桌面云技術(shù)在多媒體教室中的應(yīng)用

張宸瑋

（深圳大學(xué)外國語學(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，從剛開始的單機(jī)GHOST[1]模式，到后來的保護(hù)還原和網(wǎng)絡(luò)拷貝模式，到無盤工作站[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、金融等多個領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，每個行業(yè)都有自己獨特的需求和特質(zhì)，不同廠商針對其布局行業(yè)也都進(jìn)行了特質(zhì)性的開發(fā)。建設(shè)桌面云的意義在哪，他能解決現(xiàn)有的哪些問題呢？簡單來說，桌面云[3]實現(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，總體建設(shè)維護(hù)成本的收縮。

1.桌面云技術(shù)選型分析

面對現(xiàn)在市場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)特點的桌面云方案呢。市場上桌面云主要架構(gòu)有三種，分別是全云端方式的VDI,云端管理本地計算數(shù)據(jù)的VOI與IDV[4]，沒有完美的技術(shù)，每一種技術(shù)都有他的優(yōu)勢與劣勢，下面將從目前市場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，以全云的方式向用戶提供的桌面，所有計算與管理都是在云端執(zhí)行。完全依靠服務(wù)器的計算性能和存儲空間進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互和遠(yuǎn)端使用。

目前國內(nèi)絕大多數(shù)桌面VDI的就是通過KVM[5]的虛擬化技術(shù)進(jìn)行開發(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網(wǎng)線來交付到用戶終端，用戶終端通過解碼視頻流變成可視化圖像展示在用戶面前，用戶端的外設(shè)及I/O操作信號及數(shù)據(jù)都通過網(wǎng)線傳輸回服務(wù)器中的虛擬桌面，實現(xiàn)與普通PC幾乎沒有差別的使用體驗。通過這種技術(shù)方式可以將用戶從機(jī)箱附近解放出來，通過任何接入網(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，同時不需要在用戶端考慮發(fā)熱、功耗等問題，將用戶應(yīng)用體驗釋放到最大化。在該種技術(shù)架構(gòu)下虛擬桌面運行在虛擬劃分的硬件之上，而邏輯的劃分是可以變動的，某個桌面需要多高的性能只需要通過虛擬化層向其劃分更多的硬件資源即可滿足需求，由于這種特性，硬件在沒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。從以前的買硬件變成了現(xiàn)在的買性能，劃算又方便。在同一個桌面云系統(tǒng)內(nèi)，可以根據(jù)實際情況劃分不同量的硬件資源，在低性能需求的時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桌面，可以獲得極強的性能。

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，它在視頻數(shù)據(jù)編解碼過程中表現(xiàn)效率比較低，所以VDI架構(gòu)在大型3D類軟件運算以及高性能需求的時候表現(xiàn)并不好。而且視頻流數(shù)據(jù)和I/O數(shù)據(jù)是通過網(wǎng)線傳輸?shù)模W(wǎng)線的傳輸穩(wěn)定性并不如專用的視頻信號線，因此其對于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的要求很高。

優(yōu)勢：彈性資源，外網(wǎng)移動訪問

劣勢：終端性能虛擬化出來，因此在重3D及高性能計算需求下表現(xiàn)較差；對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求比較高，需要實時與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，有網(wǎng)絡(luò)波動或斷開的情況會導(dǎo)致所有虛擬機(jī)變卡或掉線。

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，新一代的CPU無法支持如Windows XP和Windows 7這些系統(tǒng)的使用，對部分需要使用到相關(guān)系統(tǒng)的軟件環(huán)境的用戶提出的解決思路。

IDV通過在本地硬件之上加一個虛擬化層，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)訪問，也做不到彈性資源，他帶來的優(yōu)勢僅僅是獲得類似于VDI桌面的管理方式。而且由于系統(tǒng)運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，在適配性上會產(chǎn)生一定問題，會耗費一定的本地硬件性能（約10%-15%），外設(shè)的兼容性也無法達(dá)到傳統(tǒng)PC機(jī)水平，在市面上屬于非主流方案，在用戶有新機(jī)器使用老系統(tǒng)的需求時才會有推廣。

優(yōu)勢：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：外設(shè)兼容性差，硬件資源會被虛擬化層消耗一部分，資源固定，無法做到外網(wǎng)訪問。

1.3 VOI架構(gòu)桌面

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

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，并且通過異構(gòu)兼容技術(shù)實現(xiàn)多種品牌的電腦的統(tǒng)一管理。它將本地終端的計算性能全部發(fā)揮出來，計算能力由終端本地硬件性能來決定，通過一臺低配的服務(wù)器進(jìn)行終端本地系統(tǒng)的存儲和各種教學(xué)數(shù)據(jù)的存儲，解決了IDV架構(gòu)外設(shè)兼容性差的弊端。由于現(xiàn)在軟件開發(fā)流程越發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化，也更加強調(diào)兼容性與跨平臺特性，所以現(xiàn)在大多數(shù)情況下，軟件都是可以正常運行的， VOI架構(gòu)也逐漸成為用戶在高性能計算下的選擇架構(gòu)。

優(yōu)勢：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)存在本地斷網(wǎng)可用，支持新舊計算機(jī)進(jìn)行分期部署。

劣勢：資源相對固定，無法做到外網(wǎng)訪問。

2.硬件方案選型

在VDI架構(gòu)下，所有的計算性能全部由云端承擔(dān)，用戶使用性能取決于服務(wù)器的性能，本地主要進(jìn)行顯示，同時承載一部分性能，市場上VDI架構(gòu)使用的終端被稱為瘦終端（瘦客戶機(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)器主要起到存儲管理的作用，因此服務(wù)器性能不需要配置太高，市場上VOI和IDV架構(gòu)的桌面云使用的終端被稱為胖終端（胖客戶機(jī)），CPU性能更高。

