基于IDV云桌面的數字媒體創新實驗室應用研究

摘要：參照數字媒體專業的課程體系，通過分析VDI、VOI、IDV三種不同的虛擬云桌面技術提出了基于IDV云桌面的數字媒體創新實驗室的建設方案。介紹了IDV網絡拓撲結構、基于IDV的實驗室云桌面方案部署規劃、基于IDV的數媒創新實驗室云桌面方案優勢。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實驗實訓課程嵌套虛擬化。

關鍵詞：云桌面;IDV;1+X;數字媒體技術

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

引言：隨著云計算技術和應用的普及，帶動了桌面虛擬化的發展，相比傳統PC的應用方案，其具有管理維護簡單，數據安全可靠，終端綠色低能，部署高效靈活等特點，越來越受到教育行業的關注，是未來校園IT構架發展和信息化建設的趨勢，也已成為校園未來信息化改造和建設的重點考慮方案。目前，銅陵學院數計學院實驗室打算采用桌面虛擬化，構建一個按需定制、動態高效、靈活擴展、全面管理、穩定可靠、可持續發展的新一代云計算IT基礎架構的桌面云系統，為實驗機房教學提供安全可靠、彈性擴展的基礎運行環境。為了改善信息化實驗實訓環境，根據地方應用型高水平大學建設的總體目標和學校十三五信息化建設發展規劃要求，2019年我院申報了多媒體云教室建設項目。

1?計算機相關專業實驗室現狀

數計學院共有8間專業機房，承載全院上機實踐、認知實習、課程設計、等級考試、開放競賽等任務。每個教室根據課程安排，安裝的軟件不一致，由于電腦配置限制，無法滿足計算機應用軟件的升級。比如大數據專業數據分析類軟件spss、Python、matlab等需要主機內存大，CPU高主頻e5以上，但顯卡需求不大;數字媒體創新實驗室需要安裝習adobe公司的圖形圖像，視音頻相關軟件以及Cinema4D、Unity等建模動漫設計軟件需要主機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，人少設備多，教師臨時安裝軟件需遇事跑現場，電腦運行速度拖慢;

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

（3）機房維護更換了不兼容的硬件配件，導致還原卡同傳失敗。網絡同傳對PC的硬件如硬盤、內存、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同傳，就無法實現統一管理，還會出現藍屏或同傳失敗等問題;

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

1.2從運維角度提出桌面云建設需求。

（1）部署機房效率要高。相較于傳統的前端為交換機，主機，顯示器，云桌面上線過程非常快，前端即為終端或者一體機，上架插電即可。部署系統，只需要制作一個云桌面鏡像，目前技術可以支持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，新建用戶組和相關課程，進行下發。云終端的分發用小盒子，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）配置考試環境，克服周期長，容錯率低。以銅陵學院為例，計算機等級考試需要提前一周停課，部署考試環境，網絡同傳模式周期長，容錯率低。而在IDV架構模式下，WEB界面制作模板鏡像，最多支持1000臺終端鏡像下發，大大提升工作效率。

（3）終端系統問題方便解決。提供集中式的統一管理平臺，能夠對多場景的桌面、終端、用戶統一管理，同時，能夠根據不同場景的不同需要，結合場景特點，按需分配;終端系統問題，可以實現異地解決，通過遠程協助快捷定位，選擇服務器虛擬端系統鏡像極速還原，終端只需重啟即可恢復正常使用。

（4）平臺自身具備極高的可擴展性，能夠考慮及滿足學院實驗室未來的擴展需要。

2?虛擬云桌面技術

虛擬化的發展史即是云桌面的發展史，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，初步創設虛擬化相關協議和技術;第二階段1989-2006年是虛擬化技術探索階段，VMware、Citrix 、微軟等公司相繼發布虛擬化產品，這個階段是虛擬技術的積累期和沉淀期。2006年至今是虛擬化的蓬勃發展階段，VDI、IDV、VOI等多種虛擬云桌面按需求和布局應用在各大高校云課堂和云辦公。

