云桌面系統在藝術設計類專業實訓室建設中的應用與實踐

王彥敏 姜美寧

（昆明冶金高等專科學校 云南·昆明 650033）

0 引言

隨著教育信息化建設的發展，如何管理好、維護好、使用好多媒體教室和實訓室，充分發揮其效能，更好地為師生服務，是學校管理部門所關心的熱點問題。作為信息技術第三次浪潮的云計算，隨著其技術的日益成熟，大規模應用的積累及成本的下降，應用領域也在近年得到了極大的拓展。云桌面虛擬化建設模式可有效解決建設成本高、管理維護難和擴展性差等不足，還可以解決移動辦公數據存儲、同步及安全的需求，同時還可以解決當前疫情常態化形勢下遠程教學實訓的需求。目前，云桌面在教育行業內普通的計算機應用情景相關的建設中得到了日益廣泛的應用，但在藝術設計類專業的計算機實訓室建設方面應用仍然較少，原因是3D類軟件和photoshop等圖形圖像處理軟件對計算機圖像處理運算的 GPU資源占用較高，大部分云桌面廠家缺乏成熟可行的顯卡虛擬化技術（vGPU），還未支持顯卡虛擬化，遇到有顯卡需求場景時，往往還是采用物理PC來代替，不能提供一整套的云機房的建設方案。本文以應用云桌面虛擬化技術來建設使用3dsMax等大型軟件的計算機輔助設計實訓室為實例，針對項目建設的目標、方案設計和實施效果等進行論述，以作為對相關建設的借鑒。

1 存在問題與建設目標

1.1 傳統PC建設模式問題分析

首先是運維成本高。表現在硬件不統一，管理維護困難。由于投入經費、采購時間等諸多限制因素，電腦通常是多批次采購的，通常不同批次的設備品牌、型號和性能差異很大，這對于管理人員來說，必然增加了維護難度。

其次是資源利用率低。一方面是受固定場所限制。傳統物理PC機房教學資源受到固定場所限制，對于想要在家或者寢室自主學習的師生需要用到桌面資源的需求，特別是在疫情防控背景下，高校無法遠程開展實訓教學。

另外是擴容成本較高。計算機軟件更新較快，特別是藝術設計類專業常用的3ds Max、Maya、Photoshop、Premiere等計算機輔助設計軟件，隨著升級占用資源日益增加，使用5年左右的計算機基本上難以流暢運行上述軟件。如果需要擴容硬件，必須購買相同配件，且需要計算機支持擴容槽位，對于跨越度較大的擴容需求，增加配件已無法滿足需求，只能重新采購，擴容成本花費較高。

1.2 建設目標

本項目的建設目標是以服務器虛擬云桌面的模式建設具有100終端的云桌面平臺，主要應用于藝術設計學院創新創業實踐及課程實訓使用，同時可滿足教學場景和考試場景的使用需求，并且可以提供一種簡單高效的使用方式。具體包括一間具有50個終端可以流暢運行3DsMax等大型圖形圖像處理軟件的計算機輔助設計實訓室，20間多媒體教室教學用終端和專業工作室內30個終端。通過使用服務器虛擬云桌面模式建設達到便于實訓室管理人員和多媒體教室管理人員輕松管理計算機實訓室和多媒體教室；通過使用服務器虛擬桌面的模式建設，達到實訓室后期硬件升級的便利性和較好的擴展性；通過使用該模式，達到根據計算機實訓室實訓內容，靈活配置計算機硬件資源。實現師生遠程使用實訓室軟硬件資源，支持計算機輔助設計專業實訓課程實現遠程教學，達到資源使用的最優化。

2 建設方案設計

2.1 方案的軟硬件構成

本方案需要由服務器虛擬化、分布式存儲、桌面虛擬化、安全網關、廣域網加速設備SD-WAN、瘦客戶機等構成一整套解決方案（見圖1）。

圖1

2.1.1 云桌面承載節點

云桌面承載節點由服務器、服務器交換機、存儲設備等硬件和服務器虛擬化軟件構成。服務器主要配置為：計算核心：Gold系列，單節點24個及以上核物理計算核心，單核心運算頻率2.9GHz及以上；內存容量368GB及以上；存儲：1.6TBPCI-E、5*4TSATA；顯卡：32GB。服務器虛擬化軟件使用云之翼服務器虛擬化軟件 yiServer。軟件支持異構資源池，當多臺服務器使用同一品牌、不同型號的CPU時，能夠建立異構的物理資源池；支持將物理服務器虛擬成多個邏輯上相互獨立的虛擬機，虛擬機之間可實現隔離保護，任何一個虛擬機發生故障時都不會影響同物理機上的其他虛擬機運行；支持GPU虛擬化技術，可將一張物理顯卡最少虛擬成32虛擬顯卡。

2.1.2 桌面虛擬化軟件

桌面虛擬化軟件使用云之翼桌面虛擬化（yiDesktop）。軟件可將Windows和Linux桌面轉變為一種任何用戶、任何設備、任何地點都可以使用的按需服務，可以快速、安全地向所有PC、Mac、平板電腦、智能電話、筆記本電腦和瘦客戶端交付任何類型的虛擬桌面或Windows、Web和SaaS應用。軟件可提供可設置的還原與不還原模式，可托管Yi Server、VMware vCenter、Microsoft SCVMM、Amazon EC2等云平臺，其開放、可擴展和經過驗證的架構可以大幅簡化虛擬桌面的管理、支持和系統集成工作，優化性能，提高安全性，降低成本。

