基本VDI技術(shù)的開放式教學(xué)平臺搭建研究

李蕾

摘 要：目前，教育信息化已進入應(yīng)用轉(zhuǎn)型的時期，正逐步由搭建校園網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施平臺向深化應(yīng)用，以應(yīng)用帶動現(xiàn)代教育的發(fā)展方面轉(zhuǎn)變。以虛擬架構(gòu)桌面VDI技術(shù)為基礎(chǔ)，搭建基于多媒體教室和實訓(xùn)室教學(xué)模式的操作性較強的教學(xué)環(huán)境，實現(xiàn)IT對終端桌面的集中控管，提供靈活便利的授課教學(xué)環(huán)境，保障教學(xué)的連續(xù)性，提高教學(xué)的先進性，降低計算機中心的運維復(fù)雜程度，提高計算機中心的部署效率，充分合理的利用IT資源，節(jié)能降耗，降低成本，提高工作效率，為教師提供一個安全、可控、便捷的工作環(huán)境；為學(xué)生提供更高的用戶端接入能力。

關(guān)鍵詞：VDI技術(shù)；虛擬桌面架構(gòu)；教學(xué)環(huán)境塔建；桌面部署

中圖分類號：F49 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3198（2014）15-0170-03

虛擬化是為某些事物創(chuàng)建的非真實（虛擬）版本，比如計算機系統(tǒng)、硬件平臺、網(wǎng)絡(luò)資源和存儲設(shè)備等。其目的是為了改變或擺脫現(xiàn)實情況下物理資源的不足和所具有的各種限制，即“虛擬化是資源的邏輯表示，它不受物理限制的約束”隨著云計算和虛擬化的高速發(fā)展，更多的CIO把關(guān)注的焦點集中在企業(yè)虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu)上，而虛擬桌面架構(gòu)與傳統(tǒng)的PC客戶端服務(wù)器架構(gòu)不同，VDI將操作系統(tǒng)及所需的應(yīng)用程序統(tǒng)一存放在數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器和存儲設(shè)備中，后臺建立虛擬機池，提供給不同用戶和不同終端。

本文主要是研究通過VDI技術(shù)對教師使用與系統(tǒng)管理工作進行有效的整合，教師可自主選擇在自己的電腦上運行多個操作系統(tǒng)，并能夠在任何地方使用能上網(wǎng)的終端設(shè)備，訪問學(xué)校的桌面系統(tǒng)，完成教學(xué)資源上傳或給學(xué)生上課。VDI技術(shù)支持終端設(shè)備多元性，使得教學(xué)資源環(huán)境建設(shè)與整合變得更加輕松，真正做到有網(wǎng)絡(luò)即校園?？梢詾閷W(xué)校提供一個高度集成VDI技術(shù)解決方案，從而創(chuàng)建開放的多媒體網(wǎng)絡(luò)管理架構(gòu)，提供更簡單可靠的PC桌面運行控制和更高效個性化的教學(xué)環(huán)境，使教師有更多的時間投入到提高教學(xué)質(zhì)量及水平上，實現(xiàn)任何可以想到的教學(xué)模式。保障了教學(xué)的連續(xù)性，提高了教學(xué)的先進性，同時也提供了靈活便利的授課教學(xué)環(huán)境，在保障教學(xué)質(zhì)量的前提下，降低了計算機中心的運維的復(fù)雜程序，提高計算機中心的部署效率，并充分合理的利用IT資源，節(jié)能降耗，降低信息化成本。

1 傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境搭建現(xiàn)狀分析

目前，各個高校的多媒體教室，實驗或?qū)嵱?xùn)機房，隨著IT技術(shù)的不斷發(fā)展，軟硬件環(huán)境不斷發(fā)更新，存在以下幾個方面的問題。

1.1 教學(xué)資源管理不方便

教師每次上課前都需要將所需要講授的內(nèi)容拷貝至自己的郵箱或是其他存儲設(shè)備，在上課的時候便于使用，也因為有的課程是一個循序漸進的課程，可能上一次的實驗（實訓(xùn)）結(jié)果是第下一次實驗（實訓(xùn)）結(jié)果的開始，隨著實驗（實訓(xùn)）的進度的延伸，該實驗（實訓(xùn)）成果的容量會越來越大，加之有些機房為了保證數(shù)據(jù)的安全性，都對機房或是多媒體教室的機子設(shè)置的還原系統(tǒng)，所以導(dǎo)致授課的教師必須要將當(dāng)天實驗（實訓(xùn)）的結(jié)果拷貝到自己的存儲設(shè)備，這勢必增加了很多的不便。

