張宸瑋

（深圳大學(xué)外國(guó)語(yǔ)學(xué)院，廣東 深圳 518000）

隨著信息化的快速發(fā)展，學(xué)校的機(jī)房管理維護(hù)也經(jīng)歷了幾代變革，從剛開(kāi)始的單機(jī)GHOST[1]模式，到后來(lái)的保護(hù)還原和網(wǎng)絡(luò)拷貝模式，到無(wú)盤(pán)工作站[2]模式再到現(xiàn)在的桌面云模式，機(jī)房的管理效率和教學(xué)的使用效果都有了極大的提升。

經(jīng)過(guò)近幾年技術(shù)的不斷發(fā)展和積累，桌面云產(chǎn)品的成熟度已經(jīng)非常高，在教育、政府、企業(yè)、制造、醫(yī)療、金融等多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，每個(gè)行業(yè)都有自己獨(dú)特的需求和特質(zhì)，不同廠(chǎng)商針對(duì)其布局行業(yè)也都進(jìn)行了特質(zhì)性的開(kāi)發(fā)。建設(shè)桌面云的意義在哪，他能解決現(xiàn)有的哪些問(wèn)題呢？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，桌面云[3]實(shí)現(xiàn)了終端的統(tǒng)一管理，物理使用空間的大幅提升，教學(xué)資源的彈性利用，終端耗能的大幅降低，教學(xué)辦公的使用提升，數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程交付，終端數(shù)據(jù)的安全容錯(cuò)，總體建設(shè)維護(hù)成本的收縮。

1.桌面云技術(shù)選型分析

面對(duì)現(xiàn)在市場(chǎng)上如此多的桌面云產(chǎn)品，又該如何選擇適合學(xué)校建設(shè)特點(diǎn)的桌面云方案呢。市場(chǎng)上桌面云主要架構(gòu)有三種，分別是全云端方式的VDI,云端管理本地計(jì)算數(shù)據(jù)的VOI與IDV[4]，沒(méi)有完美的技術(shù)，每一種技術(shù)都有他的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)，下面將從目前市場(chǎng)上的三種主流桌面云架構(gòu)進(jìn)行深入分析。

1.1 VDI架構(gòu)桌面

VDI屬于現(xiàn)在桌面云行業(yè)的主要發(fā)展方向和趨勢(shì)，以全云的方式向用戶(hù)提供的桌面，所有計(jì)算與管理都是在云端執(zhí)行。完全依靠服務(wù)器的計(jì)算性能和存儲(chǔ)空間進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互和遠(yuǎn)端使用。

目前國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)桌面VDI的就是通過(guò)KVM[5]的虛擬化技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，以服務(wù)器資源去承載虛擬桌面，將虛擬桌面可視化界面的視頻流通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)來(lái)交付到用戶(hù)終端，用戶(hù)終端通過(guò)解碼視頻流變成可視化圖像展示在用戶(hù)面前，用戶(hù)端的外設(shè)及I/O操作信號(hào)及數(shù)據(jù)都通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)傳輸回服務(wù)器中的虛擬桌面，實(shí)現(xiàn)與普通PC幾乎沒(méi)有差別的使用體驗(yàn)。通過(guò)這種技術(shù)方式可以將用戶(hù)從機(jī)箱附近解放出來(lái)，通過(guò)任何接入網(wǎng)絡(luò)的智能設(shè)備即可使用桌面。在該種方式下，可以獲得高性能的資源，同時(shí)不需要在用戶(hù)端考慮發(fā)熱、功耗等問(wèn)題，將用戶(hù)應(yīng)用體驗(yàn)釋放到最大化。在該種技術(shù)架構(gòu)下虛擬桌面運(yùn)行在虛擬劃分的硬件之上，而邏輯的劃分是可以變動(dòng)的，某個(gè)桌面需要多高的性能只需要通過(guò)虛擬化層向其劃分更多的硬件資源即可滿(mǎn)足需求，由于這種特性，硬件在沒(méi)有損壞的情況下就可以一直為系統(tǒng)提供算力，不存在資源淘汰換大幅度地降低幅度的降低了硬件資源換代成本。從以前的買(mǎi)硬件變成了現(xiàn)在的買(mǎi)性能，劃算又方便。在同一個(gè)桌面云系統(tǒng)內(nèi)，可以根據(jù)實(shí)際情況劃分不同量的硬件資源，在低性能需求的時(shí)候可以承載更多的桌面，也可以將資源集中的劃分到某幾個(gè)桌面，可以獲得極強(qiáng)的性能。

