張漢君　張鈺松

摘 要：為有效保障高校多媒體教室的穩(wěn)定可靠性，滿足學(xué)校不同學(xué)科、課程教學(xué)的個(gè)性化需求，不斷適應(yīng)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合的發(fā)展趨勢(shì)，更有效地發(fā)揮多媒體教室的作用，除了加強(qiáng)多媒體教室設(shè)備的日常運(yùn)行維護(hù)外，湖南工業(yè)大學(xué)多媒體教室云桌面項(xiàng)目總體框架采用“層次化”的結(jié)構(gòu)和控制方案，分為客戶端層、云主機(jī)層和管理層三個(gè)實(shí)施層面，滿足了學(xué)校提出的針對(duì)如服務(wù)器出現(xiàn)故障、網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)斷網(wǎng)故障等問題時(shí)也可確?；镜恼n堂教學(xué)的設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：虛擬化技術(shù)；云桌面；多媒體教室

中圖分類號(hào)：G484 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-8454（2017）14-0092-03

信息化時(shí)代的到來推動(dòng)著高等教育走向信息化的發(fā)展道路，不斷促進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合。多媒體教室以其在教學(xué)中具有多媒體視聽結(jié)合、知識(shí)呈現(xiàn)多樣化、教學(xué)形式生動(dòng)形象以及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的教學(xué)資源共享等特點(diǎn)，越來越成為各大高校深化教學(xué)改革、提高教學(xué)質(zhì)量的主要支撐平臺(tái)。

一、目前多媒體教室管理中的問題

高校傳統(tǒng)的多媒體教室設(shè)備普遍由計(jì)算機(jī)、中控、投影儀、功放及音響等組成，這種模式約占高校多媒體教室數(shù)量的90%以上。計(jì)算機(jī)作為其中的核心組件，其可靠性直接決定著課堂教學(xué)是否能夠正常運(yùn)行。大量的現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)運(yùn)行實(shí)踐表明，以計(jì)算機(jī)為核心的高校多媒體教室在建設(shè)與管理中主要存在以下問題：

1.數(shù)量多，分布廣，獨(dú)立管理，運(yùn)維任務(wù)重

多媒體教室建設(shè)從上世紀(jì)90 年代中后期開始在各大高校興起，由于多媒體教學(xué)手段傳輸?shù)男畔⒘看?，學(xué)生可通過視覺及聽覺全方位地接收信息，教師越來越多的選擇了多媒體教學(xué)手段進(jìn)行教學(xué)，對(duì)多媒體教室的依賴性也越來越重。如今多媒體教室已經(jīng)非常普及，一所高校動(dòng)輒上百間甚至幾百間多媒體教室，分布在不同的教學(xué)樓中，加之高校多媒體教室維護(hù)技術(shù)人員緊缺，導(dǎo)致運(yùn)行維護(hù)任務(wù)重，甚至發(fā)生教學(xué)管理事故。

2.計(jì)算機(jī)故障頻發(fā)

多媒體教室管理與維護(hù)中最容易出問題的是計(jì)算機(jī)，據(jù)我們統(tǒng)計(jì)，多媒體教室所發(fā)生的故障中，70%以上與計(jì)算機(jī)有關(guān)，因?yàn)槭枪矐?yīng)用場(chǎng)所，使用的教師多，教室環(huán)境也沒有機(jī)房好，應(yīng)用的軟件種類多，再加上病毒的侵害和誤操作等，很容易引起計(jì)算機(jī)系統(tǒng)崩潰。同時(shí)，計(jì)算機(jī)使用了幾年以后，很多接插件容易接觸不良，經(jīng)常出現(xiàn)原因不明的故障等。

