張 穎，凌仕勇

(華東交通大學 現代教育技術中心，南昌 330013)

VDI+VOI融合的多媒體教室桌面云設計與實踐

張 穎，凌仕勇

(華東交通大學 現代教育技術中心，南昌 330013)

隨著云計算和虛擬化技術的快速發(fā)展，桌面云為高校教學用計算機和辦公用計算機的管理和維護帶來一種全新的技術架構和管理模式。分析和比較VDI和VOI兩種主流桌面虛擬化技術，并根據學校實際應用需求,設計實現了VDI+VOI融合的多媒體教室桌面云解決方案,給出具體實施方案及個性化需求，并介紹桌面云環(huán)境搭建。實踐表明，桌面云的應用實現運維管理、用戶數據、用戶體驗完美融合，保障了教學的安全性和連續(xù)性，提供了個性化的桌面服務，實現桌面統(tǒng)一管理。

虛擬桌面基礎架構； 虛擬操作系統(tǒng)基礎設施； 多媒體教室； 桌面云

0 引 言

隨著信息化教學的深入，多媒體教室成為高校主要的教學環(huán)境。多媒體教室地理位置分散,終端數量多、配置多樣化、災難恢復時間長等問題給多媒體教室的管理和維護工作帶來諸多不便[1]，通過傳統(tǒng)模式管理和維護終端設備已經變得越發(fā)困難，無法滿足教學需求。此外，應用軟件和教學資源難以遷移，教師如果臨時調整教室，必須在新的PC機上重新安裝和部署軟件，重新上傳教學資源，課程的調整也嚴重受限。因此，急需尋求一種集中化、易于管理、易于資源遷移和獲取的解決方案。

近年來，桌面云因其“集中管理、靈活訪問、數據安全、綠色節(jié)能”的特點，為高校教學用多媒體計算機和辦公用計算機的管理和維護帶來了一種全新的技術架構和管理模式。利用桌面云可以有效分離用戶物理終端和邏輯桌面，便于集中部署與工作、教學相關的邏輯桌面環(huán)境，達到統(tǒng)一管控[2]。

本文分析和比較VDI和VOI兩種主流的桌面虛擬化技術，結合學校對于多媒體教室桌面維護的應用需求和教師的個性化辦公需求，設計并實現了VDI+VOI融合的多媒體教室桌面云管理平臺，創(chuàng)新的將離線桌面VOI模式和在線桌面VDI模式結合。實踐表明，桌面云的應用實現運維管理、用戶數據、用戶體驗完美融合，保障了教學的安全性和連續(xù)性，提供了個性化的桌面服務，實現桌面統(tǒng)一管理。

1 相關研究工作

隨著云計算技術和虛擬化技術的快速發(fā)展，桌面虛擬化成為當前發(fā)展最快和最具應用前景的技術。Citrix、VMware、Microsoft、Oracle等國際IT巨頭公司以及國內各大廠商陸續(xù)推出了桌面虛擬化產品，國內專家學者對桌面云相關技術做了大量研究，對高校實驗室的環(huán)境優(yōu)化進行了積極的探索[3-4]，對VDI和VOI模式進行了理論探討[5-7]，對桌面云關鍵技術進行了深入的研究[8-9]，并對桌面云進行了有益的實踐[10-13]。

上述相關研究表明，研究者們對高校多媒體教室的桌面云系統(tǒng)，尤其是離線桌面和在線桌面融合的多媒體教室桌面云管理系統(tǒng)的研究仍存在空白。本文緊密結合學校實際應用需求，重點研究VDI+VOI融合的多媒體教室桌面云管理平臺的設計與實現，其特點在于從教學的安全性和連續(xù)性角度出發(fā)，設計了一套離線桌面和在線桌面結合的桌面管理平臺，并將之應用于高校智慧教室建設中，具有更為實用的應用價值。

2 VDI+VOI融合桌面統(tǒng)一管理平臺設計

2.1業(yè)務需求分析

我校多媒體教室分布在南北校區(qū)的多棟教學樓，多媒體教室終端設備數量多，地理位置分散，軟件部署和系統(tǒng)升級工作量大。為了改善當前多媒體教室管理現狀，同時滿足正常教學需求及教師對桌面的個性化需求，云桌面應適應不同的場景，提供不同的使用方式。針對上述需求設計的桌面應用場景主要有：

