基于IDV云桌面的數(shù)字媒體創(chuàng)新實驗室應(yīng)用研究

摘要：參照數(shù)字媒體專業(yè)的課程體系，通過分析VDI、VOI、IDV三種不同的虛擬云桌面技術(shù)提出了基于IDV云桌面的數(shù)字媒體創(chuàng)新實驗室的建設(shè)方案。介紹了IDV網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、基于IDV的實驗室云桌面方案部署規(guī)劃、基于IDV的數(shù)媒創(chuàng)新實驗室云桌面方案優(yōu)勢。該方案可以滿足實驗室管理員極簡運維工作模式并可以實現(xiàn)實驗實訓(xùn)課程嵌套虛擬化。

關(guān)鍵詞：云桌面;IDV;1+X;數(shù)字媒體技術(shù)

中圖分類號：G206-4?文獻標(biāo)識碼：A?文章編號：1672-9129（2020）08-0058-02

引言：隨著云計算技術(shù)和應(yīng)用的普及，帶動了桌面虛擬化的發(fā)展，相比傳統(tǒng)PC的應(yīng)用方案，其具有管理維護簡單，數(shù)據(jù)安全可靠，終端綠色低能，部署高效靈活等特點，越來越受到教育行業(yè)的關(guān)注，是未來校園IT構(gòu)架發(fā)展和信息化建設(shè)的趨勢，也已成為校園未來信息化改造和建設(shè)的重點考慮方案。目前，銅陵學(xué)院數(shù)計學(xué)院實驗室打算采用桌面虛擬化，構(gòu)建一個按需定制、動態(tài)高效、靈活擴展、全面管理、穩(wěn)定可靠、可持續(xù)發(fā)展的新一代云計算IT基礎(chǔ)架構(gòu)的桌面云系統(tǒng)，為實驗機房教學(xué)提供安全可靠、彈性擴展的基礎(chǔ)運行環(huán)境。為了改善信息化實驗實訓(xùn)環(huán)境，根據(jù)地方應(yīng)用型高水平大學(xué)建設(shè)的總體目標(biāo)和學(xué)校十三五信息化建設(shè)發(fā)展規(guī)劃要求，2019年我院申報了多媒體云教室建設(shè)項目。

1?計算機相關(guān)專業(yè)實驗室現(xiàn)狀

數(shù)計學(xué)院共有8間專業(yè)機房，承載全院上機實踐、認知實習(xí)、課程設(shè)計、等級考試、開放競賽等任務(wù)。每個教室根據(jù)課程安排，安裝的軟件不一致，由于電腦配置限制，無法滿足計算機應(yīng)用軟件的升級。比如大數(shù)據(jù)專業(yè)數(shù)據(jù)分析類軟件spss、Python、matlab等需要主機內(nèi)存大，CPU高主頻e5以上，但顯卡需求不大;數(shù)字媒體創(chuàng)新實驗室需要安裝習(xí)adobe公司的圖形圖像，視音頻相關(guān)軟件以及Cinema4D、Unity等建模動漫設(shè)計軟件需要主機CPU9代，對顯卡要求N卡以上才能渲染和顯示流暢。

1.1傳統(tǒng)多媒體電腦管理難點。

（1）“電腦藍屏”是實驗室管理員最普遍遇到的問題，人少設(shè)備多，教師臨時安裝軟件需遇事跑現(xiàn)場，電腦運行速度拖慢;

（2）計算機等級考試等考試環(huán)境部署，尤其目前“1+X”高校課程信息化建設(shè)鏡像布局，以及IP地址段都要與普通教學(xué)有所區(qū)別;軟件更新以及操作系統(tǒng)的更換耗時大;

（3）機房維護更換了不兼容的硬件配件，導(dǎo)致還原卡同傳失敗。網(wǎng)絡(luò)同傳對PC的硬件如硬盤、內(nèi)存、主板等型號要求苛刻，如硬盤批次與同傳軟件不兼容則無法實現(xiàn)同傳，就無法實現(xiàn)統(tǒng)一管理，還會出現(xiàn)藍屏或同傳失敗等問題;

