基于虛擬化技術(shù)的信息化教學(xué)保障模式研究與應(yīng)用

郭超

摘要：針對(duì)信息化教學(xué)保障工作中的矛盾和難點(diǎn)，研究并應(yīng)用了一種基于虛擬化技術(shù)的保障模式，經(jīng)過(guò)實(shí)際部署運(yùn)用與長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試，在現(xiàn)有軟硬件環(huán)境下達(dá)到了提高保障效率的目的，對(duì)教學(xué)工作的開(kāi)展起到了良好的推動(dòng)作用。

關(guān)鍵詞：虛擬化; 教學(xué)實(shí)驗(yàn);保障模式

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，軟件在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位越來(lái)越突出，各院校部署應(yīng)用的新型軟件越來(lái)越多，在信息化教學(xué)中發(fā)揮了重要作用。但是，與軟件系統(tǒng)的快速發(fā)展相比，現(xiàn)有信息化教學(xué)環(huán)境的保障能力建設(shè)相對(duì)滯后，在一定程度上影響了教學(xué)的效果，急需改進(jìn)和提高。

一、教學(xué)實(shí)驗(yàn)保障工作的現(xiàn)狀

（一）設(shè)備種類多，配置差異大。院?，F(xiàn)有信息化教學(xué)環(huán)境一般由通用計(jì)算機(jī)教室和專業(yè)實(shí)驗(yàn)室構(gòu)成，教學(xué)設(shè)備以臺(tái)式計(jì)算機(jī)為主，隨著“智慧校園”潮流的興起又陸續(xù)增配了筆記本、一體機(jī)、平板電腦以及大屏幕觸控電視等。雖然同一房間內(nèi)的設(shè)備型號(hào)基本相同或相似，但是教室或?qū)嶒?yàn)室用途各不相同，規(guī)劃、建設(shè)和投入使用的時(shí)間有先后，設(shè)備配置種類多、性能差別較大，導(dǎo)致跨教室管理和維護(hù)的難度較大。

（二）軟件故障是保障維修的重難點(diǎn)。計(jì)算機(jī)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)需要對(duì)硬件和軟件分別進(jìn)行排查。從總體情況看，必須更換的硬件絕大部分是正常磨損消耗的外部輸入設(shè)備以及存儲(chǔ)設(shè)備，個(gè)別因?yàn)殪o電、灰塵導(dǎo)致的元器件報(bào)警或者接觸不良問(wèn)題通過(guò)拆卸清潔并重新設(shè)置參數(shù)就能恢復(fù)正常。相對(duì)于硬件，軟件發(fā)生故障的概率更高、次數(shù)更頻繁，主要表現(xiàn)為：操作系統(tǒng)與硬件不兼容，驅(qū)動(dòng)程序工作異常導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。

二、基于虛擬化技術(shù)的保障模式設(shè)計(jì)與研究

通過(guò)上文的分析可以看出，信息化教學(xué)保障的主要矛盾在于軟件環(huán)境的部署配置過(guò)于繁瑣。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，部署云桌面系統(tǒng)對(duì)客戶端軟件環(huán)境進(jìn)行統(tǒng)一管理是目前主流的解決方案，但是同時(shí)也產(chǎn)生了新問(wèn)題。虛擬云桌面有三類典型架構(gòu)，分別為：VDI（Virtual Desktop Infrastucture，虛擬桌面基礎(chǔ)設(shè)施）[1]，IDV（Intelligent Desktop Virtualization，智能桌面虛擬化）[2]和VOI（Virtual Operatingsystem Infrastructure，虛擬系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施）[3]。VDI的特點(diǎn)：一是所有的運(yùn)算都在服務(wù)器上完成，部署時(shí)需要購(gòu)買(mǎi)大量的服務(wù)器和云終端，投入的經(jīng)濟(jì)成本較多;二是應(yīng)用程序的圖形處理需求越來(lái)越高，對(duì)運(yùn)行云桌面系統(tǒng)的服務(wù)器性能提出了新的挑戰(zhàn);針對(duì)已有的教學(xué)環(huán)境，可以借鑒各種架構(gòu)的特點(diǎn)，將虛擬化技術(shù)與其它措施手段相結(jié)合，在基于現(xiàn)有硬件的前提下實(shí)現(xiàn)并應(yīng)用一種近似于云桌面系統(tǒng)管理方式的保障模式。