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

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

2.3 IDV（Intelligent Desktop Virtualization）系統架構[3][4]。IDV稱為智能桌面虛擬化，相較于傳統的VDI模式，目前業內云桌面方案較前沿方式是IDV架構，服務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，支持高并發的IO讀寫，四六級/ATA考試等，實現集中管理，分布運行。

數計學院實驗中心組織相關人員就數字媒體創新實驗室桌面云系統建設需求開展了多方面的調研，研討桌面云建設條件和軟硬件配備標準。對各種規格型號的軟硬件質量、性能、價格、服務進行了分析、比較，并選擇多家廠商對桌面云系統軟硬件設備進行詢價。經過調研和實際運維管理，數字媒體創新實驗室云桌面建設，VDI云桌面有明顯不足，可靠性低，嚴重依賴網絡，斷網或網絡擁堵則無解，對服務器性能和網絡穩定性要求高。數字媒體實驗室承擔數字媒體專業視覺傳達方向、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，不能滿足數字媒體實驗室云桌面部署。

3?基于IDV的計算機實驗室建設內容

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

在云主機上通過設置虛擬教師對應現實中的PC機房（通過IP地址范圍設定），接入交換機（48口）交換容量不小于336Gbps，轉發性能不小于166Mpps;固化10/100/1000M以太網端口不小于48，固化1G的SFP光接口4個;整機最大可用千兆口滿足數字媒體實驗機房140點位。網絡拓撲結構如圖2所示。

3.2基于IDV的實驗室云桌面方案部署。

（1）云管理服務器：采購1臺云管理控制器，型號CT5330S，自身需具備優秀的性能和高穩定性提供統一的管理界面，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”操作可快速恢復終端操作系統，無需重新安裝操作系統。

（2）教師機/學生機：IDV終端，Intel六核六線程i5高性能4.0G處理器，8GB內存，256G固態硬盤，本地集成顯卡，千兆網口，8個USB端口，支持擴展內存和硬盤。可以保證數字媒體專業核心軟件流暢運行，終端斷網可用，提升數字媒體實驗教學水平。

（3）教學管理軟件：基于IDV的云課堂配套教學互動軟件，可實現一鍵開啟或關閉智慧終端教學環境;提供從課前導學、環境準備，課中教學互動到課后的作業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），采用集中管理的方式，解決軟件集中更新，批量關機重啟終端，一鍵還原系統，減少走查時間。提供對云終端和云桌面的遠程支撐服務，實驗教師在實訓實驗課堂對學生上機實驗過程中的各種操作進行監控和統計，主要包括系統保護、網絡安全、行為管理、資產管理、查詢統計等主要功能。

3.3基于IDV的數媒創新實驗室云桌面方案優勢。

（1）IDV云桌面的核心技術特點是提供多種運維管理工具，標準化管理，降低維護難度。可以異地遠程協助辦公，一鍵恢復系統，應用軟件集中更新與安裝，解決智能終端系統問題。同時服務器或者管理網絡中斷，本地系統不受影響，保障教學業務不因網絡故障而中斷。

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

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

（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，設定考試時間點，同時為了避免學生提前進入系統看到考試內容，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?結語

靈活的云桌面創建系統滿足數字媒體專業不同課程體系的應用需求，多變的用戶管理模式應對多種實驗的環境變化。靈活高效的平臺建設，將極大的促進實驗實踐教學體系改革。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備是創建虛擬云桌面實驗室的初衷，同時更要依據不同專業實驗實訓課程體系不斷探索符合實際應用的虛擬云桌面技術，完善實驗教學和管理工作。

參考文獻：

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

[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.2019，9（3）：72-75.

[3]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.

[4]宋一兵.兩種桌面虛擬化架構比較研究與應用探討[J].青島大學學報（自然科學版），2018，31（3）：52-56.

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，圖形圖像處理。