3.計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的升級(jí)更新耗時(shí)費(fèi)力

眾多多媒體教室承擔(dān)著一所高校所有課程的日常授課，涉及到多個(gè)專業(yè)和多門課程，每個(gè)學(xué)期的課程及應(yīng)用軟件等都會(huì)有變化，每位教師上課的教室也是變化的，因此多媒體教室的計(jì)算機(jī)上一般需要安裝幾個(gè)操作系統(tǒng)和很多應(yīng)用軟件，不僅造成計(jì)算機(jī)速度變慢，更重要的是當(dāng)需要更新操作系統(tǒng)或升級(jí)各類應(yīng)用軟件時(shí)，需要管理人員花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行更新和安裝。同時(shí)，不同軟件安裝在同一個(gè)環(huán)境中，常常會(huì)引起軟件的沖突。為了安裝好一臺(tái)“母機(jī)”，需要不斷地去測(cè)試軟件。如果有的多媒體教室沒有局域網(wǎng)，就需要一臺(tái)一臺(tái)地更新，其工作量可想而知。

如何有效保障數(shù)量龐大的多媒體教室的穩(wěn)定可靠性，滿足學(xué)校不同學(xué)科、課程教學(xué)的個(gè)性化需求，不斷適應(yīng)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合的發(fā)展趨勢(shì)，更有效地發(fā)揮多媒體教室的作用，是高校現(xiàn)代教育技術(shù)部門、教學(xué)管理部門都無法回避且必須著力探索與解決的普遍性的現(xiàn)實(shí)問題。因此，除了加強(qiáng)多媒體教室設(shè)備的日常運(yùn)行維護(hù)外，如何解決多媒體教室中占故障率70%以上的計(jì)算機(jī)問題，滿足現(xiàn)代化教學(xué)過程中海量資源共享需求，就成了我們關(guān)注的重點(diǎn)。

二、桌面虛擬化技術(shù)

虛擬化（Virtualization）是一個(gè)廣義的術(shù)語，簡(jiǎn)單來說，是指計(jì)算機(jī)相關(guān)模塊在虛擬的基礎(chǔ)上，而不是真實(shí)的、獨(dú)立的物理硬件基礎(chǔ)上運(yùn)行，這種把有限的固定資源根據(jù)不同需求進(jìn)行重新規(guī)劃以達(dá)到最大利用率，從而實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化管理，優(yōu)化資源等目的的解決方案，就叫做虛擬化技術(shù)之一。

計(jì)算機(jī)虛擬化技術(shù)當(dāng)前主要包括服務(wù)器虛擬化、應(yīng)用虛擬化、桌面虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化等。而桌面虛擬化技術(shù)是當(dāng)前發(fā)展最快的技術(shù)之一。

桌面虛擬化是指將服務(wù)器物理資源抽象成邏輯資源，CPU、內(nèi)存、磁盤、I/O等硬件變成可以動(dòng)態(tài)管理的資源池，通過虛擬機(jī)控制器將資源重新按邏輯組合成一個(gè)或者多個(gè)虛擬機(jī)，最后通過遠(yuǎn)程桌面連接協(xié)議將虛擬機(jī)的畫面交付給云終端的整體解決方案，桌面虛擬化技術(shù)也被簡(jiǎn)稱為云桌面技術(shù)。

根據(jù)多媒體教室應(yīng)用的場(chǎng)景，多媒體教室的計(jì)算機(jī)如采用云桌面技術(shù)，將大大減輕管理人員的維護(hù)工作量，極大的保證了多媒體教室的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)云桌面不僅能滿足教師的個(gè)性化需求，而且能更好地滿足教師在教學(xué)過程中的海量資源共享。

但由于云桌面對(duì)服務(wù)器有強(qiáng)依賴性，一旦服務(wù)器或網(wǎng)絡(luò)中斷，將造成多媒體教室的災(zāi)難性故障，所有采用云桌面的多媒體教室都將無法使用，這也是許多學(xué)校對(duì)多媒體教室建設(shè)采用云桌面非常謹(jǐn)慎的重要原因。

三、基于云桌面的多媒體教室設(shè)計(jì)方案

本多媒體教室云桌面項(xiàng)目總體框架由銳捷網(wǎng)絡(luò)提供，采用“層次化”的結(jié)構(gòu)和控制方案，分為客戶端層、云主機(jī)層和管理層三個(gè)實(shí)施層面，滿足了學(xué)校提出的服務(wù)器出現(xiàn)故障、網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)斷網(wǎng)故障時(shí)也可確?；镜恼n堂教學(xué)的設(shè)計(jì)要求。