（4）第三方教學(xué)管理軟件特定時效后因為系統(tǒng)參數(shù)更改存在無法安裝或者破解，學(xué)生上課不能實時共享教師機屏幕，作業(yè)上傳等基本功能，更無法實現(xiàn)基于課程額鏡像管理。

1.2從運維角度提出桌面云建設(shè)需求。

（1）部署機房效率要高。相較于傳統(tǒng)的前端為交換機，主機，顯示器，云桌面上線過程非?？欤岸思礊榻K端或者一體機，上架插電即可。部署系統(tǒng)，只需要制作一個云桌面鏡像，目前技術(shù)可以支持Web的界面配置，只需登錄Web界面，即可進行鏡像的編輯和制作，新建用戶組和相關(guān)課程，進行下發(fā)。云終端的分發(fā)用小盒子，便于攜帶。以120個點位的PC部署為例，逐臺拆裝機，灌Ghost和教學(xué)軟件需要2-4天，而120個點位的云桌面全部部署完成只需4-6小時，部署時間大大減少，運維效率大大提升。

（2）配置考試環(huán)境，克服周期長，容錯率低。以銅陵學(xué)院為例，計算機等級考試需要提前一周停課，部署考試環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)同傳模式周期長，容錯率低。而在IDV架構(gòu)模式下，WEB界面制作模板鏡像，最多支持1000臺終端鏡像下發(fā)，大大提升工作效率。

（3）終端系統(tǒng)問題方便解決。提供集中式的統(tǒng)一管理平臺，能夠?qū)Χ鄨鼍暗淖烂妗⒔K端、用戶統(tǒng)一管理，同時，能夠根據(jù)不同場景的不同需要，結(jié)合場景特點，按需分配;終端系統(tǒng)問題，可以實現(xiàn)異地解決，通過遠程協(xié)助快捷定位，選擇服務(wù)器虛擬端系統(tǒng)鏡像極速還原，終端只需重啟即可恢復(fù)正常使用。

（4）平臺自身具備極高的可擴展性，能夠考慮及滿足學(xué)院實驗室未來的擴展需要。

2?虛擬云桌面技術(shù)

虛擬化的發(fā)展史即是云桌面的發(fā)展史，主要分為三個階段，第一階段是1959年開始的IBM大型機虛擬化階段，主要是解決硬件資源不足的問題，初步創(chuàng)設(shè)虛擬化相關(guān)協(xié)議和技術(shù);第二階段1989-2006年是虛擬化技術(shù)探索階段，VMware、Citrix 、微軟等公司相繼發(fā)布虛擬化產(chǎn)品，這個階段是虛擬技術(shù)的積累期和沉淀期。2006年至今是虛擬化的蓬勃發(fā)展階段，VDI、IDV、VOI等多種虛擬云桌面按需求和布局應(yīng)用在各大高校云課堂和云辦公。

2.1 VDI（Virtual Desktop Infrastructure）系統(tǒng)架構(gòu)[1]。VDI虛擬桌面架構(gòu)，俗稱虛擬云桌面，是目前高校機房云桌面建設(shè)使用率最高的，主要特點是利用虛擬化層在服務(wù)器端，服務(wù)器資源進行管理和計算，給終端提供各項支持，實現(xiàn)集中管理，集中運行，俗稱“瘦終端”。滿足公共課基礎(chǔ)教學(xué)，頻繁部署考試環(huán)境，無大型建模、運算、圖像處理、渲染等教學(xué)需求。

