基于VDI-RDI的多場景實驗教學環境的實驗室改造方案

黃興祿　芶小珊　孟源　張莉　王文杰

摘? 要：目前，隨著計算機實驗室使用需求的增加，規模數量的不斷擴大，實驗室人員的日常管理工作面臨著巨大壓力。因此，計算機實驗人員如何運用新技術和新理論來解決實驗室運用效率低下的問題就顯得非常重要。通過對現有的實驗教學環境進行分析，提出基于VDI-RDI的多場景實驗教學環境的實驗室改造方案，計算機實驗人員如何通過云桌面實現設備的集中化管理，提高實驗室設備最優化的使用率，應對設備運維困難、硬件配置靈活度低是當前亟待解決的問題。

關鍵詞：VDI云桌面;RDI多場景;實驗教學環境

中圖分類號：TP391.9? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）05-0075-04

Laboratory Reconstruction Scheme of Multi Scene Experimental Teaching Environment Based on VDI-RDI

HUANG Xinglu，GOU Xiaoshan，MENG Yuan，ZHANG Li，WANG Wenjie

（College of Information Science and Engineering，Chengdu University，Chengdu? 610106，China）

Abstract：At present，with the increasing demand for the use of computer laboratories and the continuous expansion of the scale and quantity，the daily management of laboratory personnel is facing great pressure. Therefore，it is very important for computer laboratory staff to use new technology and new theory to solve the problem of low efficiency in laboratory application. Based on the analysis of the existing experimental teaching environment，this paper puts forward the laboratory transformation scheme of multi-scenes experimental teaching environment based on VDI-RDI. How to realize the centralized management of the equipment through the cloud desktop，improve the optimal utilization rate of the laboratory equipment， and deal with the difficulties of equipment operation and maintenance，low flexibility of hardware configuration are the current problems to be solved.

Keywords：VDI cloud desktop;RDI multi-scenes;laboratory teaching environment

0? 引? 言

隨著虛擬化技術的快速發展，桌面云在高校計算機實驗室得到了廣泛的應用，該項技術具有部署簡單、維護方便、擴展性強等特點。在云桌面發展過程中出現了虛擬桌面架構（Virtual Desktop Infrastructure，VDI）、虛擬操作系統基礎架構（Virtual OS Infrastructure，VOI）以及智能桌面虛擬化（Intelligent Desktop Virtualization，IDV）。

VDI云桌面技術采用集中管理、云端計算、云端存儲、終端顯示，將所有桌面虛擬機在數據中心云端進行托管，后臺構建虛擬機池，用戶使用瘦客戶端或PC型瘦客戶端，通過VDI客戶端程序即可訪問云桌面，且可以提供給師生個性化的系統桌面[1];IDV云桌面技術采用集中存儲、分布運算的架構，服務器端存放系統鏡像，客戶端通過本地虛擬機運行虛擬桌面，不需要大量的圖像傳輸，系統支持離線運行，但是該技術對客戶機的要求比較高：客戶機的硬件必須一致以及支持虛擬終端[2];VOI系統架構無任何硬件虛擬化層，在IDV架構基礎上進行改進，實現了集中存儲、分布運算，該模式支持系統離線運行、支持桌面系統集中安全管理，VOI基于純軟件虛擬化技術，對客戶端配置要求不高。這些技術的出現在高校實驗室得到了快速實踐應用，并且有效地解決了傳統計算機實驗室遇到的問題，為高校實驗室管理和維護帶來了一種全新的技術架構和管理模式。

1? 計算機實驗室使用現狀

成都大學信息科學與工程學院計算機實驗室總共有14間，主要分布在教學3樓、4樓和5樓，前期已經完成了實驗室網絡改造工作（光纖到機房，千兆到桌面）以及對每個實驗室安裝了門禁系統。實驗室現有的設備數量較多、型號性能不同，所有設備都采用了保護卡進行日常管理維護，其優點是計算機重啟后系統將自動還原，可有效控制計算機使用者以及病毒對系統的破壞;可以批量管理維護系統;支持多系統。

這種管理方式在某種程度上解決了我們日常管理中遇到的問題，但是隨著計算機專業的發展，需要安裝的專業軟件增多、軟件占用空間較大并且對計算機性能要求也在提高，而現有的設備性能參差不齊導致了不同實驗室的教學資源不一樣，如果遇到臨時調課的情況，必須考慮其他空閑的實驗室要與原有的實驗室具備同樣的實驗環境，否則無法對該門課程進行調整，這樣一來就限定了實驗室的使用范圍以及有效的使用率。學院的實驗室除了承擔專業教學、全校公共計算機基礎教學、開放實驗教學、實習實訓等教學活動外，還要承擔校內外社會服務，如全國計算機等級考試、會計無紙化考試等，多樣化、復雜化的使用環境對實驗室管理工作提出了較高的要求。為了解決這樣的問題，很多高校根據部門實際情況提出了實驗室改造方案：王麗華采用“虛實雙系統”的方式部署云桌面，即本地系統內安裝VDI客戶端軟件，可同時訪問VDI桌面和本地系統[3]，這種方式的好處是本地系統與VDI客戶端相互獨立，當VDI不可訪問時，可以啟用本地系統;張穎根據多媒體教室的個性化需求設計實現了VDI+VOI技術的云桌面改造工作[4];任學剛通過IDV架構技術提出了實驗室建設方案[5]。

