文 /孫志 趙宏強(qiáng) 王鵬

隨著院校中多媒體教室應(yīng)用的日益普及，其管理和維護(hù)的問題日漸突出。在分析當(dāng)前多媒體教室管理和使用中存在問題的基礎(chǔ)上，提出了使用桌面虛擬化技術(shù)來建設(shè)多媒體教室的實(shí)現(xiàn)方案。實(shí)踐證明，基于桌面虛擬化技術(shù)的多媒體教室能夠有效克服管理難題。

隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)教學(xué)手段已經(jīng)無法較好地滿足日常教學(xué)活動的需要。在課堂中引入多媒體技術(shù)，由于表現(xiàn)手段豐富、信息量大，近些年在院校的日常教學(xué)活動中得到了廣泛應(yīng)用，并取得了良好的教學(xué)效果，各院校中多媒體教室的數(shù)量也越來越多。多媒體教室中的設(shè)備運(yùn)行是否正常，直接影響著師生教學(xué)活動能否正常進(jìn)行。然而由于種種原因，在多媒體教室的維護(hù)、管理和使用過程中還存在一些不盡如人意的方面。如何提高多媒體教室管理效率和使用效益，保證其運(yùn)行的穩(wěn)定性，已成為各院校當(dāng)前普遍面臨的一個難題。

多媒體教室現(xiàn)存問題

多媒體教室的維護(hù)是一項繁雜的工作，管理難度較大，集中體現(xiàn)在以下幾個方面：

1. 硬件不統(tǒng)一，管理維護(hù)困難

由于經(jīng)費(fèi)投入、建設(shè)時間等諸多原因，多媒體教室通常是多批次建設(shè)的，不同批次的設(shè)備通常品牌、型號和性能差異很大，這對于管理人員來說，顯然增加了維護(hù)難度。例如，需要區(qū)分記錄和備份不同計算機(jī)的驅(qū)動程序，以便在計算機(jī)發(fā)生故障需要重新安裝系統(tǒng)時使用；即使是同一批次的計算機(jī)，當(dāng)硬件損壞時，也可能需要使用不同型號的零部件來替換。硬件配置不統(tǒng)一給維護(hù)工作帶來很大的不便，因為維護(hù)人員無法使用相同的系統(tǒng)鏡像來快速安裝系統(tǒng)。

2. 軟件安裝與更新工作量大

為滿足不同教師的需要，多媒體教室的計算機(jī)中需要安裝多種不同的系統(tǒng)和軟件。部署完成后，為保護(hù)系統(tǒng)不受病毒感染或人為破壞，通常需要安裝硬盤還原保護(hù)卡。雖然這樣做能在一定程度上保護(hù)計算機(jī)安全可靠，但也存在被破解移除的可能。更重要的是，在有新的安裝或升級需求時，安裝和移除保護(hù)卡也會帶來相當(dāng)大的維護(hù)工作量，通常需要維護(hù)人員逐臺為計算機(jī)去除保護(hù)卡，待程序安裝完成后，再逐臺設(shè)置保護(hù)卡密碼并加以保護(hù)。如果學(xué)校內(nèi)的多媒體教室數(shù)量較多，并且此類軟件更新需求較為頻繁時，對于維護(hù)人員來說，這是頗為繁瑣費(fèi)時的一項工作。

3. 維護(hù)人員少，教室分布廣

多媒體教室通常分布于多棟不同的教學(xué)樓內(nèi)，并且在教室維護(hù)崗位的人員編配普遍較少。在做教室維護(hù)工作時，需要在不同的教學(xué)樓之間奔波，并且當(dāng)接到設(shè)備故障報告時，有時難以做到及時處理。例如，由于電路、設(shè)備故障或使用者自身問題，在每個教學(xué)日的第一節(jié)課開始時，通常是故障高發(fā)期，當(dāng)同時有多個教室發(fā)生問題時，如果人手不夠，就難免會出現(xiàn)顧此失彼的現(xiàn)象，影響教學(xué)效果，嚴(yán)重時甚至?xí)斐山虒W(xué)事故。

4. 計算機(jī)硬件使用周期短，建設(shè)投入大

由于軟、硬件更新和升級的周期越來越短，通常多媒體教室內(nèi)的計算機(jī)使用4~5年時間后，便需要進(jìn)行更新?lián)Q代。所以多媒體教室雖然建設(shè)時投資較大，但使用周期并不長，需要不斷對設(shè)備進(jìn)行升級重建，造成較大的資源、財力和精力的浪費(fèi)。