1.2 機房資源管理不方便

機房安裝的軟件，都是學(xué)期末或是開學(xué)初針對每個教師教學(xué)的不同需求，而進行的安裝。因為機房機子數(shù)量多，安裝環(huán)境各不相同，所有機子的運行情況和硬件情況各不相同，所以機房管理人員需要花費大量的時間去運維和管理，并統(tǒng)一刻機。授課中，又因為個別教師的特殊需求，需要重新對自己所需的機房授課環(huán)境要求機房管理人員進行重新部署，在教學(xué)情況正常的情況下，機房管理人員只能在該機房沒有課的情況下進行安裝，有時還會導(dǎo)致機房管理人員加班加點；有時也會因為機房硬件（電源，鍵盤、鼠標(biāo)）等出現(xiàn)故障或是因為某一臺電腦出現(xiàn)系統(tǒng)問題，也會給授課帶來一定的影響。

1.3 授課條件受限制

在高校里面，授課的形式根據(jù)課程的性質(zhì)和內(nèi)容而分為：普通課程授課模式、專業(yè)課程授課模式、視頻課程授課模式、多媒體教室授課模式和實驗（實訓(xùn)）室授課模式。根據(jù)不同的授課模式，計算機的硬件配置是不一樣的。如果采用授課形式一一對應(yīng)的模式使用機房，機房利用率的下降；如果不專機專用，也會給機房的管理帶來不便，也會導(dǎo)致硬件資源的浪費。

根據(jù)上述傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境中存在的問題的分析，勢必為VDI技術(shù)在高校教學(xué)環(huán)境搭建的應(yīng)用中提供了一定的空間。

2 利用新技術(shù)搭建實訓(xùn)和多媒體教學(xué)環(huán)境的思路

本文主要以虛擬架構(gòu)桌面VDI技術(shù)為基礎(chǔ)，研究出一套操作性較強的多媒體和實訓(xùn)教學(xué)環(huán)境搭建技術(shù)應(yīng)用研究方案，實現(xiàn)工作數(shù)據(jù)隨著云桌面集中管理，不會丟失；云桌面比傳統(tǒng)桌面更加健壯，桌面、應(yīng)用的故障可以大大減少；配合終端使用時，工作環(huán)境更加整潔舒適，噪音小，同時啟動速度更快；在移動辦公遠程VPN訪問時，更加高效，可以提升訪問的速度；可以在任何時間、任何地點，使用任何設(shè)備安全、高效地訪問個人桌面，獲得最大的靈活性；享受更強大的桌面性能，在云桌面改造后，用戶分享強大的服務(wù)器運算能力。

2.1 普通或視頻教學(xué)環(huán)境桌面交付云平臺架構(gòu)

采用云桌面混合云計算來實現(xiàn)桌面云平臺的交付，滿足普通授課和視頻授課的需求，典型的桌面交云平臺架構(gòu)如圖1所示。

針對實訓(xùn)教學(xué)環(huán)境需求，可以利用Streamed（流計算機）模式，其系統(tǒng)架構(gòu)如簡圖3所示。

圖3 滿足實訓(xùn)環(huán)境系統(tǒng)桌面交付云平臺系統(tǒng)架構(gòu)采用桌面架構(gòu)服務(wù)器進行管理，實現(xiàn)統(tǒng)一發(fā)布的云桌面和應(yīng)用，統(tǒng)一存儲數(shù)據(jù)，集中化管理，快速、安全、可靠的桌面交付。本技術(shù)實現(xiàn)包括6個步驟：部署虛擬化底層、部署桌面架構(gòu)服務(wù)器、搭建桌面承載服務(wù)器池、安裝調(diào)試部署桌面操作系統(tǒng)、根據(jù)不同的服務(wù)器廠商安裝代理程序、作為模板批量生成。利用該技術(shù)搭建的教學(xué)平臺具有以下幾個創(chuàng)新點：

創(chuàng)新點一：采用典型的桌面云平臺架構(gòu)VDI技術(shù)來實現(xiàn)桌面云平臺的交付，滿足公共課和基礎(chǔ)課的PPT授課教學(xué)模式和播放本地視頻或點播在線視頻授課的模式。

