基于虛擬化技術(shù)的信息化教學(xué)保障模式研究與應(yīng)用

郭超

摘要：針對信息化教學(xué)保障工作中的矛盾和難點，研究并應(yīng)用了一種基于虛擬化技術(shù)的保障模式，經(jīng)過實際部署運用與長時間測試，在現(xiàn)有軟硬件環(huán)境下達到了提高保障效率的目的，對教學(xué)工作的開展起到了良好的推動作用。

關(guān)鍵詞：虛擬化; 教學(xué)實驗;保障模式

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，軟件在計算機系統(tǒng)中的地位越來越突出，各院校部署應(yīng)用的新型軟件越來越多，在信息化教學(xué)中發(fā)揮了重要作用。但是，與軟件系統(tǒng)的快速發(fā)展相比，現(xiàn)有信息化教學(xué)環(huán)境的保障能力建設(shè)相對滯后，在一定程度上影響了教學(xué)的效果，急需改進和提高。

一、教學(xué)實驗保障工作的現(xiàn)狀

（一）設(shè)備種類多，配置差異大。院?，F(xiàn)有信息化教學(xué)環(huán)境一般由通用計算機教室和專業(yè)實驗室構(gòu)成，教學(xué)設(shè)備以臺式計算機為主，隨著“智慧校園”潮流的興起又陸續(xù)增配了筆記本、一體機、平板電腦以及大屏幕觸控電視等。雖然同一房間內(nèi)的設(shè)備型號基本相同或相似，但是教室或?qū)嶒炇矣猛靖鞑幌嗤?，?guī)劃、建設(shè)和投入使用的時間有先后，設(shè)備配置種類多、性能差別較大，導(dǎo)致跨教室管理和維護的難度較大。

（二）軟件故障是保障維修的重難點。計算機設(shè)備發(fā)生故障時需要對硬件和軟件分別進行排查。從總體情況看，必須更換的硬件絕大部分是正常磨損消耗的外部輸入設(shè)備以及存儲設(shè)備，個別因為靜電、灰塵導(dǎo)致的元器件報警或者接觸不良問題通過拆卸清潔并重新設(shè)置參數(shù)就能恢復(fù)正常。相對于硬件，軟件發(fā)生故障的概率更高、次數(shù)更頻繁，主要表現(xiàn)為：操作系統(tǒng)與硬件不兼容，驅(qū)動程序工作異常導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。

二、基于虛擬化技術(shù)的保障模式設(shè)計與研究

通過上文的分析可以看出，信息化教學(xué)保障的主要矛盾在于軟件環(huán)境的部署配置過于繁瑣。針對這個問題，部署云桌面系統(tǒng)對客戶端軟件環(huán)境進行統(tǒng)一管理是目前主流的解決方案，但是同時也產(chǎn)生了新問題。虛擬云桌面有三類典型架構(gòu)，分別為：VDI（Virtual Desktop Infrastucture，虛擬桌面基礎(chǔ)設(shè)施）[1]，IDV（Intelligent Desktop Virtualization，智能桌面虛擬化）[2]和VOI（Virtual Operatingsystem Infrastructure，虛擬系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施）[3]。VDI的特點：一是所有的運算都在服務(wù)器上完成，部署時需要購買大量的服務(wù)器和云終端，投入的經(jīng)濟成本較多;二是應(yīng)用程序的圖形處理需求越來越高，對運行云桌面系統(tǒng)的服務(wù)器性能提出了新的挑戰(zhàn);針對已有的教學(xué)環(huán)境，可以借鑒各種架構(gòu)的特點，將虛擬化技術(shù)與其它措施手段相結(jié)合，在基于現(xiàn)有硬件的前提下實現(xiàn)并應(yīng)用一種近似于云桌面系統(tǒng)管理方式的保障模式。

（一）軟件環(huán)境“插件化”

對于計算機系統(tǒng)來說，硬件是載體，軟件是靈魂，所有操作都圍繞軟件來進行。因此操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件應(yīng)當易于部署，方便替換，像“插件”一樣根據(jù)需要進行搭配組合。軟件環(huán)境“插件化”主要包含三個內(nèi)容，即虛擬硬盤化、應(yīng)用軟件綠色化、虛擬機化。

1.虛擬硬盤化

傳統(tǒng)的軟件部署過程費時費力，只適合少量設(shè)備的管理維護。本文探討的保障模式引入了“虛擬硬盤”，將“安裝配置”變換為“復(fù)制替換”，重在解決軟件部署的效率問題。虛擬硬盤（VHD/VHDX）是一種文件格式，既可以模擬物理磁盤存放數(shù)據(jù)，又支持操作系統(tǒng)的啟動引導(dǎo)。虛擬硬盤還支持創(chuàng)建差異子文件，父文件只讀，修改操作全部保存到子文件中，因此子文件的容量相對父文件要小得多;一個父文件可以創(chuàng)建多個子文件，各子文件之間互相獨立。2020年由國內(nèi)網(wǎng)名為longpanda的程序員發(fā)布的引導(dǎo)程序Ventoy[4]可以對虛擬硬盤文件快速識別和引導(dǎo)，利用該特性可以在統(tǒng)一的操作系統(tǒng)下為每個用戶或軟件創(chuàng)建各自的系統(tǒng)環(huán)境，實現(xiàn)多操作系統(tǒng)共存。

2.應(yīng)用軟件綠色化

虛擬硬盤的使用雖然加快了軟件部署的進程，但是相對于軟件本身來說差異子文件依然偏大，分發(fā)時需要更多的時間，使用時還需要切換系統(tǒng)。因此，可以通過VMware Thinapp等工具對應(yīng)用軟件進行綠色化處理，生成的軟件包無需復(fù)雜的安裝過程就可以復(fù)制到其它設(shè)備上直接使用，最大程度簡化軟件部署和使用的過程。

（二）構(gòu)建基于虛擬化技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)環(huán)境

信息化教學(xué)離不開網(wǎng)絡(luò)，因此必須有完善的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)進行支撐，重點是提供網(wǎng)絡(luò)配置與數(shù)據(jù)存儲服務(wù)。人工配置IP地址的方式效率低下，發(fā)生沖突時不易排查，為了提高保障效率，可在算力充裕的設(shè)備上通過虛擬機部署開源的、基于Linux核心的OpenWRT或者LEDE等路由管理系統(tǒng)，并將其它設(shè)備設(shè)置為自動獲取IP地址。此時網(wǎng)絡(luò)地址全部通過路由管理系統(tǒng)自動分配，避免了沖突，地址配置得到了優(yōu)化?；谟布膬?yōu)勢，虛擬機的計算能力遠強于普通路由器或交換機，流量調(diào)度能力更強，網(wǎng)絡(luò)通信的速度和質(zhì)量得到了進一步提升。

實驗證明，改進后的保障模式節(jié)約了大量的時間和人力，操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件均能穩(wěn)定運行，達到了預(yù)期的目的，部分經(jīng)驗和方法可以推廣應(yīng)用到辦公環(huán)境的管理中。

參考文獻：

[1] 馬婧.多種主流桌面虛擬化技術(shù)在高校中的應(yīng)用[J]. 電子技術(shù)與軟件工程，2019，14：154-155.

[2] 楊林興，曾祥天.多媒體教室虛擬化設(shè)計[J]. 教育現(xiàn)代化，2018， 53（5）： 204-205，208.

[3] 邵凌.桌面虛擬化在信息安全管理中的應(yīng)用 [J].計算機與網(wǎng)絡(luò)，2014，40（13）：55-58.

[4] Ventoy [EB/OL]. https：//www.ventoy.net/cn/index.html

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