VDI+VOI融合的多媒體教室桌面云設(shè)計(jì)與實(shí)踐

張 穎，凌仕勇

(華東交通大學(xué) 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，南昌 330013)

VDI+VOI融合的多媒體教室桌面云設(shè)計(jì)與實(shí)踐

張 穎，凌仕勇

(華東交通大學(xué) 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，南昌 330013)

隨著云計(jì)算和虛擬化技術(shù)的快速發(fā)展，桌面云為高校教學(xué)用計(jì)算機(jī)和辦公用計(jì)算機(jī)的管理和維護(hù)帶來一種全新的技術(shù)架構(gòu)和管理模式。分析和比較VDI和VOI兩種主流桌面虛擬化技術(shù)，并根據(jù)學(xué)校實(shí)際應(yīng)用需求,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了VDI+VOI融合的多媒體教室桌面云解決方案,給出具體實(shí)施方案及個(gè)性化需求，并介紹桌面云環(huán)境搭建。實(shí)踐表明，桌面云的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)運(yùn)維管理、用戶數(shù)據(jù)、用戶體驗(yàn)完美融合，保障了教學(xué)的安全性和連續(xù)性，提供了個(gè)性化的桌面服務(wù)，實(shí)現(xiàn)桌面統(tǒng)一管理。

虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu)； 虛擬操作系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施； 多媒體教室； 桌面云

0 引 言

隨著信息化教學(xué)的深入，多媒體教室成為高校主要的教學(xué)環(huán)境。多媒體教室地理位置分散,終端數(shù)量多、配置多樣化、災(zāi)難恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)等問題給多媒體教室的管理和維護(hù)工作帶來諸多不便[1]，通過傳統(tǒng)模式管理和維護(hù)終端設(shè)備已經(jīng)變得越發(fā)困難，無法滿足教學(xué)需求。此外，應(yīng)用軟件和教學(xué)資源難以遷移，教師如果臨時(shí)調(diào)整教室，必須在新的PC機(jī)上重新安裝和部署軟件，重新上傳教學(xué)資源，課程的調(diào)整也嚴(yán)重受限。因此，急需尋求一種集中化、易于管理、易于資源遷移和獲取的解決方案。

近年來，桌面云因其“集中管理、靈活訪問、數(shù)據(jù)安全、綠色節(jié)能”的特點(diǎn)，為高校教學(xué)用多媒體計(jì)算機(jī)和辦公用計(jì)算機(jī)的管理和維護(hù)帶來了一種全新的技術(shù)架構(gòu)和管理模式。利用桌面云可以有效分離用戶物理終端和邏輯桌面，便于集中部署與工作、教學(xué)相關(guān)的邏輯桌面環(huán)境，達(dá)到統(tǒng)一管控[2]。

本文分析和比較VDI和VOI兩種主流的桌面虛擬化技術(shù)，結(jié)合學(xué)校對(duì)于多媒體教室桌面維護(hù)的應(yīng)用需求和教師的個(gè)性化辦公需求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了VDI+VOI融合的多媒體教室桌面云管理平臺(tái)，創(chuàng)新的將離線桌面VOI模式和在線桌面VDI模式結(jié)合。實(shí)踐表明，桌面云的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)運(yùn)維管理、用戶數(shù)據(jù)、用戶體驗(yàn)完美融合，保障了教學(xué)的安全性和連續(xù)性，提供了個(gè)性化的桌面服務(wù)，實(shí)現(xiàn)桌面統(tǒng)一管理。

1 相關(guān)研究工作

隨著云計(jì)算技術(shù)和虛擬化技術(shù)的快速發(fā)展，桌面虛擬化成為當(dāng)前發(fā)展最快和最具應(yīng)用前景的技術(shù)。Citrix、VMware、Microsoft、Oracle等國(guó)際IT巨頭公司以及國(guó)內(nèi)各大廠商陸續(xù)推出了桌面虛擬化產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)專家學(xué)者對(duì)桌面云相關(guān)技術(shù)做了大量研究，對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境優(yōu)化進(jìn)行了積極的探索[3-4]，對(duì)VDI和VOI模式進(jìn)行了理論探討[5-7]，對(duì)桌面云關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的研究[8-9]，并對(duì)桌面云進(jìn)行了有益的實(shí)踐[10-13]。

上述相關(guān)研究表明，研究者們對(duì)高校多媒體教室的桌面云系統(tǒng)，尤其是離線桌面和在線桌面融合的多媒體教室桌面云管理系統(tǒng)的研究仍存在空白。本文緊密結(jié)合學(xué)校實(shí)際應(yīng)用需求，重點(diǎn)研究VDI+VOI融合的多媒體教室桌面云管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，其特點(diǎn)在于從教學(xué)的安全性和連續(xù)性角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了一套離線桌面和在線桌面結(jié)合的桌面管理平臺(tái)，并將之應(yīng)用于高校智慧教室建設(shè)中，具有更為實(shí)用的應(yīng)用價(jià)值。

