教學(xué)存在的問(wèn)題和當(dāng)前虛擬化技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn);然后提出基于VMware的桌面虛擬化架構(gòu);最后進(jìn)行總結(jié)。桌面虛擬化給教師提供易用的、個(gè)性化的、靈活性、高性能的教學(xué)環(huán)境，給管理者提供智能化和規(guī)范化的管理環(huán)境。

[關(guān)鍵詞] 桌面虛擬化;智慧教學(xué);VMware;多媒體

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2020. 13. 095

[中圖分類號(hào)] G484 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] ?A ? ? ?[文章編號(hào)] ?1673 - 0194（2020）13- 0224- 03

0 ? ? ?引 ? ?言

當(dāng)前，大部分高校采用傳統(tǒng)獨(dú)立完整PC物理機(jī)和網(wǎng)絡(luò)組合模式的桌面教學(xué)方式，基本滿足教學(xué)需要，但是隨著多媒體規(guī)模擴(kuò)大、網(wǎng)絡(luò)安全要求提高、師生追求更加個(gè)性化和更具靈活性的教學(xué)方式，傳統(tǒng)桌面教學(xué)開始凸顯各類問(wèn)題。另外，成熟的桌面虛擬化和云計(jì)算技術(shù)已經(jīng)普及，企業(yè)具備實(shí)施桌面虛擬化技術(shù)資質(zhì)和技術(shù)保障支持能力，桌面虛擬化成為桌面教學(xué)方式改革的重要方向，，可以促進(jìn)智慧教學(xué)和智慧校園無(wú)縫對(duì)接，提供“桌面即服務(wù)”和“按需交付”的服務(wù)方式。

1 ? ? ?高校傳統(tǒng)多媒體桌面教學(xué)存在的問(wèn)題

1.1 ? 存在安全隱患，維護(hù)困難

一方面，傳統(tǒng)多媒體桌面教學(xué)模式由于終端數(shù)量眾多且重要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于本地、使用者技能參差不齊、信息安全意識(shí)不強(qiáng)和系統(tǒng)安全隱患日益增多等因素，數(shù)據(jù)泄露和丟失風(fēng)險(xiǎn)加大，桌面教學(xué)終端成為安全隱患集中爆發(fā)的地方;另一方面，由于開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、不確定的使用者、病毒和黑客的攻擊以及病毒類型復(fù)雜和傳輸途徑多等因素，病毒的感染和傳播難以控制，多媒體計(jì)算已成為病毒的重災(zāi)區(qū)，比如釣魚網(wǎng)站、使用含有病毒的存儲(chǔ)設(shè)備等，一旦某臺(tái)計(jì)算機(jī)感染病毒，很可能快速導(dǎo)致局域網(wǎng)癱瘓，甚至影響教學(xué)秩序;此外，傳統(tǒng)的桌面教學(xué)安全防護(hù)升級(jí)比較困難，要考慮到設(shè)備的品牌型號(hào)和兼容性等因素，具有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性和實(shí)施的困難性，升級(jí)效果不理想。

1.2 ? 資源利用率低，成本高，擴(kuò)展性差

第一，傳統(tǒng)的桌面終端因技術(shù)發(fā)展、教室環(huán)境、自然老化損耗和人為損壞等因素，計(jì)算機(jī)的軟硬件故障率上升，陷入采購(gòu)、淘汰和再采購(gòu)的惡性循環(huán)中，不斷地投入人力、物力和財(cái)力進(jìn)行更新?lián)Q代和維護(hù);第二，桌面教學(xué)需要承擔(dān)多種課程的教學(xué)任務(wù)，但是傳統(tǒng)桌面教學(xué)對(duì)物理資源（存儲(chǔ)和CPU等）利用率極低，如學(xué)校所有開設(shè)課程的專業(yè)軟件需要在獨(dú)立PC機(jī)上安裝，但使用較少。因此，在采購(gòu)時(shí)按照應(yīng)用最高需求進(jìn)行配備，浪費(fèi)資源;第三，高校的桌面教學(xué)終端數(shù)量多，耗電量大，不利于響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，同時(shí)對(duì)遇到資源瓶頸的機(jī)器進(jìn)行擴(kuò)展，要求原始機(jī)器的可擴(kuò)展性高，增加經(jīng)濟(jì)成本;第四，由于傳統(tǒng)的桌面教學(xué)終端是面向全校師生，涉及多個(gè)專業(yè)或課程，經(jīng)常要花費(fèi)大量時(shí)間安裝和更新計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、激活各類應(yīng)用軟件，重復(fù)性工作多，加上高校面積較大，教學(xué)樓比較分散，終端分布不同區(qū)域，增加了人力成本投入，同時(shí)要求技術(shù)人員具有較高的技術(shù)能力。