(1) 多媒體教室。終端設備在使用“虛擬桌面”的同時，也可以使用本地系統(tǒng)。在學校網絡中斷或服務器異常的情況下，不影響教學，能繼續(xù)使用系統(tǒng)和本地緩存數據進行教學，本地系統(tǒng)支持局域網統(tǒng)一部署。管理員可以根據實際教學需要，創(chuàng)建多個教學場景，如Win7場景，Win10場景等，滿足不同專業(yè)需求，可以集中管理和部署各場景應用組件。

(2) 教學、辦公和科研應用。為了滿足教師的個性化需求，為每位授課教師分配一個與教學桌面一致的個人桌面，教師可以將教案、課件和科研文獻等資料集中存儲在云端，通過任意設備在任何時間、任何地點都可以接入自己的專屬桌面，進行移動辦公、備課或科研。

2.2技術選型

根據虛擬桌面的實現機制，目前主流虛擬桌面技術可分為兩類： VDI方式和VOI方式[13]。

VDI即在線桌面，計算、存儲均在云端，特點是高效管理、靈活接入、資源可彈性分配。每一個虛擬桌面部署在服務器上的一個虛擬機上，通過桌面?zhèn)鬏攨f(xié)議將人機界面?zhèn)魉偷娇蛻舳耍蛻舳酥皇禽斎胼敵鼋缑?。用戶在網絡通暢的任何地方，都可以隨時訪問到桌面操作系統(tǒng)，與此同時也給信息化建設帶來的顯著挑戰(zhàn)：① 由于桌面和應用以集中化的方式存儲，需要在核心基礎設施上增加投入，包括面向 VDI的高可靠性存儲、服務器;② 對網絡的依賴，使得脫機使用變得十分困難;③ 對網絡帶寬、延時的要求，無法真正突破多媒體、3D 影像設計應用的瓶頸;④ 無法完全消除低帶寬、高延時網絡連接對用戶體驗的影響;⑤ 對各種可用外圍設備存在限制，對很多外設不兼容。

同時，油田物資供應處還優(yōu)化完善現代化物流供應鏈，建立標準化選型定型采購流程；根據框架協(xié)議采取訂單式操作，提高物資采購的效率和效益，為低成本、高質量、高效益開發(fā)的智慧油

VOI即離線桌面，計算在本地，存儲在云端，特點是充分利用終端本地的計算資源。桌面操作系統(tǒng)和應用軟件集中部署在云端，啟動時云端以數據流的方式將操作系統(tǒng)和應用軟件按需傳送到客戶端，并在客戶端執(zhí)行運算[14]。其可脫離網絡本地離線運行、服務器投入小、具備超強的圖像密集型運算能力以及對外設兼容性好等特性，讓桌面虛擬化有了更好的適應性和可用性的用戶體驗。

簡而言之，VDI是全部的集中，而VOI是合理的集中，它們適合不同的應用場景，優(yōu)勢互補，兩種桌面技術特征見表1。VDI補充了VOI移動辦公、高集中管控、彈性計算的場景，VOI補充了VDI所缺失的高性能應用、3D設計、離線場景，所以VDI+VOI融合是最佳的解決方案。融合解決方案可以讓用戶通過任意終端，在任意地點、任意時間接入云桌面，實現資源合理的集中。

表1 基于VDI與VOI的虛擬桌面技術比較

2.3桌面云具體實施方案

基于以上業(yè)務需求和技術特點，最終確定了VOI桌面+VDI桌面+云盤的方案(見圖1)。該方案區(qū)別不同場景的應用，實現離線桌面和在線桌面的融合，同時兩種桌面場景都可以訪問到同一個數據磁盤，實現數據共享。

圖1 VDI+VOI桌面統(tǒng)一管理方案

(1) 對于多媒體教室、偏重量級應用等固定場景，采用VOI的部署模式，通過集中模板方式進行操作系統(tǒng)和應用組件的管理。在網絡中斷或服務端異常情況下能使用本地系統(tǒng)和本地緩存數據進行授課。