2 VDI+VOI融合桌面統(tǒng)一管理平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1業(yè)務(wù)需求分析

我校多媒體教室分布在南北校區(qū)的多棟教學(xué)樓，多媒體教室終端設(shè)備數(shù)量多，地理位置分散，軟件部署和系統(tǒng)升級(jí)工作量大。為了改善當(dāng)前多媒體教室管理現(xiàn)狀，同時(shí)滿足正常教學(xué)需求及教師對(duì)桌面的個(gè)性化需求，云桌面應(yīng)適應(yīng)不同的場(chǎng)景，提供不同的使用方式。針對(duì)上述需求設(shè)計(jì)的桌面應(yīng)用場(chǎng)景主要有：

(1) 多媒體教室。終端設(shè)備在使用“虛擬桌面”的同時(shí)，也可以使用本地系統(tǒng)。在學(xué)校網(wǎng)絡(luò)中斷或服務(wù)器異常的情況下，不影響教學(xué)，能繼續(xù)使用系統(tǒng)和本地緩存數(shù)據(jù)進(jìn)行教學(xué)，本地系統(tǒng)支持局域網(wǎng)統(tǒng)一部署。管理員可以根據(jù)實(shí)際教學(xué)需要，創(chuàng)建多個(gè)教學(xué)場(chǎng)景，如Win7場(chǎng)景，Win10場(chǎng)景等，滿足不同專業(yè)需求，可以集中管理和部署各場(chǎng)景應(yīng)用組件。

(2) 教學(xué)、辦公和科研應(yīng)用。為了滿足教師的個(gè)性化需求，為每位授課教師分配一個(gè)與教學(xué)桌面一致的個(gè)人桌面，教師可以將教案、課件和科研文獻(xiàn)等資料集中存儲(chǔ)在云端，通過任意設(shè)備在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都可以接入自己的專屬桌面，進(jìn)行移動(dòng)辦公、備課或科研。

2.2技術(shù)選型

根據(jù)虛擬桌面的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，目前主流虛擬桌面技術(shù)可分為兩類： VDI方式和VOI方式[13]。

VDI即在線桌面，計(jì)算、存儲(chǔ)均在云端，特點(diǎn)是高效管理、靈活接入、資源可彈性分配。每一個(gè)虛擬桌面部署在服務(wù)器上的一個(gè)虛擬機(jī)上，通過桌面?zhèn)鬏攨f(xié)議將人機(jī)界面?zhèn)魉偷娇蛻舳耍蛻舳酥皇禽斎胼敵鼋缑妗Ｓ脩粼诰W(wǎng)絡(luò)通暢的任何地方，都可以隨時(shí)訪問到桌面操作系統(tǒng)，與此同時(shí)也給信息化建設(shè)帶來的顯著挑戰(zhàn)：① 由于桌面和應(yīng)用以集中化的方式存儲(chǔ)，需要在核心基礎(chǔ)設(shè)施上增加投入，包括面向 VDI的高可靠性存儲(chǔ)、服務(wù)器;② 對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴，使得脫機(jī)使用變得十分困難;③ 對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬、延時(shí)的要求，無法真正突破多媒體、3D 影像設(shè)計(jì)應(yīng)用的瓶頸;④ 無法完全消除低帶寬、高延時(shí)網(wǎng)絡(luò)連接對(duì)用戶體驗(yàn)的影響;⑤ 對(duì)各種可用外圍設(shè)備存在限制，對(duì)很多外設(shè)不兼容。

同時(shí)，油田物資供應(yīng)處還優(yōu)化完善現(xiàn)代化物流供應(yīng)鏈，建立標(biāo)準(zhǔn)化選型定型采購(gòu)流程；根據(jù)框架協(xié)議采取訂單式操作，提高物資采購(gòu)的效率和效益，為低成本、高質(zhì)量、高效益開發(fā)的智慧油

VOI即離線桌面，計(jì)算在本地，存儲(chǔ)在云端，特點(diǎn)是充分利用終端本地的計(jì)算資源。桌面操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件集中部署在云端，啟動(dòng)時(shí)云端以數(shù)據(jù)流的方式將操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件按需傳送到客戶端，并在客戶端執(zhí)行運(yùn)算[14]。其可脫離網(wǎng)絡(luò)本地離線運(yùn)行、服務(wù)器投入小、具備超強(qiáng)的圖像密集型運(yùn)算能力以及對(duì)外設(shè)兼容性好等特性，讓桌面虛擬化有了更好的適應(yīng)性和可用性的用戶體驗(yàn)。