但是在VDI架構(gòu)下，由于所有的可視化界面是由CPU完成編解碼的，受制于CPU的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，它在視頻數(shù)據(jù)編解碼過(guò)程中表現(xiàn)效率比較低，所以VDI架構(gòu)在大型3D類(lèi)軟件運(yùn)算以及高性能需求的時(shí)候表現(xiàn)并不好。而且視頻流數(shù)據(jù)和I/O數(shù)據(jù)是通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)傳輸?shù)模W(wǎng)線(xiàn)的傳輸穩(wěn)定性并不如專(zhuān)用的視頻信號(hào)線(xiàn)，因此其對(duì)于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的要求很高。

優(yōu)勢(shì)：彈性資源，外網(wǎng)移動(dòng)訪(fǎng)問(wèn)

劣勢(shì)：終端性能虛擬化出來(lái)，因此在重3D及高性能計(jì)算需求下表現(xiàn)較差；對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求比較高，需要實(shí)時(shí)與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，有網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)或斷開(kāi)的情況會(huì)導(dǎo)致所有虛擬機(jī)變卡或掉線(xiàn)。

1.2 IDV架構(gòu)桌面

IDV架構(gòu)出現(xiàn)的契機(jī)是隨著現(xiàn)在終端CPU的不斷升級(jí)，新一代的CPU無(wú)法支持如Windows XP和Windows 7這些系統(tǒng)的使用，對(duì)部分需要使用到相關(guān)系統(tǒng)的軟件環(huán)境的用戶(hù)提出的解決思路。

IDV通過(guò)在本地硬件之上加一個(gè)虛擬化層，操作系統(tǒng)部署在虛擬化層上。與VDI相比，它是由本地資源去承擔(dān)計(jì)算的，但是由于技術(shù)的限制性，還做不到分布式的硬件資源調(diào)度，每一個(gè)虛擬桌面能劃分的硬件性能只能在本地硬件性能范圍之內(nèi)，多余的性能并不能劃分到其他桌面，他既做不到外網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)，也做不到彈性資源，他帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)僅僅是獲得類(lèi)似于VDI桌面的管理方式。而且由于系統(tǒng)運(yùn)行在本地的虛擬化層中，所有數(shù)據(jù)和操作都需要穿透虛擬化層，在適配性上會(huì)產(chǎn)生一定問(wèn)題，會(huì)耗費(fèi)一定的本地硬件性能（約10%-15%），外設(shè)的兼容性也無(wú)法達(dá)到傳統(tǒng)PC機(jī)水平，在市面上屬于非主流方案，在用戶(hù)有新機(jī)器使用老系統(tǒng)的需求時(shí)才會(huì)有推廣。

優(yōu)勢(shì)：桌面斷網(wǎng)可用，終端性能使用，新機(jī)器使用老系統(tǒng)

劣勢(shì)：外設(shè)兼容性差，硬件資源會(huì)被虛擬化層消耗一部分，資源固定，無(wú)法做到外網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)。

1.3 VOI架構(gòu)桌面

VOI也是本地計(jì)算的方式，系統(tǒng)直接部署在本地硬件上，不經(jīng)過(guò)虛擬層，但獲得了云桌面便捷的管理體驗(yàn)。

VOI架構(gòu)是IDV架構(gòu)的改進(jìn)版，它拋棄了虛擬化層的使用，直接將需求的系統(tǒng)下發(fā)到本地進(jìn)行使用，并且通過(guò)異構(gòu)兼容技術(shù)實(shí)現(xiàn)多種品牌的電腦的統(tǒng)一管理。它將本地終端的計(jì)算性能全部發(fā)揮出來(lái)，計(jì)算能力由終端本地硬件性能來(lái)決定，通過(guò)一臺(tái)低配的服務(wù)器進(jìn)行終端本地系統(tǒng)的存儲(chǔ)和各種教學(xué)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，解決了IDV架構(gòu)外設(shè)兼容性差的弊端。由于現(xiàn)在軟件開(kāi)發(fā)流程越發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化，也更加強(qiáng)調(diào)兼容性與跨平臺(tái)特性，所以現(xiàn)在大多數(shù)情況下，軟件都是可以正常運(yùn)行的， VOI架構(gòu)也逐漸成為用戶(hù)在高性能計(jì)算下的選擇架構(gòu)。

