基于桌面虛擬化的多媒體教室建設

劉艷超 冷紅凡 王維虎

[摘 ? ?要] 隨著智慧校園建設的發展與虛擬化技術的不斷成熟，傳統桌面教學問題日益突出。為進一步提高信息化教學水平，探索新的桌面教學方式十分必要。首先分析傳統桌面教學存在的問題和當前虛擬化技術發展的特點;然后提出基于VMware的桌面虛擬化架構;最后進行總結。桌面虛擬化給教師提供易用的、個性化的、靈活性、高性能的教學環境，給管理者提供智能化和規范化的管理環境。

[關鍵詞] 桌面虛擬化;智慧教學;VMware;多媒體

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

[中圖分類號] G484 ? ?[文獻標識碼] ?A ? ? ?[文章編號] ?1673 - 0194（2020）13- 0224- 03

0 ? ? ?引 ? ?言

當前，大部分高校采用傳統獨立完整PC物理機和網絡組合模式的桌面教學方式，基本滿足教學需要，但是隨著多媒體規模擴大、網絡安全要求提高、師生追求更加個性化和更具靈活性的教學方式，傳統桌面教學開始凸顯各類問題。另外，成熟的桌面虛擬化和云計算技術已經普及，企業具備實施桌面虛擬化技術資質和技術保障支持能力，桌面虛擬化成為桌面教學方式改革的重要方向，，可以促進智慧教學和智慧校園無縫對接，提供“桌面即服務”和“按需交付”的服務方式。

1 ? ? ?高校傳統多媒體桌面教學存在的問題

1.1 ? 存在安全隱患，維護困難

一方面，傳統多媒體桌面教學模式由于終端數量眾多且重要數據存儲于本地、使用者技能參差不齊、信息安全意識不強和系統安全隱患日益增多等因素，數據泄露和丟失風險加大，桌面教學終端成為安全隱患集中爆發的地方;另一方面，由于開放的網絡環境、不確定的使用者、病毒和黑客的攻擊以及病毒類型復雜和傳輸途徑多等因素，病毒的感染和傳播難以控制，多媒體計算已成為病毒的重災區，比如釣魚網站、使用含有病毒的存儲設備等，一旦某臺計算機感染病毒，很可能快速導致局域網癱瘓，甚至影響教學秩序;此外，傳統的桌面教學安全防護升級比較困難，要考慮到設備的品牌型號和兼容性等因素，具有很強的關聯性和實施的困難性，升級效果不理想。

1.2 ? 資源利用率低，成本高，擴展性差

第一，傳統的桌面終端因技術發展、教室環境、自然老化損耗和人為損壞等因素，計算機的軟硬件故障率上升，陷入采購、淘汰和再采購的惡性循環中，不斷地投入人力、物力和財力進行更新換代和維護;第二，桌面教學需要承擔多種課程的教學任務，但是傳統桌面教學對物理資源（存儲和CPU等）利用率極低，如學校所有開設課程的專業軟件需要在獨立PC機上安裝，但使用較少。因此，在采購時按照應用最高需求進行配備，浪費資源;第三，高校的桌面教學終端數量多，耗電量大，不利于響應國家節能減排的號召，同時對遇到資源瓶頸的機器進行擴展，要求原始機器的可擴展性高，增加經濟成本;第四，由于傳統的桌面教學終端是面向全校師生，涉及多個專業或課程，經常要花費大量時間安裝和更新計算機操作系統、激活各類應用軟件，重復性工作多，加上高校面積較大，教學樓比較分散，終端分布不同區域，增加了人力成本投入，同時要求技術人員具有較高的技術能力。

1.3 ? 個性化需求得不到滿足

一方面，為了保護物理機器和信息安全，采取了一系列保護措施，例如還原卡等，這樣會造成機器重啟后，個性化的設置、應用、軟件、課堂重要成果和實驗教學環境等都無法留存和遷移，以至于在新環境中需要重新部署，需要做大量重復工作，耗時耗力，體驗感差，存在著“用戶個性化”與“管理規范化”之間的矛盾;另一方面，對于管理者而言，無法實時監控每臺機器的使用情況，無法對每臺機器快速、動態地調配資源，不能做到提前預警和維護。

由此可見，傳統的多媒體桌面教學模式已成為發展瓶頸，積極探索新的桌面教學模式已成為必然。虛擬化及云技術不斷發展，相關產品日趨成熟，可以高效整合資源，節約成本。

2 ? ? ?桌面虛擬化在多媒體教學中的應用

2.1 ? 桌面虛擬化概述

虛擬化技術起源于對分式系統時代，將多個進程運行在同臺物理機上;將應用系統、數據與底層的硬件設備進行邏輯隔離，把物理硬件（CP、內存、磁盤和I/O等）資源變成可動態管理的邏輯的“資源池”，為用戶提供抽象的和虛擬的硬件環境，按需調配。

桌面虛擬化在虛擬化技術基礎上應運而生，把多用戶、多桌面、多環境的用戶系統集中起來，遷移到管理段的數據中心，通過虛擬機監視器隱藏特定計算平臺的實際物理特性，統一管理資源，分離了物理設備和應用系統間的緊密耦合，將核心的數據存儲和運算執行部分或者全部集中在后端，對于交付給任何地點、時間和具有使用權限的桌面終端通過遠程協議從數據中心上獲取資源。以“桌面即服務”方式，為不同學科教師、不固定需求和對電腦使用不熟悉的人員提供較好的計算機教學環境和體驗感。