本文通過對我院實驗教學環境、不同教學活動需求以及社會服務需求進行分析，在保留原有設備保護卡的情況下采用了VDI技術，基于“虛實雙系統”思想提出了云桌面-本地系統（Virtual Desktop Infrastructure-Real Desktop Infrastructure，VDI-RDI）多場景實驗教學環境的實驗室改造方案，這樣就可以根據設備的性能以及教學需要創建不同的學習場景，同時可以實現云桌面以及本地系統的自由切換，滿足不同的場景需要。

2? VDI-RDI多場景實驗教學環境架構

在整個架構圖中共有五層，分別是：VDI-RDI場景層、終端設備層、網絡設備層、虛擬機層、VDI服務器集群層，如圖1所示。

2.1? VDI-RDI場景層

根據實際的需要提供了實驗教學場景、實訓場景、開放實驗場景、NCRE考試場景以及其他服務場景，其中實驗教學場景又包括專業實驗教學場景、基礎實驗教學場景、TOM教學場景（TOM混合模式機房是實驗前期改造工作）[6]、數字媒體（數媒）教學場景，每個場景具體的需求及功能如表1所示。

2.2? 終端設備層

由于我院設備數量較大、設備型號種類較多且性能不同，為了提高設備的有效利用率，我們對現有的實驗設備進行了分類管理，并劃分了五大類機房：專業實驗室、基礎實驗室、數字媒體實驗室、開放實驗室、TOM實驗室。為了提高實驗室的有效利用率，通過現有的軟件保護卡軟件將磁盤劃分了多個系統分區，這樣一來就可以創建不同的實驗教學場景，如圖2所示。

2.3? 網絡設備層

前期我們已經對學院實驗室網絡環境進行了升級，實現了光纖到機房，千兆到桌面的改造工作，并對每個機房劃分了VLAN。云平臺服務器部署在學院服務器中心機房，實現服務器設備標準化集中管理。具體的實驗室網絡拓撲圖如圖3所示。

2.4? 虛擬機及服務器集群層

隨著云計算技術和虛擬化技術的快速發展，VMware Viewer、Citrix以及KVM發布了桌面虛擬化技術架構，很多公司基于這些技術都推出了自己的桌面虛擬化產品，并在各行業得到了具體的應用。我們采購了噢易云平臺進行VDI云桌面搭建，該平臺底層設計使用了KVM公司的開源軟件。整個平臺搭建中使用了13臺華為H22H系列的服務器，1臺服務器作為主控節點Console，另外12臺服務器作為計算節點Agent。

3? VDI-RDI環境部署與實現

3.1? 云平臺環境部署及虛擬機創建

（1）對Console/Agent節點的IP信息規劃;

（2）VDI服務器安裝以及網絡環境配置;

（3）VDI管理平臺初始化配置;

（4）創建虛擬機并設置虛擬機相關配置參數（存儲位置、硬件資源信息等），安裝操作系統，將虛擬機轉化為模

板。通過模板可在資源池中快速生成多個相同類型的虛擬機;

（5）通過桌面管理將用戶和虛擬桌面關聯。

如圖4所示，通過“WIN7模板”分別創建了“NCRE System”“計算機基礎”“上課”三個相同類型的虛擬機，可以滿足不同的實驗教學場景需要。

3.2? 客戶端配置

（1）為每個機房的模板機上劃分一個Linux磁盤分區;

（2）將OS-Easy E-VDI Client端程序安裝在Linux磁盤分區上;

（3）軟件安裝完成后，進行客戶端相關參數配置;

（4）通過保護卡同傳系統。

4? 結? 論

基于VDI-RDI多場景實驗教學環境的實驗室改造方案實現了“虛實雙系統”實驗教學環境自由切換，云端服務器資源的集中化管理實現了實驗教學資源的最大化、合理優化的分配。目前VDI云平臺已經上線運行了三年，在此期間不僅提高了實驗室設備的利用率，改善了實驗教學環境，而且還提高了實驗室管理人員工作效率。

參考文獻：

[1] 黃國富，王海.基于SDN的高校實驗室機房VDI云桌面設計 [J].實驗技術與管理，2018，35（8）：243-245+256.

[2] 黃四青，馮凌峰，馮凌云.基于VOI云桌面的高校計算機實驗室應用研究 [J].信息技術與信息化，2019（3）：72-75.

[3] 王麗華，楊學志，王仲賓.噢易桌面云虛擬化平臺在高校公共機房中的應用探討 [J].科技創新導報，2017，14（2）：100-102.

[4] 張穎，凌仕勇.VDI+VOI融合的多媒體教室桌面云設計與實踐 [J].實驗室研究與探索，2017，36（10）：145-148+168.

[5] 任學剛，彭熒熒.基于IDV的高校計算機實驗室建設 [J].實驗科學與技術，2018，16（5）：193-197.

[6] 芶小珊，王蘭，于曦，等.高校計算機專業實驗室的管理模式與探索 [J].教育現代化，2017，4（29）：259-260.

作者簡介：黃興祿（1986-），男，漢族，四川成都人，碩士研究生，助理實驗師，研究方向：智慧實驗室、教育智能。