桌面虛擬化技術(shù)分析

雖然通過增加人力和強(qiáng)化管理可以在一定程度上緩解多媒體教室在維護(hù)使用上的突出矛盾，但效果并不十分理想。近幾年逐漸興起的虛擬化技術(shù)可以有效解決上述四個問題，作為虛擬化核心技術(shù)之一，桌面虛擬化技術(shù)（Desktop Virtualization）可以在不影響用戶終端體驗的前提下，方便地實(shí)現(xiàn)多媒體教室的集中化管理，減輕維護(hù)工作量，并且可以有效降低建設(shè)和運(yùn)維成本。

桌面虛擬化

桌面虛擬化是一種基于服務(wù)器的計算模型，同時借用了傳統(tǒng)的瘦客戶端模型，將計算機(jī)的用戶桌面進(jìn)行虛擬化，在服務(wù)器端進(jìn)行托管并統(tǒng)一管理。也就是說，桌面虛擬化技術(shù)將數(shù)據(jù)的運(yùn)行存儲與桌面呈現(xiàn)進(jìn)行分離，用戶可以通過瘦客戶端設(shè)備或其他任何可以連接網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備（平板電腦、智能手機(jī)等），通過專用程序或者瀏覽器，在不同的時間和地點(diǎn)，訪問駐留在服務(wù)器端的個人桌面以及各種應(yīng)用，并且用戶體驗與使用傳統(tǒng)PC幾乎是完全一樣的。由于桌面虛擬化技術(shù)本身是一種利用網(wǎng)絡(luò)、實(shí)現(xiàn)模式對用戶透明的虛擬化資源計算模式，符合云計算的特點(diǎn)，所以通常也稱桌面虛擬化技術(shù)為桌面云技術(shù)。

桌面虛擬化框架包括存儲層、虛擬化平臺層、桌面和會話管理層、終端接入層，如圖1所示。存儲層主要提供桌面虛擬化平臺的存儲資源池；虛擬化平臺層采用服務(wù)器和虛擬化平臺來為提供虛擬機(jī)提供資源池，虛擬化平臺主要包括VMvarev Sphere、Citrix XenServer、Microsoft Hyper-V和Sun Virtual Box等；桌面會話管理層負(fù)責(zé)用戶接入會話管理和桌面分配管理，與虛擬化平臺層相對應(yīng)的主要產(chǎn)品有VMvare View、Citrix Xen Desktop和Microsoft Windows2008、Sun VDI等；接入層采用瘦客戶端，以客戶端方式或Web方式實(shí)現(xiàn)虛擬桌面的接入。

當(dāng)前在桌面虛擬化應(yīng)用領(lǐng)域主要有三個廠商的產(chǎn)品：微軟、思杰（Citrix）和VMware。微軟的桌面虛擬化產(chǎn)品出現(xiàn)時間較短，目前市場份額較小，目前桌面虛擬化市場主要被Citrix和VMware占有。

桌面虛擬化與無盤工作站系統(tǒng)的比較

目前也有一些多媒體教室采用了無盤工作站技術(shù)，與虛擬桌面技術(shù)相對比，兩者雖然在形式上有類似之處，如兩者都需要通過網(wǎng)絡(luò)支持，后臺都有服務(wù)器的支持，用戶數(shù)據(jù)和操作系統(tǒng)都存放在服務(wù)器端，但是兩者還是有著根本性的差異。主要體現(xiàn)在無盤工作站數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理是在前端計算機(jī)進(jìn)行的，所以要求前端計算機(jī)有強(qiáng)大的運(yùn)算能力和內(nèi)存空間；而桌面虛擬化方式由于運(yùn)算處理任務(wù)幾乎全部在服務(wù)器端進(jìn)行，前端設(shè)備只是將運(yùn)算結(jié)果呈現(xiàn)出來，所以對前端設(shè)備的性能幾乎沒有要求，可以使用瘦客戶機(jī)、平板電腦或者智能手機(jī)來運(yùn)行虛擬機(jī)。通過兩種方式的比較，桌面虛擬化方式比無盤方式更適合多媒體教室的實(shí)現(xiàn)。

