劉艷超 冷紅凡 王維虎

[摘 ? ?要] 隨著智慧校園建設的發(fā)展與虛擬化技術的不斷成熟，傳統(tǒng)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(tǒng)桌面教學存在的問題和當前虛擬化技術發(fā)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(huán)境，給管理者提供智能化和規(guī)范化的管理環(huán)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(tǒng)獨立完整PC物理機和網(wǎng)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(guī)模擴大、網(wǎng)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(tǒng)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(yè)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(tǒng)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(tǒng)多媒體桌面教學模式由于終端數(shù)量眾多且重要數(shù)據(jù)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(tǒng)安全隱患日益增多等因素，數(shù)據(jù)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(fā)的地方;另一方面，由于開放的網(wǎng)絡環(huán)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(qū)，比如釣魚網(wǎng)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(wǎng)癱瘓，甚至影響教學秩序;此外，傳統(tǒng)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(lián)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(tǒng)的桌面終端因技術發(fā)展、教室環(huán)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(huán)中，不斷地投入人力、物力和財力進行更新?lián)Q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(tǒng)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(yè)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(shù)量多，耗電量大，不利于響應國家節(jié)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(tǒng)的桌面教學終端是面向全校師生，涉及多個專業(yè)或課程，經常要花費大量時間安裝和更新計算機操作系統(tǒng)、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(qū)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(huán)境等都無法留存和遷移，以至于在新環(huán)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(guī)范化”之間的矛盾;另一方面，對于管理者而言，無法實時監(jiān)控每臺機器的使用情況，無法對每臺機器快速、動態(tài)地調配資源，不能做到提前預警和維護。

由此可見，傳統(tǒng)的多媒體桌面教學模式已成為發(fā)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(fā)展，相關產品日趨成熟，可以高效整合資源，節(jié)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(tǒng)時代，將多個進程運行在同臺物理機上;將應用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)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(tài)管理的邏輯的“資源池”，為用戶提供抽象的和虛擬的硬件環(huán)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(huán)境的用戶系統(tǒng)集中起來，遷移到管理段的數(shù)據(jù)中心，通過虛擬機監(jiān)視器隱藏特定計算平臺的實際物理特性，統(tǒng)一管理資源，分離了物理設備和應用系統(tǒng)間的緊密耦合，將核心的數(shù)據(jù)存儲和運算執(zhí)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(xié)議從數(shù)據(jù)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(huán)境和體驗感。

2.2 ? 桌面虛擬化的優(yōu)勢

（1）安全穩(wěn)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(yōu)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(shù)據(jù)和系統(tǒng)安全具有可控性，極大地降低了系統(tǒng)數(shù)據(jù)在存儲、傳輸和管理的風險，為教學提供安全的系統(tǒng)網(wǎng)絡環(huán)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(jiān)控，做到提前預警和動態(tài)調整資源以及設置安全策略等，使機器減少受到外部網(wǎng)絡的攻擊和侵入，一旦系統(tǒng)或數(shù)據(jù)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(xiàn)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(tài)，極大地保障系統(tǒng)和用戶數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)泄露或損失、不中斷用戶工作的情況下進行系統(tǒng)維護、負載均衡、動態(tài)遷移、故障自動隔離等，提供一種高可靠服務器應用環(huán)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)與硬件的相關性，突破軟硬件環(huán)境的差異，重點工作由傳統(tǒng)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(wěn)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(shù)量龐大的各類終端業(yè)務轉移到數(shù)據(jù)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(yè)務水平及創(chuàng)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(tǒng)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(fā)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(xiàn)動態(tài)地擴展網(wǎng)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(tǒng)應用，教師根據(jù)教學和實驗要求可隨意切換、搭建和保存各種環(huán)境，管理員放權讓老師和學生管理自己的個性化操作系統(tǒng)，而且個性化操作系統(tǒng)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(xiàn)故障，可以還原到最新備份節(jié)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(shù)據(jù)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(tǒng)的多媒體教學桌面為例，提出一種基于VMware Horizon的解決傳統(tǒng)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(huán)境，構建服務器底層虛擬化環(huán)境。②在服務器虛擬化基礎上，搭建桌面虛擬化環(huán)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(shù)據(jù)中心，這樣可以在教學區(qū)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(xié)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(fā)展、智慧教學和智慧校園建設的發(fā)展，傳統(tǒng)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(tǒng)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(fā)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(fā)展來看，隨著虛擬化技術的進一步發(fā)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

[1]李章強.虛擬桌面架構的大學實驗機房環(huán)境建設[J].電腦迷，2018（7）：72.

[2]張媛.云時代圖書館桌面虛擬化帶來的管理技術變革[J].新世紀圖書館，2013（4）.

[3]李貴貴.基于OpenStack虛擬云桌面系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].南京：東南大學，2017.