2.2 ? 桌面虛擬化的優勢

（1）安全穩定，易操作。一方面，桌面虛擬化具有獨特的架構、資源配置、權限設置、冗余和容錯、備份技術等優勢，例如終端一體化的設計減少了病毒的入口，再通過服務器的集中過濾，使數據和系統安全具有可控性，極大地降低了系統數據在存儲、傳輸和管理的風險，為教學提供安全的系統網絡環境;另一方面，通過遠程對每臺客戶端的健康狀況進行實時監控，做到提前預警和動態調整資源以及設置安全策略等，使機器減少受到外部網絡的攻擊和侵入，一旦系統或數據遭到軟件兼容性、病毒或誤操作等問題，支持多種部署，無須到現場維護，利用其“快速、安全、方便”的特性，快速恢復到最新備份狀態，極大地保障系統和用戶數據的安全;此外，還具有其他安全策略，如有效地避免人為或意外導致的數據泄露或損失、不中斷用戶工作的情況下進行系統維護、負載均衡、動態遷移、故障自動隔離等，提供一種高可靠服務器應用環境。

（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，在滿足教學需求的條件下，降低對客戶端配置的支持、對物理硬件的依賴和減少軟件注冊成本;另一方面，采用瘦客戶端替代傳統PC，不但可以降低每個桌面40%的成本，而且減輕硬件損壞和延長客戶端使用壽命，縮短了計算機的升級換代更新周期，進而降低了經濟成本;此外，對于桌面虛擬化的管理，更多采用遠程診斷和維護管理，通過智能化、集中化地對系統和應用進行批量升級和修復，極大地減少維護時間和人員成本。

（3）便捷管理，易擴展。一方面，虛擬化技術解耦系統與硬件的相關性，突破軟硬件環境的差異，重點工作由傳統每臺PC管理轉移到對服務端資源的集中管理;另一方面，桌面虛擬化終端一般采用一體化的設計，無軟驅、無光驅、無硬盤，簡化管理和維護，同時軟件硬件穩定可靠，提高工作效率。例如，對于管理者來說，工作重心從對數量龐大的各類終端業務轉移到數據中心（服務端）上，利用虛擬化的智能化、批量化和自動化功能完成工作，使管理者從大量重復工作中解脫，利于業務水平及創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，對于教師來說，“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一起來，使用者通過在資源池中申請相關教學應用資源，利用克隆技術快速部署，具有很強適應性，還可以在不同教室使用個人私有的桌面，不受設備、地點和時間限制靈活訪問桌面及其應用;此外，隨著發展的需要，對于虛擬化的架構，在不影響正常使用的情況下，容易實現動態地擴展網絡、負載均衡、服務器和存儲等資源。

（4）個性化強，體驗性好。一方面，虛擬化桌面支持多操作系統應用，教師根據教學和實驗要求可隨意切換、搭建和保存各種環境，管理員放權讓老師和學生管理自己的個性化操作系統，而且個性化操作系統界面與物理計算機無關，隨賬號而不同，同時降低了教師對計算機的技能要求，一旦出現故障，可以還原到最新備份節點，保障教師能夠有較好的體驗感;另一方面，教學終端的壓縮，減少了噪聲干擾和降低輻射，倡導了綠色健康;此外具有豐富的管理功能。如“遷移”“遠程開關機”“克隆”和“快照”等功能，滿足教學和維護雙重需要，給用戶多樣化的體驗和個性化的服務管理。

3 ? ? ?基于虛擬化的教學桌面架構

當前虛擬化技術成熟度很高，主要產品：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在數據中心虛擬化平臺管理方面有較好的使用效果，且具有完整的ESXi主機，能形成各種性能報表，便于故障的診斷與維護。本文以高校傳統的多媒體教學桌面為例，提出一種基于VMware Horizon的解決傳統桌面教學的架構，如圖1所示。

圖1分為服務器虛擬化和桌面虛擬化拓撲架構和功能示意圖。①在物理服務器硬件上搭建ESX環境，構建服務器底層虛擬化環境。②在服務器虛擬化基礎上，搭建桌面虛擬化環境，主要組件如下：客戶端設備（胖終端和瘦終端），其中胖終端把部分計算和存儲能力放在本地，瘦終端全部放在數據中心，這樣可以在教學區不受地點、時間限制訪問桌面;View Connection Server：為客戶端提供連接服務，再通過Windows AD（Active Directory）對教師身份進行驗證，并將請求指向到虛擬機中對應的桌面，再通過PCoIP協議將用戶的會話以圖像的方式進行壓縮，將授權的特定資源傳輸給用戶;VMware ThinApp：簡化應用程序管理和分配，快速靈活地為用戶部署應用程序;View Client：客戶端軟件;除此之外，還有View Agent、View Composer、View Transfer Server等。

4 ? ? ?總 ? ?結

伴隨信息技術的發展、智慧教學和智慧校園建設的發展，傳統的桌面教學方式已不能滿足當今高校教學的需要。本文對傳統的桌面教學存在的問題進行闡述分析，提出基于VMware的桌面虛擬化解決架構，提出了一種具有安全性、機動性、靈活性、高效性的、可快速部署、低成本的解決方案，促進高校智慧教學的發展。該方案可能會存在以下問題：初始建設成本高;要求技術人員具備一定的虛擬化技術。但是從長遠發展來看，隨著虛擬化技術的進一步發展和完善，虛擬桌面在高校教學中會得到更加廣泛的應用。

主要參考文獻

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