多媒體教室的桌面虛擬化探索*

樊昌秀

(武漢工業學院網絡中心，湖北 武漢 430023)

隨著現代教育技術的不斷發展，計算機多媒體技術不斷取代傳統媒體.各高校先后建立了多媒體教室，它們在教學中的地位越來越重要，其運行正常與否直接關系著教學工作是否能順利開展.多媒體教室的有效管理已經成為高校面臨的一大難題.

1 傳統多媒體教室常見問題

1.1 分布廣，管理人員少

多媒體教室數量多，且分布在校園中的多個教學樓，出現問題的時間相對集中，但管理人員一般較少，很難快速反應、解決問題.

1.2 硬件配置不統一

不同時期采購的計算機硬件配置不一，即使采購初始是一模一樣，在使用一段時間后也會更換配件，最后計算機也不會完全相同.

1.3 軟件安裝與更新難

因課程教學需要和教師個人需求的不同，每個多媒體教室計算機系統中都需要安裝各式各樣的軟件程序，甚至同一個軟件程序的不同版本.程序之間極易沖突，難以滿足教學所需.

1.4 操作系統維護工作繁瑣，災難恢復時間長

多媒體教室計算機操作系統的安裝、補丁更新工作繁瑣.多媒體教室越多，問題越嚴重.加上使用者眾多，水平參差不齊，有時錯誤操作導致系統出錯崩潰，重新恢復系統耗時長，影響教學.

1.5 病毒難以防護

網絡與移動存儲設備的廣泛使用，造成病毒的迅速傳播，防不勝防.盡管有各種殺毒軟件，但其更新通常滯后于病毒，難以保障系統安全.

桌面虛擬化技術運用到多媒體教室管理中來，將在相當大的程度上解決這些問題.

2 桌面虛擬化

2.1 桌面虛擬化的概念

桌面虛擬化(Desktop Virtualization)是一種基于服務器的計算模型，借用傳統的瘦客戶端的模型，讓管理員與用戶能夠同時獲得兩種方式的優點:將所有桌面虛擬機在數據中心進行托管并統一管理;同時用戶可以通過瘦客戶端或類似設備在局域網或者遠程訪問獲得與傳統計算機一致的用戶體驗.將來我們可以通過任何設備，在任何地點、任何時間訪問在網絡上的屬于我們個人的桌面系統.

2.2 桌面虛擬化的特點

第一代桌面虛擬化技術將遠程操作和虛擬技術結合，實現系統操作環境與實際運行環境拆分，在靈活使用的同時實現集中控制.第二代桌面虛擬化技術實現桌面系統的運行環境與安裝環境的物理拆分，兩者不必在同一位置;通過應用虛擬化技術，實現應用程序與桌面系統進行拆分，應用不是安裝在桌面系統，而是動態組裝到桌面上;將應用程序、桌面系統與配置文件進行拆分，使用戶訪問相同桌面鏡像時，仍能保有個性化的配置和數據.

3 多媒體教室的桌面虛擬化架構

考慮多媒體教室管理的難點，結合桌面虛擬化技術特點，多媒體教室的桌面虛擬化架構如下圖所示.

圖1 多媒體教室的桌面虛擬化架構

3.1 終端訪問層

為合理利用資源，已有的多媒體教室計算機可作為虛擬桌面終端繼續使用.在簡易多媒體教室(只安裝有投影儀和話筒)中則安裝瘦客戶機，減小終端維護難度.

遠程訪問終端包括教師個人的計算機、手機以及平板電腦等.

3.2 接入管理層

接入網關，保障終端設備訪問安全性，控制接入流量大小.其解決方案包括:Cisco ASA，Citrix Access Gateway，Microsoft Intelligenyt Access Gateway以及Juniper SSL VPN.

連接管理器和AD(Active Directory)集成，根據策略判斷應該連接到哪個虛擬桌面資源;動態了解服務器資源的負載情況，保證將用戶連接到負載最輕的服務器;有服務器出現故障時，將用戶引導到正常工作的服務器.終端設備不用關心連接到哪個后臺的虛擬機池中的虛擬機實例，只需記住統一的連接入口.

AD域控制器安裝活動目錄，建立域控制器，將所有服務器和終端加入這個域中.

3.3 桌面虛擬層

虛擬桌面基礎架構(VDI，Virtual Desktop Infrastructure)，包括物理服務器架構和虛擬化軟件系統.在物理服務器上安裝虛擬化軟件系統，通過虛擬化軟件模擬出操作系統運行所需要的硬件資源(CPU、內存、網卡、存儲等)，再虛擬出多個虛擬桌面組成虛擬桌面池，為終端用戶提供獨立的桌面操作系統和應用程序環境.終端用戶通過遠程協議(RDP、ICA、PCoIP)訪問桌面，鼠標移動、點擊及鍵盤操作都通過數據的形式傳輸至服務器，服務器在后臺執行相關操作.

軟件管理中心將所有數據存儲和管理統一到數據中心，簡化了監控、管理、報告和遠程訪問等一系列操作，提高了管理效率;通過模板快速創建虛擬機或根據策略自動生成虛擬桌面池，可快速新增多媒體教室;借助后臺的共享存儲實現故障切換、在線遷移和動態資源調配，保障教學的連續性;實現對所有虛擬桌面的系統級別和文件級別的備份恢復，快速處理故障，恢復教學.