1.3 ? 個(gè)性化需求得不到滿足

一方面，為了保護(hù)物理機(jī)器和信息安全，采取了一系列保護(hù)措施，例如還原卡等，這樣會(huì)造成機(jī)器重啟后，個(gè)性化的設(shè)置、應(yīng)用、軟件、課堂重要成果和實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境等都無(wú)法留存和遷移，以至于在新環(huán)境中需要重新部署，需要做大量重復(fù)工作，耗時(shí)耗力，體驗(yàn)感差，存在著“用戶個(gè)性化”與“管理規(guī)范化”之間的矛盾;另一方面，對(duì)于管理者而言，無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控每臺(tái)機(jī)器的使用情況，無(wú)法對(duì)每臺(tái)機(jī)器快速、動(dòng)態(tài)地調(diào)配資源，不能做到提前預(yù)警和維護(hù)。

由此可見，傳統(tǒng)的多媒體桌面教學(xué)模式已成為發(fā)展瓶頸，積極探索新的桌面教學(xué)模式已成為必然。虛擬化及云技術(shù)不斷發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)品日趨成熟，可以高效整合資源，節(jié)約成本。

2 ? ? ?桌面虛擬化在多媒體教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 ? 桌面虛擬化概述

虛擬化技術(shù)起源于對(duì)分式系統(tǒng)時(shí)代，將多個(gè)進(jìn)程運(yùn)行在同臺(tái)物理機(jī)上;將應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)與底層的硬件設(shè)備進(jìn)行邏輯隔離，把物理硬件（CP、內(nèi)存、磁盤和I/O等）資源變成可動(dòng)態(tài)管理的邏輯的“資源池”，為用戶提供抽象的和虛擬的硬件環(huán)境，按需調(diào)配。

桌面虛擬化在虛擬化技術(shù)基礎(chǔ)上應(yīng)運(yùn)而生，把多用戶、多桌面、多環(huán)境的用戶系統(tǒng)集中起來(lái)，遷移到管理段的數(shù)據(jù)中心，通過(guò)虛擬機(jī)監(jiān)視器隱藏特定計(jì)算平臺(tái)的實(shí)際物理特性，統(tǒng)一管理資源，分離了物理設(shè)備和應(yīng)用系統(tǒng)間的緊密耦合，將核心的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和運(yùn)算執(zhí)行部分或者全部集中在后端，對(duì)于交付給任何地點(diǎn)、時(shí)間和具有使用權(quán)限的桌面終端通過(guò)遠(yuǎn)程協(xié)議從數(shù)據(jù)中心上獲取資源。以“桌面即服務(wù)”方式，為不同學(xué)科教師、不固定需求和對(duì)電腦使用不熟悉的人員提供較好的計(jì)算機(jī)教學(xué)環(huán)境和體驗(yàn)感。

2.2 ? 桌面虛擬化的優(yōu)勢(shì)