(2) 對于非固定終端、輕量級應用場景，采用VDI的部署模式，利用云服務器的計算資源、存儲資源，使用傳統(tǒng)PC遠程訪問云桌面。

為了滿足上述多場景桌面需求，除桌面云的虛擬機存儲、網絡、管理、高可用、監(jiān)控等基本功能外，表2所示列出了桌面云方案拓展需求。

3 桌面云的實現

學校通過采用云服務器+云盤+云終端+桌面云軟件+原傳統(tǒng)PC的方式，初期規(guī)劃將257間多媒體教室改造成桌面云環(huán)境。多媒體教室統(tǒng)一采用VOI的部署模式，云終端上統(tǒng)一部署Windows7操作系統(tǒng)以及常用教學軟件，在網絡不穩(wěn)定時，可以使用本地系統(tǒng)和緩存數據，保證使用桌面云教學的安全性。同時，給相關教師分配一個與教室VOI桌面一致鏡像的VDI個人桌面，供教師備課、教學及辦公。

3.1軟件對接

根據上述需求，本方案主要涉及到3個方面的對接，分別是桌面云與學校現有統(tǒng)一身份認證平臺的對接、云盤與學?，F有統(tǒng)一身份認證的對接及桌面云與云盤的統(tǒng)一認證對接。其中桌面云與云盤的統(tǒng)一認證見圖2。認證流程：① 用戶在客戶端輸入用戶名/密碼登錄桌面；② 云桌面管理平臺經過鑒權后返回認證結果，如果成功在桌面中寫入用戶名信息，密碼信息可選；③ 桌面系統(tǒng)把云盤客戶端設置為自啟動模式，啟動后，主動讀取桌面用戶信息；④ 云盤客戶端帶著用戶信息到云盤服務端認證；⑤ 返回認證結果，如果認證成功直接登錄云盤。

表2 桌面云方案拓展需求

圖2 云盤與桌面云統(tǒng)一認證方案

3.2VOI桌面部署

首先在服務器是安裝操作系統(tǒng)及VOI業(yè)務系統(tǒng)，開啟DHCP服務，將終端開機設置為網卡PXE啟動，通過服務器DHCP自動獲取IP地址，選擇相關鏡像開始下載安裝，在進入Windows系統(tǒng)的桌面后，打開VOI客戶端可以看到下載進度。在批量下載鏡像之前需要制作好鏡像模板。終端支持快速啟動，支持Citrix ICA、VMware PCoIP、Microsoft RDP虛擬桌面協(xié)議。

3.3VDI桌面部署

首先在服務器上安裝VDI桌面系統(tǒng)并進行初始化配置，然后創(chuàng)建虛擬機模板，新建一個虛擬機，設置虛擬機存儲位置，選擇運行的操作系統(tǒng)，為虛擬機預分配CPU、內存、磁盤等硬件資源，通過光驅引導所選擇的ISO文件來安裝操作系統(tǒng)，將虛擬機轉化為模板，通過該模板，可在資源池中快速生成多個相同類型的虛擬機；接著創(chuàng)建桌面池，桌面池是多個虛擬桌面組成的集合，一個桌面池可以有多個虛擬桌面，新增桌面池的過程就是通過虛擬桌面模板創(chuàng)建若干個虛擬桌面；最后通過桌面管理將用戶和虛擬桌面關聯(lián)。教師通過帳號和密碼就能訪問到專屬桌面。

4 實踐效果

項目實施完成后，對日常教學和辦公所需要的功能進行測試，結果見表3。從我校桌面云的實際應用效果來看，VOI+VDI融合創(chuàng)新實現運維管理、用戶數據、用戶體驗完美融合。通過訪問桌面云的管理平臺，即可實現桌面云系統(tǒng)和軟件統(tǒng)一安裝、更新，簡化桌面運維工作量。在桌面間實現了用戶數據同步，用戶數據存儲在云盤，無論在辦公室辦公教研、在多媒體教室上課、還是在家中備課或批改作業(yè)，教師使用同一帳號都可以訪問自己的云盤數據，使用差別無感知，提高工作連續(xù)性。另外，在網絡故障或者服務器宕機的情況下，直接啟用終端的本地桌面和本地緩存數據，充分保障了教學的安全性和連續(xù)性。從測試使用結果看，該桌面云系統(tǒng)在功能上完全達到預期的設計要求[15]。