2.1.3 云桌面管理軟件

為了方便系統運維，采用云之翼云桌面管理軟件（yiCenter）和云之翼云桌面預警軟件（yiDirector）對云桌面系統進行管理。yiCenter是針對云桌面系統運維管理所研發的綜合操作平臺，它從服務器，桌面，終端三個維度實行統一管理，全方位操作云桌面系統實施，交付，運維，更新等各類任務。yiDirector是一款針對云桌面所研發的主動運維產品，可對桌面云基礎架構進行全方位偵測，提供故障預警與分析服務，使用戶更全面、及時的了解云桌面、云服務器、網絡等資源的健康狀態，有效提升桌面云的穩定性。

2.1.4 安全網關

安全網關使用云之翼云網關。這是云桌面解決方案中的一款軟硬件一體產品，可實現外網云桌面的訪問加速和用戶體驗的提升，并確保其可用性和安全性；既能為用戶提供簡單安全的訪問體驗，也能為管理員提供有效的安全控制功能。隨時隨地應用訪問云網關可讓用戶在任何時間、任何地點，通過任意設備連接網絡訪問云桌面，提高了工作效率。優化服務器使用云網關能夠確保云桌面基礎架構服務器可用性，避免了單點故障；同時可在多個數據中心間以智能方式有效地分配應用流量，成為極具彈性的災難恢復解決方案。保障應用和數據安全作為一種安全的互聯網訪問云桌面解決方案，云網關為IT人員提供了細粒度的應用層策略和行為控制能力，可保障應用和數據訪問的安全。

2.1.5 瘦客戶機

瘦客戶機采用云之翼YX系列產品，采用全新X86處理器，高核顯處理能力，內存、硬盤可自由選配，獨特無風扇設計，獨立雙顯 HDMI+VGA，支持VDI桌面虛擬化的外設重定向，兼容市場90%以上外設，能耗低、穩定性更高，基本零維護。主要配置如下：CPU：x86雙核 2.0GHz；內存：4GB；存儲：32GB；I/O端口：1× USB 3.0、3 × USB 2.0；1×千兆 RJ-45網口；1×VGA，1×HDMI；1×耳機口；1×麥克風口，含壁掛、含終端客戶端軟件。

2.2 系統平臺網絡的架構

整個系統平臺網絡的架構分為：接入層、云桌面應用交付層、校園網核心應用層。接入層：教室接入交換機上行采用雙鏈路光纖到服務器核心交換機，通過LACP方式進行鏈路捆綁，提升鏈路帶寬以及物理鏈路冗余，當其中一根鏈路出現故障，不會影響到桌面的正常使用。接入終端全部千兆接到桌面。云桌面應用交付層：由服務器虛擬化組成服務器集群，里面包含云桌面運行的各個功能組件以及桌面資源，通過光纖雙鏈路冗余連接到服務器核心交換機。校園網核心應用層：云桌面整體網絡屬于校園網一部分，需要訪問校園網的某些應用資源，同時支持校園網整體網絡規劃的統一管理，云桌面連接服務器核心交換機，通過NAT或者路由方式連接到校園網中，實現整個網絡層面的互通（見圖2）。

圖2：云桌面網絡拓撲設計

3 方案的實施效果

3.1 管理較為便捷

云桌面應用后所有計算和存儲設備集中在數據中心的服務器中，管理人員僅需對服務器和網絡進行管理，終端免維護，應用程序后臺一鍵更新所有云桌面，且更新時不影響用戶使用，可在網絡互通的任意地點，用任意的智能設備執行此操作，更新時長10分鐘以內，相較于物理PC機房而言更新時間短并且靈活。CPU、內存、硬盤等可根據業務需求進行動態調整，當遇到需要布置考場時，同樣通過模板的切換同時把所有的機房系統環境更新，將以前可能需要1-2天的工作量縮短到一個管理人員1個小時之內即可完成，管理極為便捷。

3.2 最大程度實現資源共享

2020年新冠疫情防控期間，因為教學軟件安裝復雜，對電腦配置要求高，學生自己安裝較為困難，從而導致計算機輔助設計類課程遠程教學難以實施。而通過云桌面系統的應用，較好地解決了這一問題，實現教學軟硬件資源的遠程共享。ICA協議的優勢支持更低的桌面運行帶寬，保證用戶在低網速帶寬下的良好用戶體驗，可以實現WIFI接入訪問，學生可通過自己的筆記本連接WIFI登錄到云桌面，使用相同的教學資源，最大限度地將資源靈活使用，打破傳統物理機房受固定場所的限制，實現了較高的資源利用率，使教學的方式更加靈活。

3.3 節省成本

集中管理和安全提升意味著成本的降低，桌面虛擬化比傳統PC有著更高的投資回報率。根據相關研究測算，使用云桌面虛擬化建設模式后，資源利用率提升10倍，24小時功耗節省71%業務服務器準備周期減少97%，維護效率提高9倍。配合瘦客戶機使用時，可以真正實現客戶端零管理，病毒、誤操作都不會對系統產生太大影響，瘦客戶機耗電量只有20瓦左右，尤其是在學校大規模終端設備的場景下，省電效果尤為明顯，減少應用程序和桌面的部署管理工作量，延長終端設備的使用壽命。提升系統安全，提高工作效率。

4 結語

雖然云桌面在3D和圖形圖像處理相關計算機輔助設計實訓室建設中的應用還處于不斷探索中，在實際使用時，軟件授權等部分技術和網絡傳輸速度在一定程度上影響著使用效果，但隨著5G網絡的普及和技術的優化改進，云桌面在計算機輔助設計領域的應用將會不斷擴大。通過云計算、云儲存、物聯網、大數據、人工智能和移動互聯網的建設和綜合運用，必定會將高校的教學、管理和服務等工作的信息化水平大幅度提升，最終促進高校教育教學和人才培養模式的變革，更好地服務于終生學習，實現人的全面發展。