優(yōu)勢(shì)：管理便捷，充分釋放本地硬件性能，外設(shè)兼容性與PC一致，服務(wù)器宕機(jī)不影響終端使用，終端系統(tǒng)存在本地?cái)嗑W(wǎng)可用，支持新舊計(jì)算機(jī)進(jìn)行分期部署。

劣勢(shì)：資源相對(duì)固定，無(wú)法做到外網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)。

2.硬件方案選型

在VDI架構(gòu)下，所有的計(jì)算性能全部由云端承擔(dān)，用戶(hù)使用性能取決于服務(wù)器的性能，本地主要進(jìn)行顯示，同時(shí)承載一部分性能，市場(chǎng)上VDI架構(gòu)使用的終端被稱(chēng)為瘦終端（瘦客戶(hù)機(jī)、云終端），本地性能不高，服務(wù)器則需要較高配置。

在VOI和IDV架構(gòu)下，所有的計(jì)算性能全部由終端承擔(dān)，所有的性能都取決于本地終端的性能，服務(wù)器主要起到存儲(chǔ)管理的作用，因此服務(wù)器性能不需要配置太高，市場(chǎng)上VOI和IDV架構(gòu)的桌面云使用的終端被稱(chēng)為胖終端（胖客戶(hù)機(jī)），CPU性能更高。

目前市場(chǎng)上常用的瘦終端都是基于ARM和x86兩種架構(gòu)，胖終端都是采用Intel 高性能處理器的x86架構(gòu)。瘦終端中，采用CISC（復(fù)雜指令集）的x86架構(gòu)云終端的性能高于采用RISC（精簡(jiǎn)指令集）的ARM云終端，具體對(duì)比如下：

雖然在VDI架構(gòu)桌面云中所有的資源都來(lái)自于服務(wù)器，但對(duì)用戶(hù)操作指令的處理還是需要通過(guò)本地客戶(hù)端接收處理后再傳送至服務(wù)器，由服務(wù)器處理完后將虛擬機(jī)畫(huà)面推送至云終端顯示給用戶(hù)，由于x86架構(gòu)和ARM架構(gòu)的工作機(jī)制不同，處理速度還是不一樣，用戶(hù)體驗(yàn)也不同；特別是在圖形圖像應(yīng)用層面，由于本地也會(huì)進(jìn)行圖像的處理，在PS、DW，CAD等圖形類(lèi)軟件應(yīng)用中，針對(duì)圖片拖動(dòng)等設(shè)計(jì)圖片變化的操作，x86架構(gòu)的終端效果明顯好于ARM架構(gòu)的終端（比如不存在拖影，阻滯等）。

x86架構(gòu)的云終端的網(wǎng)絡(luò)支持千兆網(wǎng)卡，而大部分ARM架構(gòu)云終端網(wǎng)絡(luò)通常為百兆網(wǎng)卡，VDI架構(gòu)桌面云對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴(lài)性較高，網(wǎng)絡(luò)帶寬的不同給用戶(hù)的使用體驗(yàn)帶來(lái)極大差異。

x86架構(gòu)下，CPU、內(nèi)存、硬盤(pán)等都為標(biāo)準(zhǔn)硬件配置，只是在功耗方面做了低壓處理，而ARM的CPU、內(nèi)存、硬盤(pán)（實(shí)際為閃存）等都是焊接集成在主板上的，這個(gè)和工廠(chǎng)制造工藝、批次相關(guān)，因此x86終端的使用穩(wěn)定性要優(yōu)于ARM終端。