5 結 語

VDI+VOI融合實現了兩種桌面統(tǒng)一管理,幫助學校構建端到端的管理架構，節(jié)省了大量部署教學環(huán)境的準備時間和教學空間，進而提升了教學效率和教學質量，滿足教師個性化桌面需求，保障了數據的安全性和私密性。在今后的研究中，將會進一步探索桌面云的教育功能，同時進一步拓展桌面云的應用領域，完成教學互動平臺和桌面云的對接，使桌面云深入到教學活動的各個方面，實現桌面云與教學活動的深度融合。

表3 基本功能測試

[1] 焦 飛.改進多媒體教室管理方案的探索[J].實驗技術與管理,2016,33(5):151-154.

[2] 李 梅,羅南林,蔡建軒.基于VDI模式的桌面云管理平臺設計與實現[J].計算機科學,2015,42(S1):345-348.

[3] 林 旻.桌面虛擬化技術(VDI)在高校實驗室教學中應用研究[J].計算機光盤軟件與應用,2013,2(18):205-206.

[4] 劉期建,馮靈林,張大敏,等.基于VOI模式的多媒體教學環(huán)境構建研究[J].電腦知識與技術,2014,10(34):8289-8290.

[5] 吳卓恒.VDI與IDV在高校計算機機房中的適用性淺析[J].電腦知識與技術,2016,12(21):236-237.

[6] 王 斌,余佳齊,李偉民,等.SPICE在透明桌面服務機制中的應用及優(yōu)化研究[J].計算機科學,2015,42(6A):321-324.

[7] 徐 浩,蘭雨晴.基于SPICE協(xié)議的桌面虛擬化技術研究與改進方案[J].計算機工程與科學, 2013,35(12): 20-25.

[8] 金 彪,鄭小建,姚志強,等.桌面虛擬化與計算機實驗室管理[J].實驗技術與管理,2014,31(2):85-88.

[9] 張 楠.通過桌面云提升高校IT應用和管理水平[J].實驗室技術與管理,2014,31(9):126-128,138．

[10] 盧民榮,許鄧艷.基于桌面云的實驗室資源優(yōu)化研究[J].現代教育技術,2015,25(7):101-106.

[11] 覃 馮,黃善斌,潭衛(wèi)玲,等.基于桌面云的多媒體計算機實驗室管理研究[J].實驗技術與管理,2015,32(3):164 -166．

[12] 劉文杰,丁 寧,楊 濤.基于Xen的桌面虛擬化實驗設計[J].實驗技術與管理,2013,30(10):93-95.

[13] 張微微.虛擬桌面技術在高校公共機房管理中的應用[J].軟件導刊,2015,14(11):197-198.

[14] 羅圣美,李桂萍.云桌面解決方案和實踐[J].信息通信技術,2016(2):46-52.

[15] 黃金敢.高校教學環(huán)境中桌面云架構研究與實現[J].計算機技術與發(fā)展,2013(12):222-225.

DesignandImplementationofDesktopCloudbyCombiningVDIwithVOIinMultimediaClassroom

ZHANGYing,LINGShiyong

(Modern Educational Technology Center, East China Jiaotong University, Nanchang 330013, China)

With the rapid development of cloud computing and virtualization technology, desktop cloud brings a new technical framework and management mode for the management and maintenance of teaching computers and office computers.Based on the actual needs and the complementation of advantages of the VDI and VOI, one solution of desktop cloud is designed by combining VDI and VOI in multimedia classroom.The concrete implementing scheme and individualized needs are given, and the desktop virtualization environment is introduced.The practice shows that the application of desktop cloud realizes the perfect combination of operation and maintenance management, user data, and user experience, it also makes sure the safety and continuity of teaching, provides personalized desktop service, and realizes unified management.

virtual desktop infrastructure (VDI); virtual operating system infrastucture (VOI); multimedia classrooms; desktop cloud

TP 393

A

1006-7167(2017)10-0145-04

2017-02-28

江西省教育廳科學技術研究項目(GJJ161672);華東交通大學校立科研項目(15QT01)。

張 穎(1987-)，女，江西上饒人，碩士，助理工程師，主要研究方向為云計算與虛擬化。Tel.：13576961987; E-mail：836549563@qq.com