1.在云主機(jī)層，采用集群技術(shù)的服務(wù)器保障體系

由于云桌面對(duì)服務(wù)器的可靠性要求較高，采用了服務(wù)器集群的方案，保證了一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障后不會(huì)影響到服務(wù)器對(duì)所有的云終端提供服務(wù)的能力。同時(shí)，在云終端數(shù)量較多樓棟建設(shè)備用集群的方案，當(dāng)主服務(wù)器集群出現(xiàn)故障或主服務(wù)器與教學(xué)樓網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，由設(shè)置在教學(xué)樓內(nèi)備用集群的云主機(jī)提供服務(wù)來保證教學(xué)樓內(nèi)的云終端正常運(yùn)行和工作。

2.在客戶端層，云終端采用了瘦客戶機(jī)模式

云終端采用了瘦客戶機(jī)模式，云終端內(nèi)無任何接插件，保證了云終端的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)，云終端提供了離線模式，當(dāng)服務(wù)器無法對(duì)云終端提供服務(wù)時(shí)，云終端也能保證基本的課堂教學(xué)模式，即播放PPT或者播放視頻，這樣保證了基本的教學(xué)過程不中斷。

3.化出專門vlan和單獨(dú)的IP地址段用于云桌面在全校的部署

為了保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性，本設(shè)計(jì)方案對(duì)校園網(wǎng)絡(luò)也進(jìn)行了優(yōu)化，化出專門vlan和單獨(dú)的IP地址段用于云桌面在全校的部署，這樣便于維護(hù)和管理，當(dāng)我們更換云終端時(shí)，只需將網(wǎng)線和鍵盤鼠標(biāo)接上就可以使用。同時(shí)，我們對(duì)有140間多媒體教室的公共教學(xué)樓單獨(dú)建設(shè)了多媒體專網(wǎng)，用來保證網(wǎng)絡(luò)的安全可靠。

4.教學(xué)資源分類部署

根據(jù)學(xué)校教學(xué)要求和各類教師對(duì)教學(xué)資源使用的不同，建設(shè)了滿足教師個(gè)性化需求的教學(xué)資源類型，如圖形視頻類制作的教學(xué)課程、基礎(chǔ)類教學(xué)課程、文科類教學(xué)課程、經(jīng)濟(jì)類教學(xué)課程等類型。對(duì)不同的教學(xué)類型建設(shè)不同的操作系統(tǒng)的教學(xué)課程模塊，用來滿足不同類型教師的需求，這樣多個(gè)教師共用一個(gè)類型模塊，可以降低云桌面建設(shè)的成本，對(duì)個(gè)別教師有特別要求的，提供單獨(dú)的教學(xué)賬號(hào)來滿足其個(gè)性化要求。

5.開發(fā)了移動(dòng)手機(jī)APP輔助教學(xué)工具

為了充分發(fā)揮移動(dòng)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，我們開發(fā)了移動(dòng)手機(jī)APP輔助教學(xué)工具。它是一款基于無線WiFi網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端與云終端之間互聯(lián)互動(dòng)的移動(dòng)應(yīng)用軟件。在多媒體教學(xué)中可利用手機(jī)將資料、講義、實(shí)物、幻燈片等清晰地在投影幕布或者大屏上展示出來，實(shí)現(xiàn)對(duì)照片展示及編輯、媒體文件展示和PPT控制等操作，實(shí)現(xiàn)教師在教室任何地點(diǎn)均能通過移動(dòng)設(shè)備掌控教學(xué)內(nèi)容，將教師的授課中心從講臺(tái)下移到學(xué)生中間，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)授課、智慧互動(dòng)教學(xué)等功能。

四、技術(shù)特點(diǎn)

1.云服務(wù)器虛擬化技術(shù)

云桌面服務(wù)器端使用的服務(wù)器虛擬化技術(shù)，是基于當(dāng)前流行的開源內(nèi)核虛擬化技術(shù)，將調(diào)度等任務(wù)委托給Kernel相關(guān)模塊，并且配套使用用戶態(tài)仿真軟件，模擬真實(shí)硬件行為，具備包含動(dòng)態(tài)虛擬機(jī)資源調(diào)度、虛擬內(nèi)存超載和共享及虛擬磁盤數(shù)據(jù)安全隔離三種核心功能，采用的是一種在成本、系統(tǒng)管理、靈活性、穩(wěn)定性等方面都有明顯優(yōu)勢(shì)的虛擬化技術(shù)。