簡(jiǎn)而言之，VDI是全部的集中，而VOI是合理的集中，它們適合不同的應(yīng)用場(chǎng)景，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，兩種桌面技術(shù)特征見表1。VDI補(bǔ)充了VOI移動(dòng)辦公、高集中管控、彈性計(jì)算的場(chǎng)景，VOI補(bǔ)充了VDI所缺失的高性能應(yīng)用、3D設(shè)計(jì)、離線場(chǎng)景，所以VDI+VOI融合是最佳的解決方案。融合解決方案可以讓用戶通過任意終端，在任意地點(diǎn)、任意時(shí)間接入云桌面，實(shí)現(xiàn)資源合理的集中。

表1 基于VDI與VOI的虛擬桌面技術(shù)比較

2.3桌面云具體實(shí)施方案

基于以上業(yè)務(wù)需求和技術(shù)特點(diǎn)，最終確定了VOI桌面+VDI桌面+云盤的方案(見圖1)。該方案區(qū)別不同場(chǎng)景的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)離線桌面和在線桌面的融合，同時(shí)兩種桌面場(chǎng)景都可以訪問到同一個(gè)數(shù)據(jù)磁盤，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

圖1 VDI+VOI桌面統(tǒng)一管理方案

(1) 對(duì)于多媒體教室、偏重量級(jí)應(yīng)用等固定場(chǎng)景，采用VOI的部署模式，通過集中模板方式進(jìn)行操作系統(tǒng)和應(yīng)用組件的管理。在網(wǎng)絡(luò)中斷或服務(wù)端異常情況下能使用本地系統(tǒng)和本地緩存數(shù)據(jù)進(jìn)行授課。

(2) 對(duì)于非固定終端、輕量級(jí)應(yīng)用場(chǎng)景，采用VDI的部署模式，利用云服務(wù)器的計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源，使用傳統(tǒng)PC遠(yuǎn)程訪問云桌面。

為了滿足上述多場(chǎng)景桌面需求，除桌面云的虛擬機(jī)存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、管理、高可用、監(jiān)控等基本功能外，表2所示列出了桌面云方案拓展需求。

3 桌面云的實(shí)現(xiàn)

學(xué)校通過采用云服務(wù)器+云盤+云終端+桌面云軟件+原傳統(tǒng)PC的方式，初期規(guī)劃將257間多媒體教室改造成桌面云環(huán)境。多媒體教室統(tǒng)一采用VOI的部署模式，云終端上統(tǒng)一部署Windows7操作系統(tǒng)以及常用教學(xué)軟件，在網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定時(shí)，可以使用本地系統(tǒng)和緩存數(shù)據(jù)，保證使用桌面云教學(xué)的安全性。同時(shí)，給相關(guān)教師分配一個(gè)與教室VOI桌面一致鏡像的VDI個(gè)人桌面，供教師備課、教學(xué)及辦公。

3.1軟件對(duì)接

根據(jù)上述需求，本方案主要涉及到3個(gè)方面的對(duì)接，分別是桌面云與學(xué)校現(xiàn)有統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺(tái)的對(duì)接、云盤與學(xué)校現(xiàn)有統(tǒng)一身份認(rèn)證的對(duì)接及桌面云與云盤的統(tǒng)一認(rèn)證對(duì)接。其中桌面云與云盤的統(tǒng)一認(rèn)證見圖2。認(rèn)證流程：① 用戶在客戶端輸入用戶名/密碼登錄桌面；② 云桌面管理平臺(tái)經(jīng)過鑒權(quán)后返回認(rèn)證結(jié)果，如果成功在桌面中寫入用戶名信息，密碼信息可選；③ 桌面系統(tǒng)把云盤客戶端設(shè)置為自啟動(dòng)模式，啟動(dòng)后，主動(dòng)讀取桌面用戶信息；④ 云盤客戶端帶著用戶信息到云盤服務(wù)端認(rèn)證；⑤ 返回認(rèn)證結(jié)果，如果認(rèn)證成功直接登錄云盤。

表2 桌面云方案拓展需求

圖2 云盤與桌面云統(tǒng)一認(rèn)證方案

3.2VOI桌面部署

首先在服務(wù)器是安裝操作系統(tǒng)及VOI業(yè)務(wù)系統(tǒng)，開啟DHCP服務(wù)，將終端開機(jī)設(shè)置為網(wǎng)卡PXE啟動(dòng)，通過服務(wù)器DHCP自動(dòng)獲取IP地址，選擇相關(guān)鏡像開始下載安裝，在進(jìn)入Windows系統(tǒng)的桌面后，打開VOI客戶端可以看到下載進(jìn)度。在批量下載鏡像之前需要制作好鏡像模板。終端支持快速啟動(dòng)，支持Citrix ICA、VMware PCoIP、Microsoft RDP虛擬桌面協(xié)議。