目前市場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（精簡指令集）的ARM云終端，具體對比如下：

雖然在VDI架構(gòu)桌面云中所有的資源都來自于服務(wù)器，但對用戶操作指令的處理還是需要通過本地客戶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)畫面推送至云終端顯示給用戶，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，用戶體驗也不同；特別是在圖形圖像應(yīng)用層面，由于本地也會進(jìn)行圖像的處理，在PS、DW，CAD等圖形類軟件應(yīng)用中，針對圖片拖動等設(shè)計圖片變化的操作，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)桌面云對網(wǎng)絡(luò)的依賴性較高，網(wǎng)絡(luò)帶寬的不同給用戶的使用體驗帶來極大差異。

x86架構(gòu)下，CPU、內(nèi)存、硬盤等都為標(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（實際為閃存）等都是焊接集成在主板上的，這個和工廠制造工藝、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，部分廠家有優(yōu)化。并不是真正意義上的不支持高分辨率，是因為大顯示器、高分辨率的同時意味著全屏廣播、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)實際的需求安裝基于Windows操作系統(tǒng)的客戶端軟件，也可以安裝基于Linux操作系統(tǒng)的客戶端軟件；而在ARM架構(gòu)中只能支持各廠商定制化的客戶端軟件。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)和客戶端軟件都為各廠商定制化開發(fā)，后期也無法實現(xiàn)利舊（即A廠商的ARM終端對于B廠商來說是無法使用的）；而x86架構(gòu)的終端經(jīng)過調(diào)試是可以實現(xiàn)利舊的。

總結(jié)以上對比，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)用場景，比如普教（課程一樣）、服務(wù)窗口（收費窗口）等，可以采用ARM云終端；反之，在高校公共機(jī)房（承擔(dān)多個院系不同課程，考試場景）、辦公場景（個性化操作） 等場景下建議采用x86云終端。

3.針對多媒體教室的桌面云選擇

多媒體教室會使用到各種外接設(shè)備，對系統(tǒng)的硬件兼容性要求比較高。同時，多媒體教室會經(jīng)常進(jìn)行視頻的播放，因此對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，對于網(wǎng)絡(luò)的要求相對較少，必須實現(xiàn)斷網(wǎng)使用，否則會產(chǎn)生教學(xué)事故。三種桌面云架構(gòu)中，由于VDI在網(wǎng)絡(luò)波動情況對使用效果有很大影響，且終端性能不高，在進(jìn)行視頻的在線播放時性能不好。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，對于多媒體教室而言，選擇VOI架構(gòu)在進(jìn)行統(tǒng)一升級維護(hù)的同時，使用無異于傳統(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，功耗更低，采用一臺低配置服務(wù)器進(jìn)行統(tǒng)一管理即可。

3.1 簡化管理，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)管理上一個新臺階，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，使用效率更高，降低運維成本，簡化了關(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，簡化防病毒流程，以提高安全性和合規(guī)性，從而提高了IT長期投入回報，引領(lǐng)機(jī)房教學(xué)進(jìn)入云時代。

3.2 提高應(yīng)用訪問、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丁在數(shù)據(jù)中心僅需對標(biāo)準(zhǔn)Windows映像進(jìn)行安裝，一次安裝，所有用戶的桌面都可以得到升級，將系統(tǒng)風(fēng)險降低到最低。

3.3 提高終端使用和訪問的靈活性

對于師生來說，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。同時結(jié)合平臺的教學(xué)網(wǎng)盤功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的移動存儲和數(shù)據(jù)遷移需求，及時獲取數(shù)據(jù)。

3.4 綠色環(huán)保，降低運維成本

終端使用一體化設(shè)計，散熱少，風(fēng)扇小，使用非機(jī)械硬盤等易損元件，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，節(jié)省更多開支。同時大大減少電子垃圾，響應(yīng)國家倡導(dǎo)的綠色節(jié)能號召，同時從管理、維護(hù)、終端更新?lián)Q代，業(yè)務(wù)擴(kuò)展、終端用戶持續(xù)增長等各方面綜合考慮，長期投資回報率高。

3.5 數(shù)據(jù)靈活，科研教學(xué)無憂

通過教學(xué)網(wǎng)盤教師可以實時獲取遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)，結(jié)合個人桌面也可進(jìn)行桌面環(huán)境以及數(shù)據(jù)的漂移。未來亦可拓展線上科研與考試環(huán)境，實現(xiàn)學(xué)生、教師資源環(huán)境的線上預(yù)約，資源到時自動分發(fā)，使用完畢自動回收，滿足線上教學(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)對比

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

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4．結(jié)語

教育桌面發(fā)展如火如荼，傳統(tǒng)PC桌面時代已經(jīng)難以適應(yīng)爆發(fā)式增長下的教學(xué)和運管需求，計算機(jī)實驗室除了要承擔(dān)不同專業(yè)的信息化教學(xué)開展，同時還需承接不同專業(yè)的考試環(huán)境及國家級考試。VOI架構(gòu)下支持多系統(tǒng)離線使用，管理端可以后臺同時對多客戶端進(jìn)行多操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)緩存下發(fā)，就可以實現(xiàn)多系統(tǒng)的離線啟動和離線使用，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，針對公共教學(xué)機(jī)房、綜合實訓(xùn)機(jī)房、圖書館閱覽室、師生活動中心開放型機(jī)房、經(jīng)管實訓(xùn)機(jī)房、外語語音機(jī)房、計算機(jī)專業(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，滿足不同環(huán)境下的使用體驗和效率提升。