2.2 VOI（Virtual Operating system Infrastructure）系統(tǒng)架構(gòu)[2]。VOI稱為虛擬系統(tǒng)架構(gòu)，沒有硬件虛擬化層，該模式區(qū)別于VDI架構(gòu)，可以支持離線運行，通過管理軟件可以集中管理桌面系統(tǒng)，終端體驗和傳統(tǒng)PC無異，兼容性好，服務(wù)器端集中存儲，終端分布運算的系統(tǒng)架構(gòu)。

2.3 IDV（Intelligent Desktop Virtualization）系統(tǒng)架構(gòu)[3][4]。IDV稱為智能桌面虛擬化，相較于傳統(tǒng)的VDI模式，目前業(yè)內(nèi)云桌面方案較前沿方式是IDV架構(gòu)，服務(wù)器上運行主要是管理作用，虛擬化層在終端本地，終端有很大的運算資源支撐，對終端圖形圖像處理能力要求較高，能支持3DMAX，渲染教學(xué)，支持高并發(fā)的IO讀寫，四六級/ATA考試等，實現(xiàn)集中管理，分布運行。

數(shù)計學(xué)院實驗中心組織相關(guān)人員就數(shù)字媒體創(chuàng)新實驗室桌面云系統(tǒng)建設(shè)需求開展了多方面的調(diào)研，研討桌面云建設(shè)條件和軟硬件配備標(biāo)準(zhǔn)。對各種規(guī)格型號的軟硬件質(zhì)量、性能、價格、服務(wù)進行了分析、比較，并選擇多家廠商對桌面云系統(tǒng)軟硬件設(shè)備進行詢價。經(jīng)過調(diào)研和實際運維管理，數(shù)字媒體創(chuàng)新實驗室云桌面建設(shè)，VDI云桌面有明顯不足，可靠性低，嚴重依賴網(wǎng)絡(luò)，斷網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò)擁堵則無解，對服務(wù)器性能和網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性要求高。數(shù)字媒體實驗室承擔(dān)數(shù)字媒體專業(yè)視覺傳達方向、建模動畫方向、計算機編程方向各種實驗教學(xué)如圖1所示，影視編輯After Effect，Cinema4D后期渲染以及3D Max建模等均要求計算機的CPU算力和硬盤的IO性能有較高要求，VDI架構(gòu)硬件全靠虛擬，低端無顯卡，高端價格過高，性價比不高，不能滿足數(shù)字媒體實驗室云桌面部署。

3?基于IDV的計算機實驗室建設(shè)內(nèi)容

3.1基于IDV的計算機實驗室網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。通過云主機連接云終端，實現(xiàn)基于IDV的云桌面架構(gòu)。IDV的虛擬化層在終端本地，不同課程所需要的操作系統(tǒng)鏡像不同，都在虛擬化層以虛擬機的形式呈現(xiàn)。終端鏡像可分為還原模式和非還原模式。

在云主機上通過設(shè)置虛擬教師對應(yīng)現(xiàn)實中的PC機房（通過IP地址范圍設(shè)定），接入交換機（48口）交換容量不小于336Gbps，轉(zhuǎn)發(fā)性能不小于166Mpps;固化10/100/1000M以太網(wǎng)端口不小于48，固化1G的SFP光接口4個;整機最大可用千兆口滿足數(shù)字媒體實驗機房140點位。網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.2基于IDV的實驗室云桌面方案部署。

（1）云管理服務(wù)器：采購1臺云管理控制器，型號CT5330S，自身需具備優(yōu)秀的性能和高穩(wěn)定性提供統(tǒng)一的管理界面，鏡像管理、教室管理、終端管理，可拓展1000個點位的智能云終端運行。通過云端“一鍵還原”操作可快速恢復(fù)終端操作系統(tǒng)，無需重新安裝操作系統(tǒng)。

（2）教師機/學(xué)生機：IDV終端，Intel六核六線程i5高性能4.0G處理器，8GB內(nèi)存，256G固態(tài)硬盤，本地集成顯卡，千兆網(wǎng)口，8個USB端口，支持擴展內(nèi)存和硬盤。可以保證數(shù)字媒體專業(yè)核心軟件流暢運行，終端斷網(wǎng)可用，提升數(shù)字媒體實驗教學(xué)水平。