1.無盤工作站要求前端硬件型號及配置一致，擴(kuò)展性較差。并且用戶終端除了沒有硬盤外，幾乎具有與普通計算機(jī)幾乎相同的大部分缺點(diǎn)。例如，終端管理比較復(fù)雜、成本較高、易損壞等。虛擬桌面時采用的是統(tǒng)一架構(gòu)與協(xié)議，對瘦客戶機(jī)及后端服務(wù)器品牌及型號均無要求，硬件采購成本較為低廉，易于維護(hù)。

2.在可靠性方面，采用無盤工作站方式對客戶端及服務(wù)器的資源要求均很高，當(dāng)無盤工作站數(shù)量達(dá)到一定數(shù)量時，速度會變得緩慢，同時整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高，由此帶來的維護(hù)成本也較高。

3.在安全性方面，無盤工作站與傳統(tǒng)計算機(jī)的唯一不同就是將本地的硬盤移除，但用戶數(shù)據(jù)仍會駐留在工作站的內(nèi)存中，非常容易被竊取。而虛擬桌面的運(yùn)算均駐留在數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器上，保證了數(shù)據(jù)及應(yīng)用的安全性。無盤服務(wù)器一旦服務(wù)器停機(jī)或網(wǎng)絡(luò)中斷將造成前端用戶的工作會話及數(shù)據(jù)丟失。而虛擬桌面后端的服務(wù)器可以實(shí)現(xiàn)如高可用性、在線遷移、實(shí)時容災(zāi)等企業(yè)級關(guān)鍵特性。即使前端瘦客戶機(jī)損壞或網(wǎng)絡(luò)中斷，用戶的所有操作及數(shù)據(jù)均駐留在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器上。

圖1 桌面虛擬化框架結(jié)構(gòu)

虛擬化技術(shù)應(yīng)用

某校通過虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了30個多媒體教室的桌面虛擬化建設(shè)，基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)主干帶寬為萬兆，千兆交換到教室客戶端。數(shù)據(jù)存儲層使用2TB的HP P6300存儲磁盤陣列。根據(jù)需要，購置2臺物理服務(wù)器，配置為2顆四核2.0G Xeon CPU，64G內(nèi)存，4塊300G硬盤，4張千兆網(wǎng)卡。虛擬化平臺層采用VMwarev Sphere解決方案，vSphere有兩個核心組件：VMware ESXi和VMware vCenter Server，前者是用于創(chuàng)建和運(yùn)行虛擬機(jī)的虛擬化平臺，后者提供連接到ESXi主機(jī)的中心管理員服務(wù)。在VMware ESXi創(chuàng)建出7個虛擬服務(wù)器，分別用于安裝2個域服務(wù)器和DHCP服務(wù)器、SQL Server2008數(shù)據(jù)庫、vCenter、Composer、2個View連接服務(wù)器。其中域服務(wù)器包括主域控制器和備份域控制器，View連接服務(wù)器分別用于連接管理服務(wù)器外網(wǎng)、連接管理服務(wù)器內(nèi)網(wǎng)，二者互為備用。配置了2個ESXi主機(jī)，這樣當(dāng)有一個不能正常工作時，其上運(yùn)行的各虛擬機(jī)會自動遷移到另一臺主機(jī)，正常后會自動恢復(fù)。桌面會話管理層相應(yīng)地采用了VMware View用于實(shí)現(xiàn)虛擬化桌面，在接入層則采用了升騰E9110，整套虛擬化方案的物理結(jié)構(gòu)如圖2所示。

虛擬機(jī)后臺管理使用VMwarev Sphere Client，輸入vCenter服務(wù)器的IP地址和賬號密碼即可登錄，通過這套軟件可以創(chuàng)建、刪除、備份、恢復(fù)虛擬機(jī)等操作，還可以修改VMware ESXi主機(jī)配置、資源池及虛擬機(jī)的配置及屬性等，界面如圖3所示。

虛擬桌面的管理，可以登錄View Connection Server，即View連接服務(wù)器完成。在IE瀏覽器中輸入“https://View Connection Server的IP地址/admin”即可訪問控制臺，輸入域用戶名和密碼登錄。登錄成功后可以創(chuàng)建或者刪除虛擬桌面池、分配生成的虛擬桌面并對相關(guān)的屬性進(jìn)行設(shè)置，如圖4所示。

當(dāng)教師在多媒體教室打開計算機(jī)后，首先啟動本地系統(tǒng)，然后自動通過VMware View Client接入該教室的虛擬桌面，整個過程全部自動運(yùn)行，使用非常方便。