（1）安全穩(wěn)定，易操作。一方面，桌面虛擬化具有獨(dú)特的架構(gòu)、資源配置、權(quán)限設(shè)置、冗余和容錯(cuò)、備份技術(shù)等優(yōu)勢(shì)，例如終端一體化的設(shè)計(jì)減少了病毒的入口，再通過(guò)服務(wù)器的集中過(guò)濾，使數(shù)據(jù)和系統(tǒng)安全具有可控性，極大地降低了系統(tǒng)數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)、傳輸和管理的風(fēng)險(xiǎn)，為教學(xué)提供安全的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境;另一方面，通過(guò)遠(yuǎn)程對(duì)每臺(tái)客戶端的健康狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，做到提前預(yù)警和動(dòng)態(tài)調(diào)整資源以及設(shè)置安全策略等，使機(jī)器減少受到外部網(wǎng)絡(luò)的攻擊和侵入，一旦系統(tǒng)或數(shù)據(jù)遭到軟件兼容性、病毒或誤操作等問(wèn)題，支持多種部署，無(wú)須到現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)，利用其“快速、安全、方便”的特性，快速恢復(fù)到最新備份狀態(tài)，極大地保障系統(tǒng)和用戶數(shù)據(jù)的安全;此外，還具有其他安全策略，如有效地避免人為或意外導(dǎo)致的數(shù)據(jù)泄露或損失、不中斷用戶工作的情況下進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)、負(fù)載均衡、動(dòng)態(tài)遷移、故障自動(dòng)隔離等，提供一種高可靠服務(wù)器應(yīng)用環(huán)境。

（2）綜合成本低。一方面，桌面虛擬化具有便捷的分配、部署和回收軟硬件資源功能，在滿足教學(xué)需求的條件下，降低對(duì)客戶端配置的支持、對(duì)物理硬件的依賴和減少軟件注冊(cè)成本;另一方面，采用瘦客戶端替代傳統(tǒng)PC，不但可以降低每個(gè)桌面40%的成本，而且減輕硬件損壞和延長(zhǎng)客戶端使用壽命，縮短了計(jì)算機(jī)的升級(jí)換代更新周期，進(jìn)而降低了經(jīng)濟(jì)成本;此外，對(duì)于桌面虛擬化的管理，更多采用遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)管理，通過(guò)智能化、集中化地對(duì)系統(tǒng)和應(yīng)用進(jìn)行批量升級(jí)和修復(fù)，極大地減少維護(hù)時(shí)間和人員成本。

（3）便捷管理，易擴(kuò)展。一方面，虛擬化技術(shù)解耦系統(tǒng)與硬件的相關(guān)性，突破軟硬件環(huán)境的差異，重點(diǎn)工作由傳統(tǒng)每臺(tái)PC管理轉(zhuǎn)移到對(duì)服務(wù)端資源的集中管理;另一方面，桌面虛擬化終端一般采用一體化的設(shè)計(jì)，無(wú)軟驅(qū)、無(wú)光驅(qū)、無(wú)硬盤，簡(jiǎn)化管理和維護(hù)，同時(shí)軟件硬件穩(wěn)定可靠，提高工作效率。例如，對(duì)于管理者來(lái)說(shuō)，工作重心從對(duì)數(shù)量龐大的各類終端業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)中心（服務(wù)端）上，利用虛擬化的智能化、批量化和自動(dòng)化功能完成工作，使管理者從大量重復(fù)工作中解脫，利于業(yè)務(wù)水平及創(chuàng)新性的提高和降低管理人員的工作量和管理難度;與此同時(shí)，對(duì)于教師來(lái)說(shuō)，“集中管理，分布使用”模式不僅把分散的終端和軟硬件資源統(tǒng)一起來(lái)，使用者通過(guò)在資源池中申請(qǐng)相關(guān)教學(xué)應(yīng)用資源，利用克隆技術(shù)快速部署，具有很強(qiáng)適應(yīng)性，還可以在不同教室使用個(gè)人私有的桌面，不受設(shè)備、地點(diǎn)和時(shí)間限制靈活訪問(wèn)桌面及其應(yīng)用;此外，隨著發(fā)展的需要，對(duì)于虛擬化的架構(gòu)，在不影響正常使用的情況下，容易實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)地?cái)U(kuò)展網(wǎng)絡(luò)、負(fù)載均衡、服務(wù)器和存儲(chǔ)等資源。