（3）教學(xué)管理軟件：基于IDV的云課堂配套教學(xué)互動軟件，可實現(xiàn)一鍵開啟或關(guān)閉智慧終端教學(xué)環(huán)境;提供從課前導(dǎo)學(xué)、環(huán)境準(zhǔn)備，課中教學(xué)互動到課后的作業(yè)布置全套軟件解決方案。

（4）云終端運維管理軟件：新采購1套云終端運維管理軟件（含140點云終端接入授權(quán)），采用集中管理的方式，解決軟件集中更新，批量關(guān)機重啟終端，一鍵還原系統(tǒng)，減少走查時間。提供對云終端和云桌面的遠程支撐服務(wù)，實驗教師在實訓(xùn)實驗課堂對學(xué)生上機實驗過程中的各種操作進行監(jiān)控和統(tǒng)計，主要包括系統(tǒng)保護、網(wǎng)絡(luò)安全、行為管理、資產(chǎn)管理、查詢統(tǒng)計等主要功能。

3.3基于IDV的數(shù)媒創(chuàng)新實驗室云桌面方案優(yōu)勢。

（1）IDV云桌面的核心技術(shù)特點是提供多種運維管理工具，標(biāo)準(zhǔn)化管理，降低維護難度。可以異地遠程協(xié)助辦公，一鍵恢復(fù)系統(tǒng)，應(yīng)用軟件集中更新與安裝，解決智能終端系統(tǒng)問題。同時服務(wù)器或者管理網(wǎng)絡(luò)中斷，本地系統(tǒng)不受影響，保障教學(xué)業(yè)務(wù)不因網(wǎng)絡(luò)故障而中斷。

（2）可以實現(xiàn)服務(wù)端鏡像（winXP、win7、win10、linux）的快速分發(fā)，包含服務(wù)器端發(fā)布更新鏡像;差異鏡像分組更新;分級下載技術(shù)，減少服務(wù)端壓力。

（3）支持嵌套虛擬化。例如“1+X”web前端、信息安全、安卓編程、BIM等實訓(xùn)課程需要使用虛擬化軟件完成教學(xué)，如安卓模擬器、計算機網(wǎng)絡(luò)Cisco Packet Tracer模擬器、操作系統(tǒng)虛擬機等。

（4）支持智能終端鏡像隱藏，讓考試鏡像更安全。實驗教師可以提前制作好考試鏡像并下發(fā)，設(shè)定考試時間點，同時為了避免學(xué)生提前進入系統(tǒng)看到考試內(nèi)容，造成考題的泄露，可以將該考試鏡像隱藏起來，終端是不可見的，到了考試取消隱藏，終端才可以看到鏡像。

4?結(jié)語

靈活的云桌面創(chuàng)建系統(tǒng)滿足數(shù)字媒體專業(yè)不同課程體系的應(yīng)用需求，多變的用戶管理模式應(yīng)對多種實驗的環(huán)境變化。靈活高效的平臺建設(shè)，將極大的促進實驗實踐教學(xué)體系改革。作為實驗室管理員，簡化實驗室運維工作，合理高效的利用新舊設(shè)備是創(chuàng)建虛擬云桌面實驗室的初衷，同時更要依據(jù)不同專業(yè)實驗實訓(xùn)課程體系不斷探索符合實際應(yīng)用的虛擬云桌面技術(shù)，完善實驗教學(xué)和管理工作。

參考文獻：

[1]張皓瑜，王梅.VDI架構(gòu)的云桌面技術(shù)在計算機實驗室的應(yīng)用[J].電腦編程技巧與維護，2019，26（1）：75-76，103.

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作者簡介：李巖（1983.10—），女，漢，遼寧省丹東市，碩士研究生，實驗師，多媒體技術(shù)，圖形圖像處理。