ARM云終端對(duì)顯示器分辨率的支持也是有上限的，通常19.5英寸顯示器，部分廠(chǎng)家有優(yōu)化。并不是真正意義上的不支持高分辨率，是因?yàn)榇箫@示器、高分辨率的同時(shí)意味著全屏廣播、全屏看視頻等功能都要支持，ARM架構(gòu)下常用的A9處理器性能有限。

x86架構(gòu)底層兼容微軟Windows操作系統(tǒng)和Linux操作系統(tǒng)，而ARM架構(gòu)通常采用定制化的操作系統(tǒng)。在VDI架構(gòu)中，云終端中內(nèi)置了VDI客戶(hù)端軟件用于和服務(wù)器管理端軟件進(jìn)行通信，因此，在x86架構(gòu)下既可以根據(jù)實(shí)際的需求安裝基于Windows操作系統(tǒng)的客戶(hù)端軟件，也可以安裝基于Linux操作系統(tǒng)的客戶(hù)端軟件；而在ARM架構(gòu)中只能支持各廠(chǎng)商定制化的客戶(hù)端軟件。因此，由于x86架構(gòu)本地支持Windows操作系統(tǒng)，所以x86架構(gòu)對(duì)于在底層需要和第三方系統(tǒng)集成的兼容性要更好。另外，由于ARM架構(gòu)下的操作系統(tǒng)和客戶(hù)端軟件都為各廠(chǎng)商定制化開(kāi)發(fā)，后期也無(wú)法實(shí)現(xiàn)利舊（即A廠(chǎng)商的ARM終端對(duì)于B廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)是無(wú)法使用的）；而x86架構(gòu)的終端經(jīng)過(guò)調(diào)試是可以實(shí)現(xiàn)利舊的。

總結(jié)以上對(duì)比，x86云終端和ARM云終端推薦在不同領(lǐng)域使用，如果功能單一又受到環(huán)境制約的應(yīng)用場(chǎng)景，比如普教（課程一樣）、服務(wù)窗口（收費(fèi)窗口）等，可以采用ARM云終端；反之，在高校公共機(jī)房（承擔(dān)多個(gè)院系不同課程，考試場(chǎng)景）、辦公場(chǎng)景（個(gè)性化操作） 等場(chǎng)景下建議采用x86云終端。

3.針對(duì)多媒體教室的桌面云選擇

多媒體教室會(huì)使用到各種外接設(shè)備，對(duì)系統(tǒng)的硬件兼容性要求比較高。同時(shí)，多媒體教室會(huì)經(jīng)常進(jìn)行視頻的播放，因此對(duì)于終端的本地性能要求比較高。教師們通常使用課件進(jìn)行課程講解，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的要求相對(duì)較少，必須實(shí)現(xiàn)斷網(wǎng)使用，否則會(huì)產(chǎn)生教學(xué)事故。三種桌面云架構(gòu)中，由于VDI在網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)情況對(duì)使用效果有很大影響，且終端性能不高，在進(jìn)行視頻的在線(xiàn)播放時(shí)性能不好。IDV架構(gòu)雖然也是跑本地終端性能，但由于有硬件性能和兼容性的一定損耗，因此，對(duì)于多媒體教室而言，選擇VOI架構(gòu)在進(jìn)行統(tǒng)一升級(jí)維護(hù)的同時(shí)，使用無(wú)異于傳統(tǒng)PC機(jī)的性能和硬件兼容性，將終端本地性能發(fā)揮到極致。推薦使用性能高的胖終端進(jìn)行終端更換，保證性能的同時(shí)，功耗更低，采用一臺(tái)低配置服務(wù)器進(jìn)行統(tǒng)一管理即可。

3.1 簡(jiǎn)化管理，提升效率，推進(jìn)教育信息化改革

進(jìn)行相關(guān)多媒體教室的桌面云改造，使機(jī)房教育裝備、教學(xué)管理上一個(gè)新臺(tái)階，集中統(tǒng)一管理的云數(shù)據(jù)中心，可以更好地為機(jī)房教學(xué)服務(wù)，可使IT設(shè)備使用周期更長(zhǎng)，使用效率更高，降低運(yùn)維成本，簡(jiǎn)化了關(guān)鍵IT 流程，例如資源調(diào)配、策略執(zhí)行、性能監(jiān)控和環(huán)境部署，軟件更新。將終端系統(tǒng)鏡像進(jìn)行統(tǒng)一管理，跨VLAN終端統(tǒng)一調(diào)配，簡(jiǎn)化防病毒流程，以提高安全性和合規(guī)性，從而提高了IT長(zhǎng)期投入回報(bào)，引領(lǐng)機(jī)房教學(xué)進(jìn)入云時(shí)代。