創(chuàng)新點二：采用RGS技術(shù)連接至工作站實現(xiàn)專業(yè)針對性強，顯卡硬件要求高的教學(xué)模式。

創(chuàng)新點三：采用虛擬桌面架構(gòu)VDI技術(shù)，利用Streamed（流計算機）對實踐環(huán)境中計算機運維、教學(xué)的連續(xù)性、延續(xù)性及硬件安全等方面進行整合，實現(xiàn)便捷的管理和更豐富的教學(xué)方式。

創(chuàng)新點四：配置低的PC機通過虛擬桌面利用服務(wù)器的高性能，滿足教學(xué)的應(yīng)用需求。

3 教學(xué)環(huán)境的搭建操作措施及做法

根據(jù)教學(xué)環(huán)境的需求采用云桌面VDI技術(shù)來實現(xiàn)桌面云平臺的交付，滿足普通授課、專業(yè)授課和視頻授課的需求。以我院教學(xué)環(huán)境的實際情況為例，云終端虛擬桌面架構(gòu)共需要12臺BL460G6刀片服務(wù)器，1臺X3800sb刀片式NAS Gateway以及10臺xw460G6刀片工作站，系統(tǒng)存儲架構(gòu)采用IP-SAN和NAS相結(jié)合的共享架構(gòu)體系提供數(shù)據(jù)的集中存儲和統(tǒng)一管理。

3.1 虛擬桌面架構(gòu)說明

內(nèi)網(wǎng)環(huán)境下，一個完整的Citrix Xen Desktop虛擬桌面架構(gòu)主要包括：

（1）Virtual Desktop Delivery Controlle（DDC，虛擬桌面交付控制器）：虛擬桌面交付控制器負(fù)責(zé)新虛擬桌面的注冊以及將虛擬桌面的請求指向可用的系統(tǒng)。用戶通過整合的Web Interface組件間接與控制器進行交互。通過Web網(wǎng)站，或者通過本地安裝的接收器，將虛擬桌面交付給用戶。

（2）Virtualization Infrastructure（VI，虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)）：虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)允許單個物理服務(wù)器分成多個共享資源的虛擬服務(wù)器。本次項目的虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)是基于XenServer構(gòu)建的，它是Citrix XenDesktop整體解決方案的一部分。虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)也可以利用Microsoft Hyper-V或VMware ESX來構(gòu)建。

（3） Virtual Desktop Provisioning（PVS，虛擬桌面置備）：XenDesktop解決方案的置備服務(wù)器在虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)上為虛擬桌面實例提供了操作系統(tǒng)鏡像。一個基本的操作系統(tǒng)鏡像被創(chuàng)建，其包括了企業(yè)策略規(guī)定的所有操作系統(tǒng)級的配置。然而，基本鏡像并不包括應(yīng)用程序。當(dāng)每個虛擬桌面啟動時，操作系統(tǒng)會經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)通過流技術(shù)交付給虛擬桌面。由于只要求對基本鏡像進行升級，并且所有虛擬桌面將會在下一次重啟時使用最新的鏡像，所以當(dāng)要求升級時，該解決方案體現(xiàn)出強大的優(yōu)勢。因為剔除了應(yīng)用，單個企業(yè)中的每種操作系統(tǒng)版本只需要維護一個實例即可。

（4）Application Delivery Controller（XEN App，應(yīng)用交付控制器）：應(yīng)用交付控制器負(fù)責(zé)識別分配給用戶的應(yīng)用，并將其交付給虛擬桌面。應(yīng)用交付是基于用戶需求實現(xiàn)用戶桌面?zhèn)€性化的第一部分。通過將應(yīng)用與基本桌面鏡像分離，所需的桌面鏡像數(shù)量大大減少，這就簡化了維護過程。

（5）Personalization（File Server，個性化）：Citrix XenDesktop方案的個性化配置允許用戶可以按照需要定制自己的桌面工作環(huán)境。通過用戶個性化配置，用戶的設(shè)置就會被集中保存以及隨著用戶傳輸而不用考慮用戶訪問的桌面。用戶的個性化配置要比漫游配置文件要多，因為Citrix User Profile Manager剝離了所有不想要得設(shè)置以及保留了那些對用戶有用的東西。同時，用戶個性化設(shè)置的交付也是經(jīng)過優(yōu)化處理的，所以用戶也不必需要等待虛擬桌面完全被加載。