3.4 數據存儲層

用戶配置文件(User Settings)服務器，為每個用戶提供一個獨立的、安全的網絡存儲目錄，用于保存用戶的個性化資料(教學文檔、個人配置等).當用戶連接到一個桌面虛擬機時，VDI系統會自動將用戶所屬的網絡目錄與桌面虛擬機實例中的文檔目錄進行對接，并將其個性化信息應用到虛擬桌面上，使用戶看到的是自己最熟悉的個性化桌面環境.

操作系統流技術交付(OS Provision)服務器，實現操作系統的鏡像集中管理.它將客戶端桌面系統制作為—個獨立的虛擬磁盤鏡像文件存儲在服務器上，通過網絡按需交付完整的桌面系統.一個鏡像可被多種環境的終端設備使用，一個終端也可選擇多種操作系統鏡像.

應用程序虛擬化(Application Streaming and Virtualization)服務器，用于管理各種虛擬化后的應用程序.應用程序被隔離封裝為EXE或MSI文件，從操作系統分離出來.可在單個操作系統上運行同一應用程序的多個版本，也可在多個操作系統上運行應用程序的同一版本［1］.用戶在自己的虛擬桌面上能夠看到和使用哪些應用程序，完全由微軟活動目錄控制，實現軟件使用權限動態授權.

在多媒體教室的應用程序軟件分兩類，一類是word、ppt等常用應用程序，用戶量大，數據傳輸量小，運行所占資源少，存儲于應用程序虛擬化服務器.用戶登錄之時可以將用戶配置文件、虛擬應用程序和操作系統動態組合出一個運行桌面交付給用戶.另一類是CAD、Photoshop、3D等特定用戶需求的應用程序，數據傳輸量大，運行所占資源多.這些程序的用戶專門建立一個組，組中的用戶登陸時，桌面虛擬系統生成一個獨立的直接裝有這些應用程序的桌面操作系統.這樣用戶對桌面的管理能力增強，效率提高，操作更流暢.多媒體教室的管理者可以根據不同需求將兩種方式結合使用.

4 桌面虛擬化技術在多媒體教室管理中的應用效益

桌面虛擬化不僅可以一一解決前面提到的多媒體教室維護問題，還給多媒體教室管理帶來了新的活力，主要表現在以下幾個方面:

4.1 解除訪問限制

所有的計算都在服務器上發生，大大降低了對終端設備的要求.智能手機、上網本和電視等都可成為終端設備.用戶對桌面的訪問將不受設備、時間和地點的限制.

4.2 降低維護成本

一是瘦客戶端比計算機便宜，且報廢周期為6－8年，長于計算機.較少的終端投資獲得更長的使用周期.已有計算機也可成為普通終端，延長設備使用周期，減少資產報廢.服務器端的高昂成本，可通過長期使用和維護成本的降低來彌補.

二是可節省購買軟件(應用程序、殺毒軟件等)版權的費用.桌面虛擬化使我們有可能按實際使用量或按安裝的拷貝數來支付版權費用，而不是按可能的使用量支付版權，大大降低軟件版權費用.

4.3 桌面管理難度降低

統一的鏡像管理，給每個教師提供規范的桌面環境和統一的設置，有效地保護了系統的安全性;病毒感染、應用程序和系統運行異常等問題，在重啟或關閉服務器時可自動解決;所有桌面系統和應用程序的配置和管理(系統升級、應用安裝等)都由管理員在后臺數據存儲中心進行，避免了多媒體教室分散造成的管理維護困難［2］.

4.4 集中存儲和備份數據，安全性能提高

所有的數據和計算、桌面及應用的管理和配置都發生在數據存儲中心，傳遞到終端桌面的只是最終運行圖像，數據安全性得到保障.管理員不用考慮多媒體教室終端，只需在數據中心備份桌面、應用和配置文件，簡化了數據安全保護工作.虛擬桌面架構環境組成了桌面資源池，其中一個虛擬桌面出現故障，將快速為故障終端分配新的虛擬桌面，不會對教師的訪問造成大的影響，確保教學繼續進行.

4.5 能耗降低，節能環保

傳統計算機的功率一般在200W，而瘦客戶端在25W左右，耗電量減少近90%.服務器端會有較大的耗電量，但客戶端數量龐大且會越來越多，與之相比，其耗電量可忽略不計.耗電減少，將減少碳的排放，能更好地保護環境.

當然桌面虛擬化還有一些問題需要解決.桌面虛擬化對網絡依賴性強，無法在脫機狀態下使用，需確保互聯網的暢通和數據傳輸的快速.部分應用程序(CAD、Photoshop等)用戶體驗質量降低;但通過桌面虛擬化技術，可以降低多媒體教室管理成本，同時提高現有設備的效率、利用率，增強教學的靈活性、安全性和可靠性，是多媒體教室管理的新趨勢.

［1］成靜靜.基于虛擬化的云桌面技術方案研究與設計［J］.廣東通信技術，2011，(6):36 －39.

［2］劉正朋.桌面虛擬化技術在實驗室儀器管理中的應用［J］.實驗室科學，2011，(1):151 －153.