3.2 提高應(yīng)用訪(fǎng)問(wèn)、系統(tǒng)安全性

利用多種系統(tǒng)還原策略，進(jìn)一步提升了桌面系統(tǒng)安全，所有桌面數(shù)據(jù)重啟后進(jìn)行還原。相對(duì)于傳統(tǒng)的PC不同，數(shù)據(jù)更加安全，不易遭受惡意攻擊。管理員可以將安全補(bǔ)丁在數(shù)據(jù)中心僅需對(duì)標(biāo)準(zhǔn)Windows映像進(jìn)行安裝，一次安裝，所有用戶(hù)的桌面都可以得到升級(jí)，將系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)降低到最低。

3.3 提高終端使用和訪(fǎng)問(wèn)的靈活性

對(duì)于師生來(lái)說(shuō)，可以將本地系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳至云端進(jìn)行管理，獲得和PC完全一致的體驗(yàn)。同時(shí)結(jié)合平臺(tái)的教學(xué)網(wǎng)盤(pán)功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的移動(dòng)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)遷移需求，及時(shí)獲取數(shù)據(jù)。

3.4 綠色環(huán)保，降低運(yùn)維成本

終端使用一體化設(shè)計(jì)，散熱少，風(fēng)扇小，使用非機(jī)械硬盤(pán)等易損元件，能耗更低的教學(xué)云終端，其壽命比PC機(jī)更久，使用周期更長(zhǎng)，節(jié)省更多開(kāi)支。同時(shí)大大減少電子垃圾，響應(yīng)國(guó)家倡導(dǎo)的綠色節(jié)能號(hào)召，同時(shí)從管理、維護(hù)、終端更新?lián)Q代，業(yè)務(wù)擴(kuò)展、終端用戶(hù)持續(xù)增長(zhǎng)等各方面綜合考慮，長(zhǎng)期投資回報(bào)率高。

3.5 數(shù)據(jù)靈活，科研教學(xué)無(wú)憂(yōu)

通過(guò)教學(xué)網(wǎng)盤(pán)教師可以實(shí)時(shí)獲取遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)，結(jié)合個(gè)人桌面也可進(jìn)行桌面環(huán)境以及數(shù)據(jù)的漂移。未來(lái)亦可拓展線(xiàn)上科研與考試環(huán)境，實(shí)現(xiàn)學(xué)生、教師資源環(huán)境的線(xiàn)上預(yù)約，資源到時(shí)自動(dòng)分發(fā)，使用完畢自動(dòng)回收，滿(mǎn)足線(xiàn)上教學(xué)和遠(yuǎn)端資源獲取需求，提升學(xué)生基礎(chǔ)學(xué)習(xí)能力，優(yōu)化教師科研資源。

3.6 整體架構(gòu)對(duì)比

桌面云和傳統(tǒng)PC相比有很多優(yōu)勢(shì)，下面就針對(duì)雙方的特點(diǎn)進(jìn)行分析。

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4．結(jié)語(yǔ)

教育桌面發(fā)展如火如荼，傳統(tǒng)PC桌面時(shí)代已經(jīng)難以適應(yīng)爆發(fā)式增長(zhǎng)下的教學(xué)和運(yùn)管需求，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室除了要承擔(dān)不同專(zhuān)業(yè)的信息化教學(xué)開(kāi)展，同時(shí)還需承接不同專(zhuān)業(yè)的考試環(huán)境及國(guó)家級(jí)考試。VOI架構(gòu)下支持多系統(tǒng)離線(xiàn)使用，管理端可以后臺(tái)同時(shí)對(duì)多客戶(hù)端進(jìn)行多操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)緩存下發(fā)，就可以實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)的離線(xiàn)啟動(dòng)和離線(xiàn)使用，并且能夠保持原有的還原屬性，從而避免了由于服務(wù)器宕機(jī)或網(wǎng)絡(luò)故障造成的教學(xué)事故，保證教學(xué)的良好秩序。桌面云能夠適應(yīng)不同教學(xué)環(huán)境下的終端使用需求，針對(duì)公共教學(xué)機(jī)房、綜合實(shí)訓(xùn)機(jī)房、圖書(shū)館閱覽室、師生活動(dòng)中心開(kāi)放型機(jī)房、經(jīng)管實(shí)訓(xùn)機(jī)房、外語(yǔ)語(yǔ)音機(jī)房、計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)機(jī)房、教師辦公、多媒體教室多種教學(xué)環(huán)境進(jìn)行定制化方案管控和環(huán)境交付，滿(mǎn)足不同環(huán)境下的使用體驗(yàn)和效率提升。