由于虛擬桌面完全依賴網(wǎng)絡(luò)，所以當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題時，虛擬桌面將無法使用，為防止發(fā)生這類問題時影響教學(xué)，在瘦客戶機(jī)上配備了80GB的本地硬盤，并安裝了能夠滿足一般教學(xué)使用的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件（如Office、視頻播放器等）。如果發(fā)生斷網(wǎng)故障，可通過屏幕上的連接管理工具選擇斷網(wǎng)注銷，即可啟動本地瘦客戶機(jī)自帶的系統(tǒng)來臨時應(yīng)急使用。

圖2 VMwarev Sphere虛擬化方案的物理結(jié)構(gòu)

圖3 VMwarev Sphere Client

圖4 VMware View Administrator

應(yīng)用缺點(diǎn)分析

目前該套桌面虛擬化多媒體教室已使用一年多，整體運(yùn)行穩(wěn)定，性能良好，數(shù)據(jù)存儲效率較高，對于各種硬件及接口的虛擬也比較穩(wěn)定，尤其在播放高清視頻時，畫質(zhì)、連續(xù)性和穩(wěn)定性都與普通本機(jī)播放方式幾乎相同，完全能夠滿足課堂教學(xué)需要，并且維護(hù)管理非常方便快捷。與傳統(tǒng)多媒體教室相比，其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1. 終端購置成本低，使用壽命長

采用桌面虛擬化技術(shù)后，大量計算任務(wù)在服務(wù)器端進(jìn)行，終端計算機(jī)只顯示運(yùn)算結(jié)果，所以對終端的性能要求較低，可以使用較低價格的瘦客戶機(jī)作為多媒體教室的終端計算機(jī)，甚至可以使用面臨淘汰的計算機(jī)作為運(yùn)行虛擬機(jī)的物理主機(jī)；另外，由于終端計算機(jī)對性能要求較低，所以其淘汰周期也較長，可以節(jié)省大量的建設(shè)成本。

2. 集中管理，維護(hù)方便

虛擬化桌面技術(shù)使得維護(hù)人員能夠在服務(wù)器端對客戶機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一部署，安裝和升級軟件較為快捷方便，還可以做到不同的用戶根據(jù)自己的需求獲得不同的桌面環(huán)境或者個性化需求。用戶也可以使用自己的賬號，運(yùn)行自己的個性化界面和數(shù)據(jù)，為用戶帶來較好的一致性體驗。另外集中式的用戶數(shù)據(jù)存儲也便于維護(hù)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)備份和快速恢復(fù)。

3. 便于實(shí)施全局安全策略

由于用戶數(shù)據(jù)從原來的分散式終端節(jié)點(diǎn)存放改為集中式數(shù)據(jù)中心內(nèi)存儲，從本質(zhì)上降低了用戶數(shù)據(jù)所面臨的安全風(fēng)險。數(shù)據(jù)訪問集中化能夠緩解數(shù)據(jù)泄漏和失竊的風(fēng)險，這對于某些涉密院校顯得尤為重要。此外，為提高多媒體教室計算機(jī)的穩(wěn)定性，通常會在計算機(jī)上安裝網(wǎng)絡(luò)和病毒防火墻，甚至部署一些組安全策略。無論是防火墻的庫升級，還是組安全策略的下發(fā)部署，均可在服務(wù)器端進(jìn)行統(tǒng)一執(zhí)行，大大提高了維護(hù)效率，降低了安全風(fēng)險。

4. 降低能耗，節(jié)約運(yùn)行成本

一臺瘦客戶機(jī)的功率通常小于30W，而普通計算機(jī)的功率通常在200W左右，如果多媒體教室的數(shù)量較多，從長期運(yùn)行的角度考慮，能夠大大降低電能損耗，有效節(jié)約運(yùn)行成本。

采用虛擬化技術(shù)能夠有效降低多媒體教室維護(hù)和管理的復(fù)雜性，雖然目前仍然存在一些問題，如服務(wù)器端初期投資較大、對網(wǎng)絡(luò)依賴性高、虛擬化軟件較為昂貴等，但隨著硬件成本的不斷降低和虛擬化技術(shù)的不斷成熟，這些缺點(diǎn)都會逐漸得到解決，將虛擬化桌面技術(shù)應(yīng)用于多媒體教室的建設(shè)必將有著廣闊的應(yīng)用前景。