（4）個(gè)性化強(qiáng)，體驗(yàn)性好。一方面，虛擬化桌面支持多操作系統(tǒng)應(yīng)用，教師根據(jù)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)要求可隨意切換、搭建和保存各種環(huán)境，管理員放權(quán)讓老師和學(xué)生管理自己的個(gè)性化操作系統(tǒng)，而且個(gè)性化操作系統(tǒng)界面與物理計(jì)算機(jī)無(wú)關(guān)，隨賬號(hào)而不同，同時(shí)降低了教師對(duì)計(jì)算機(jī)的技能要求，一旦出現(xiàn)故障，可以還原到最新備份節(jié)點(diǎn)，保障教師能夠有較好的體驗(yàn)感;另一方面，教學(xué)終端的壓縮，減少了噪聲干擾和降低輻射，倡導(dǎo)了綠色健康;此外具有豐富的管理功能。如“遷移”“遠(yuǎn)程開關(guān)機(jī)”“克隆”和“快照”等功能，滿足教學(xué)和維護(hù)雙重需要，給用戶多樣化的體驗(yàn)和個(gè)性化的服務(wù)管理。

3 ? ? ?基于虛擬化的教學(xué)桌面架構(gòu)

當(dāng)前虛擬化技術(shù)成熟度很高，主要產(chǎn)品：Hyper-v、Phantosys桌面虛擬化、VMware vSphere、Citrix Xen Desktop、H3C云桌面、銳捷云桌面、OpenStack虛擬云桌面等。由于VMWare在數(shù)據(jù)中心虛擬化平臺(tái)管理方面有較好的使用效果，且具有完整的ESXi主機(jī)，能形成各種性能報(bào)表，便于故障的診斷與維護(hù)。本文以高校傳統(tǒng)的多媒體教學(xué)桌面為例，提出一種基于VMware Horizon的解決傳統(tǒng)桌面教學(xué)的架構(gòu)，如圖1所示。

圖1分為服務(wù)器虛擬化和桌面虛擬化拓?fù)浼軜?gòu)和功能示意圖。①在物理服務(wù)器硬件上搭建ESX環(huán)境，構(gòu)建服務(wù)器底層虛擬化環(huán)境。②在服務(wù)器虛擬化基礎(chǔ)上，搭建桌面虛擬化環(huán)境，主要組件如下：客戶端設(shè)備（胖終端和瘦終端），其中胖終端把部分計(jì)算和存儲(chǔ)能力放在本地，瘦終端全部放在數(shù)據(jù)中心，這樣可以在教學(xué)區(qū)不受地點(diǎn)、時(shí)間限制訪問(wèn)桌面;View Connection Server：為客戶端提供連接服務(wù)，再通過(guò)Windows AD（Active Directory）對(duì)教師身份進(jìn)行驗(yàn)證，并將請(qǐng)求指向到虛擬機(jī)中對(duì)應(yīng)的桌面，再通過(guò)PCoIP協(xié)議將用戶的會(huì)話以圖像的方式進(jìn)行壓縮，將授權(quán)的特定資源傳輸給用戶;VMware ThinApp：簡(jiǎn)化應(yīng)用程序管理和分配，快速靈活地為用戶部署應(yīng)用程序;View Client：客戶端軟件;除此之外，還有View Agent、View Composer、View Transfer Server等。

4 ? ? ?總 ? ?結(jié)

伴隨信息技術(shù)的發(fā)展、智慧教學(xué)和智慧校園建設(shè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的桌面教學(xué)方式已不能滿足當(dāng)今高校教學(xué)的需要。本文對(duì)傳統(tǒng)的桌面教學(xué)存在的問(wèn)題進(jìn)行闡述分析，提出基于VMware的桌面虛擬化解決架構(gòu)，提出了一種具有安全性、機(jī)動(dòng)性、靈活性、高效性的、可快速部署、低成本的解決方案，促進(jìn)高校智慧教學(xué)的發(fā)展。該方案可能會(huì)存在以下問(wèn)題：初始建設(shè)成本高;要求技術(shù)人員具備一定的虛擬化技術(shù)。但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看，隨著虛擬化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和完善，虛擬桌面在高校教學(xué)中會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。

主要參考文獻(xiàn)

[1]李章強(qiáng).虛擬桌面架構(gòu)的大學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)房環(huán)境建設(shè)[J].電腦迷，2018（7）：72.

[2]張媛.云時(shí)代圖書館桌面虛擬化帶來(lái)的管理技術(shù)變革[J].新世紀(jì)圖書館，2013（4）.

[3]李貴貴.基于OpenStack虛擬云桌面系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].南京：東南大學(xué)，2017.