2.虛擬桌面?zhèn)鬏攨f(xié)議

云桌面技術(shù)需要將虛擬機(jī)通過一條專屬連接協(xié)議將多條任務(wù)如圖形顯示輸出、鍵盤輸入、用戶接口設(shè)備、光標(biāo)移動(dòng)等功能封入通道并顯示在云終端上。但正常開課時(shí)每臺(tái)云服務(wù)器需并發(fā)運(yùn)行幾十臺(tái)虛擬機(jī)，如果教師播放高清畫質(zhì)教學(xué)視頻或啟動(dòng)圖像動(dòng)態(tài)變化量較多的應(yīng)用（如Flash），服務(wù)器就需要耗費(fèi)大量資源在視頻流編解碼上，并發(fā)嚴(yán)重時(shí)會(huì)帶來虛擬機(jī)運(yùn)算性能下降的情況。為了保障教師教學(xué)應(yīng)用的全面支撐及高性能體驗(yàn)，云桌面?zhèn)鬏攨f(xié)議的優(yōu)化就變得更加重要。本方案云桌面的桌面?zhèn)鬏攨f(xié)議采用的是EST增強(qiáng)型圖形傳輸協(xié)議，EST高性能協(xié)議利用終端解碼器加速圖形渲染讓教學(xué)應(yīng)用及視頻播放更流暢，圖形數(shù)據(jù)緩存可避免傳輸重復(fù)數(shù)據(jù)，大幅降低帶寬和服務(wù)器開銷，提高外設(shè)的兼容性和連接在云終端的高識(shí)別率。

3.虛擬機(jī)加速技術(shù)

第一虛擬機(jī)訪問操作系統(tǒng)模板服務(wù)器會(huì)把模板放入內(nèi)存中作為熱數(shù)據(jù)，之后其他虛擬機(jī)只要從內(nèi)存熱數(shù)據(jù)中讀取數(shù)據(jù)，大大加快了讀取操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)，這樣用戶批量登錄虛擬機(jī)只需要20～30s就可以啟動(dòng)。我們采用了如下虛擬機(jī)加速技術(shù)：

（1）智能鏡像加速技術(shù)。所有定制好的系統(tǒng)鏡像會(huì)由云服務(wù)器自動(dòng)優(yōu)化，在該技術(shù)的支持下，五十臺(tái)虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)間只需短短幾分鐘，同時(shí)還提供教師在上課過程中可隨時(shí)切換教學(xué)操作系統(tǒng)的選擇，從而方便地改變教學(xué)應(yīng)用，演繹云技術(shù)帶給傳統(tǒng)教學(xué)的創(chuàng)新和優(yōu)化。

（2）多級(jí)Cache緩存技術(shù)。實(shí)現(xiàn)鏡像啟動(dòng)加速、IO加速，使云桌面啟動(dòng)和應(yīng)用程序運(yùn)行速度大幅度提升。在該技術(shù)幫助下，教師常用教學(xué)課件、專用軟件啟動(dòng)、運(yùn)行速度比同配置物理機(jī)提升200%，大幅提升教師的用機(jī)體驗(yàn)。

從2015年10月開始，湖南工業(yè)大學(xué)多媒體教室的云桌面采用了本設(shè)計(jì)方案，目前應(yīng)用情況良好，保證了學(xué)校教學(xué)的正常運(yùn)行。云桌面在多媒體教室的應(yīng)用，不僅僅只是減輕了維護(hù)人員的工作量，更重要的是云桌面應(yīng)用于多媒體教室后，將對(duì)教學(xué)活動(dòng)產(chǎn)生較大的影響，教師可隨時(shí)將其存于云端的教學(xué)資源用于教學(xué)過程，學(xué)生可將其問題通過網(wǎng)絡(luò)傳到云端，師生的課堂互動(dòng)性必將會(huì)更加頻繁，基于云端的大數(shù)據(jù)分析也必將成為多媒體教室應(yīng)用的另一個(gè)方向。

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（編輯：魯利瑞）