（一）軟件環(huán)境“插件化”

對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，硬件是載體，軟件是靈魂，所有操作都圍繞軟件來(lái)進(jìn)行。因此操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件應(yīng)當(dāng)易于部署，方便替換，像“插件”一樣根據(jù)需要進(jìn)行搭配組合。軟件環(huán)境“插件化”主要包含三個(gè)內(nèi)容，即虛擬硬盤(pán)化、應(yīng)用軟件綠色化、虛擬機(jī)化。

1.虛擬硬盤(pán)化

傳統(tǒng)的軟件部署過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，只適合少量設(shè)備的管理維護(hù)。本文探討的保障模式引入了“虛擬硬盤(pán)”，將“安裝配置”變換為“復(fù)制替換”，重在解決軟件部署的效率問(wèn)題。虛擬硬盤(pán)（VHD/VHDX）是一種文件格式，既可以模擬物理磁盤(pán)存放數(shù)據(jù)，又支持操作系統(tǒng)的啟動(dòng)引導(dǎo)。虛擬硬盤(pán)還支持創(chuàng)建差異子文件，父文件只讀，修改操作全部保存到子文件中，因此子文件的容量相對(duì)父文件要小得多;一個(gè)父文件可以創(chuàng)建多個(gè)子文件，各子文件之間互相獨(dú)立。2020年由國(guó)內(nèi)網(wǎng)名為longpanda的程序員發(fā)布的引導(dǎo)程序Ventoy[4]可以對(duì)虛擬硬盤(pán)文件快速識(shí)別和引導(dǎo)，利用該特性可以在統(tǒng)一的操作系統(tǒng)下為每個(gè)用戶或軟件創(chuàng)建各自的系統(tǒng)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)多操作系統(tǒng)共存。

2.應(yīng)用軟件綠色化

虛擬硬盤(pán)的使用雖然加快了軟件部署的進(jìn)程，但是相對(duì)于軟件本身來(lái)說(shuō)差異子文件依然偏大，分發(fā)時(shí)需要更多的時(shí)間，使用時(shí)還需要切換系統(tǒng)。因此，可以通過(guò)VMware Thinapp等工具對(duì)應(yīng)用軟件進(jìn)行綠色化處理，生成的軟件包無(wú)需復(fù)雜的安裝過(guò)程就可以復(fù)制到其它設(shè)備上直接使用，最大程度簡(jiǎn)化軟件部署和使用的過(guò)程。

（二）構(gòu)建基于虛擬化技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)環(huán)境

信息化教學(xué)離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò)，因此必須有完善的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)進(jìn)行支撐，重點(diǎn)是提供網(wǎng)絡(luò)配置與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)。人工配置IP地址的方式效率低下，發(fā)生沖突時(shí)不易排查，為了提高保障效率，可在算力充裕的設(shè)備上通過(guò)虛擬機(jī)部署開(kāi)源的、基于Linux核心的OpenWRT或者LEDE等路由管理系統(tǒng)，并將其它設(shè)備設(shè)置為自動(dòng)獲取IP地址。此時(shí)網(wǎng)絡(luò)地址全部通過(guò)路由管理系統(tǒng)自動(dòng)分配，避免了沖突，地址配置得到了優(yōu)化?；谟布膬?yōu)勢(shì)，虛擬機(jī)的計(jì)算能力遠(yuǎn)強(qiáng)于普通路由器或交換機(jī)，流量調(diào)度能力更強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)通信的速度和質(zhì)量得到了進(jìn)一步提升。

實(shí)驗(yàn)證明，改進(jìn)后的保障模式節(jié)約了大量的時(shí)間和人力，操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件均能穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到了預(yù)期的目的，部分經(jīng)驗(yàn)和方法可以推廣應(yīng)用到辦公環(huán)境的管理中。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馬婧.多種主流桌面虛擬化技術(shù)在高校中的應(yīng)用[J]. 電子技術(shù)與軟件工程，2019，14：154-155.

[2] 楊林興，曾祥天.多媒體教室虛擬化設(shè)計(jì)[J]. 教育現(xiàn)代化，2018， 53（5）： 204-205，208.

[3] 邵凌.桌面虛擬化在信息安全管理中的應(yīng)用 [J].計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)，2014，40（13）：55-58.

[4] Ventoy [EB/OL]. https：//www.ventoy.net/cn/index.html

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