（6）其他相關(guān)服務(wù)器還包括AD Server（用戶認(rèn)證），DHCP Server（虛擬機IP分發(fā)），License Server（虛擬桌面許可管理），以及XEN Center Server（虛擬機管理）。

3.2 虛擬桌面配置說明

（1）DDC是負(fù)責(zé)虛擬桌面的注冊以及將虛擬桌面請求指向可用的系統(tǒng)的接入模塊，是系統(tǒng)極為重要的組成部分。考慮到接入系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，建議采用主/備Cluster架構(gòu)實現(xiàn)，由1臺虛擬服務(wù)器擔(dān)當(dāng)系統(tǒng)的主DDC，綜合考慮冗余度及方案成本，再采用1臺虛擬機擔(dān)當(dāng)系統(tǒng)的備用DDC，當(dāng)主節(jié)點出現(xiàn)故障時系統(tǒng)連接管理可有備用DDC接管繼續(xù)提供服務(wù)（虛擬機來源于VI架構(gòu)中的不同的虛擬主機中）。

（2）Virtualization Infrastructure（VI，虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)）建議采用8臺物理機BL 460G6服務(wù)器安裝XEN Server接入至LeftHand P4000G2 IP-SAN存儲系統(tǒng)構(gòu)建。每臺BL460G6服務(wù)器規(guī)劃40個虛擬桌面（共規(guī)劃300個虛擬桌面），同時XEN Server Host BL460G6啟用Citrix XEN Server HA技術(shù)進一步保障HOST系統(tǒng)得可靠性?？紤]到每臺BL460G6服務(wù)器需要虛擬出較多的虛擬桌面系統(tǒng)，對主機網(wǎng)絡(luò)吞吐要求相對較高，因此建議服務(wù)器采用多塊以太網(wǎng)卡綁定以實現(xiàn)更高的網(wǎng)絡(luò)吞吐帶寬。BL460G6服務(wù)器主板集成兩個Flex-10 10Gb萬兆網(wǎng)卡，同時配合HP刀片機箱的萬兆虛擬連接模塊（VC-Flex10），可以將BL460G6的兩塊10Gb網(wǎng)卡切分成8塊帶寬可調(diào)（以100Mb為單位）的物理以太網(wǎng)卡，通過該技術(shù)可以給運行之上的眾多虛擬桌面提供充足的網(wǎng)絡(luò)帶寬保障。

（3）Virtual Desktop Provisioning（PVS，虛擬桌面置備）服務(wù)器存儲所有虛擬桌面統(tǒng)一的操作系統(tǒng)鏡像，其穩(wěn)定與否直接決定了所有虛擬桌面的可用性，同時考慮到其擔(dān)負(fù)著操作系統(tǒng)的流分發(fā)，對系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)帶寬和磁盤IO都有一定要求，建議采用2臺物理機BL460G6連接至LeftHand P4000G2 IP-SAN存儲系統(tǒng)構(gòu)建雙機熱備Cluster架構(gòu)。

（4）Application Delivery Controller（XEN App，應(yīng)用交付控制器）服務(wù)器承載著用戶所用應(yīng)用程序軟件的發(fā)布和最終計算，因此對服務(wù)器的處理器能力有較高要求，同時考慮到XEN App服務(wù)器的負(fù)載均衡和高可用，建議采用2臺物理機BL460G6構(gòu)建XEN App服務(wù)器集群，未來還可隨業(yè)務(wù)壓力變化動態(tài)增長。

（5）Personalization（File Server，個性化）服務(wù)器提供用戶個性化配置信息和文件存儲，建議利用IP-SAN存儲系統(tǒng)所連接的NAS Gateway X3800sb刀片NAS來提供文件存儲服務(wù)。

（6）其他相關(guān)服務(wù)器如AD和DHCP可以使用用戶既有環(huán)境中的AD和DHCP（或采用虛擬機方式實現(xiàn)），License Server可以直接安裝在AD Server上，XEN Center Server可以直接構(gòu)建在XEN Server虛擬機上。