3.3VDI桌面部署

首先在服務(wù)器上安裝VDI桌面系統(tǒng)并進(jìn)行初始化配置，然后創(chuàng)建虛擬機(jī)模板，新建一個(gè)虛擬機(jī)，設(shè)置虛擬機(jī)存儲(chǔ)位置，選擇運(yùn)行的操作系統(tǒng)，為虛擬機(jī)預(yù)分配CPU、內(nèi)存、磁盤等硬件資源，通過光驅(qū)引導(dǎo)所選擇的ISO文件來安裝操作系統(tǒng)，將虛擬機(jī)轉(zhuǎn)化為模板，通過該模板，可在資源池中快速生成多個(gè)相同類型的虛擬機(jī)；接著創(chuàng)建桌面池，桌面池是多個(gè)虛擬桌面組成的集合，一個(gè)桌面池可以有多個(gè)虛擬桌面，新增桌面池的過程就是通過虛擬桌面模板創(chuàng)建若干個(gè)虛擬桌面；最后通過桌面管理將用戶和虛擬桌面關(guān)聯(lián)。教師通過帳號(hào)和密碼就能訪問到專屬桌面。

4 實(shí)踐效果

項(xiàng)目實(shí)施完成后，對(duì)日常教學(xué)和辦公所需要的功能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表3。從我校桌面云的實(shí)際應(yīng)用效果來看，VOI+VDI融合創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)運(yùn)維管理、用戶數(shù)據(jù)、用戶體驗(yàn)完美融合。通過訪問桌面云的管理平臺(tái)，即可實(shí)現(xiàn)桌面云系統(tǒng)和軟件統(tǒng)一安裝、更新，簡(jiǎn)化桌面運(yùn)維工作量。在桌面間實(shí)現(xiàn)了用戶數(shù)據(jù)同步，用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云盤，無論在辦公室辦公教研、在多媒體教室上課、還是在家中備課或批改作業(yè)，教師使用同一帳號(hào)都可以訪問自己的云盤數(shù)據(jù)，使用差別無感知，提高工作連續(xù)性。另外，在網(wǎng)絡(luò)故障或者服務(wù)器宕機(jī)的情況下，直接啟用終端的本地桌面和本地緩存數(shù)據(jù)，充分保障了教學(xué)的安全性和連續(xù)性。從測(cè)試使用結(jié)果看，該桌面云系統(tǒng)在功能上完全達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)要求[15]。

5 結(jié) 語

VDI+VOI融合實(shí)現(xiàn)了兩種桌面統(tǒng)一管理,幫助學(xué)校構(gòu)建端到端的管理架構(gòu)，節(jié)省了大量部署教學(xué)環(huán)境的準(zhǔn)備時(shí)間和教學(xué)空間，進(jìn)而提升了教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量，滿足教師個(gè)性化桌面需求，保障了數(shù)據(jù)的安全性和私密性。在今后的研究中，將會(huì)進(jìn)一步探索桌面云的教育功能，同時(shí)進(jìn)一步拓展桌面云的應(yīng)用領(lǐng)域，完成教學(xué)互動(dòng)平臺(tái)和桌面云的對(duì)接，使桌面云深入到教學(xué)活動(dòng)的各個(gè)方面，實(shí)現(xiàn)桌面云與教學(xué)活動(dòng)的深度融合。

表3 基本功能測(cè)試

[1] 焦 飛.改進(jìn)多媒體教室管理方案的探索[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2016,33(5):151-154.

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[3] 林 旻.桌面虛擬化技術(shù)(VDI)在高校實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用,2013,2(18):205-206.

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DesignandImplementationofDesktopCloudbyCombiningVDIwithVOIinMultimediaClassroom

ZHANGYing,LINGShiyong

(Modern Educational Technology Center, East China Jiaotong University, Nanchang 330013, China)

With the rapid development of cloud computing and virtualization technology, desktop cloud brings a new technical framework and management mode for the management and maintenance of teaching computers and office computers.Based on the actual needs and the complementation of advantages of the VDI and VOI, one solution of desktop cloud is designed by combining VDI and VOI in multimedia classroom.The concrete implementing scheme and individualized needs are given, and the desktop virtualization environment is introduced.The practice shows that the application of desktop cloud realizes the perfect combination of operation and maintenance management, user data, and user experience, it also makes sure the safety and continuity of teaching, provides personalized desktop service, and realizes unified management.

virtual desktop infrastructure (VDI); virtual operating system infrastucture (VOI); multimedia classrooms; desktop cloud

TP 393

A

1006-7167(2017)10-0145-04

2017-02-28

江西省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(GJJ161672);華東交通大學(xué)校立科研項(xiàng)目(15QT01)。

張 穎(1987-)，女，江西上饒人，碩士，助理工程師，主要研究方向?yàn)樵朴?jì)算與虛擬化。Tel.：13576961987; E-mail：836549563@qq.com