3.3 刀片工作站說明

考慮到一定數(shù)量的用戶需要性能較高的桌面系統(tǒng)進行2D/3D圖像渲染處理，普通的虛擬桌面難以滿足高顯示需求，因此系統(tǒng)規(guī)劃采用10臺HP高性能刀片工作站構(gòu)建刀片工作站集群池（部署在數(shù)據(jù)中心C7000刀片機箱中）配合HP RGS遠程圖形軟件以及瘦客戶機來實現(xiàn)。采用全新的刀片工作站訪問使用模式，一方面可以加速數(shù)據(jù)加載到工作站本地硬盤的時間，提高工作效率；另一方面還可以提高數(shù)據(jù)的安全性和可靠性，所有關(guān)鍵數(shù)據(jù)的存儲和流動都在數(shù)據(jù)中心，前端只是做顯示和鼠標(biāo)鍵盤點擊操作提交。同時通過RGS軟件還可以實現(xiàn)刀片工作站多個用戶不同地點共享圖像的協(xié)同辦公應(yīng)用場景，從而大大提高團隊協(xié)作能力。

3.4 存儲系統(tǒng)說明

存儲系統(tǒng)建議使用14.4TB裸容量的HP LeftHand P4000 IP-SAN存儲系統(tǒng)。HP LeftHand P4000 SAN系統(tǒng)將這兩套硬件合并到了一個存儲系統(tǒng)中。該存儲系統(tǒng)包括x86處理器、存儲控制器、磁盤驅(qū)動器、網(wǎng)絡(luò)端口、RAM和高速緩存等，基本上將存儲系統(tǒng)需要的所有組件都集中于一個“構(gòu)建模塊”中。此外，我們還提供了HP SAN/iQ軟件。該軟件可將多個系統(tǒng)集成到一個存儲池中。當(dāng)您需要增加性能或容量時，可以連接另一個存儲系統(tǒng)，且無需中斷應(yīng)用。

3.5 虛擬桌面用戶類型說明

虛擬桌面用戶類型規(guī)劃為四類：

第一類規(guī)劃為權(quán)限級別較高的為首長和主官（30個），采用獨立的個性化虛擬機方式實現(xiàn)，即，用戶可以根據(jù)自己喜好，安裝改變桌面系統(tǒng)環(huán)境，包括在虛擬桌面上安裝不同的應(yīng)用軟件平臺，或者選擇通過XEN APP發(fā)布過來的應(yīng)用軟件。

第二類規(guī)劃為權(quán)限級別中等的科員（100個），通過統(tǒng)一的PVS提供相同的桌面鏡像，并可通過Citrix XEN Desktop的Dazel功能自助式選擇相應(yīng)的應(yīng)用軟件，然后通過XEN APP最終發(fā)布到虛擬桌面使用。

第三類為權(quán)限最低的一般用戶（170個左右），該類用戶只是處理日常的Office應(yīng)用及簡單的上網(wǎng)瀏覽等，通過PVS獲得統(tǒng)一的桌面鏡像文件，并通過XEN APP由管理員發(fā)布可以授權(quán)使用應(yīng)用程序。

第四類用戶為對3D圖像處理有一定要求的用戶，可以通過Thin Client端的RGS客戶端訪問刀片工作站資源池，獲得所需的工作站桌面。

同時，整個系統(tǒng)平臺還規(guī)劃2-3個系統(tǒng)管理員，實現(xiàn)對所有虛擬桌面業(yè)務(wù)資源監(jiān)控和管理。

4 結(jié)束語

VDI即虛擬桌面架構(gòu)，它不是給每個用戶都配置一臺運行操作系統(tǒng)的桌機PC，而是通過在數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器運行操作系統(tǒng)，將用戶的桌面虛擬化的技術(shù)。用戶通過來自客戶端設(shè)備（瘦客戶機或是家用PC）的瘦客戶計算協(xié)議與虛擬桌面進行連接，用戶訪問他們的桌面就像是訪問傳統(tǒng)的本地安裝桌面一樣。本文論述了應(yīng)用VDI技術(shù)搭建高校教學(xué)環(huán)境的思路、措施及方法，提出了幾個方面的研究內(nèi)容：

（1）利用虛擬架構(gòu)桌面VDI技術(shù)保障教學(xué)的連續(xù)性，提高教學(xué)先進性；

（2）利用虛擬架構(gòu)桌面VDI技術(shù)集中部署和管理客戶端，按需交付用戶，簡化應(yīng)用環(huán)境配置及部署要求；

（3）利用虛擬架構(gòu)桌面VDI技術(shù)提供靈活便利的授課教學(xué)環(huán)境；

（4）利用虛擬架構(gòu)桌面VDI技術(shù)在保障教學(xué)質(zhì)量的前提下，降低計算機中心的運維的復(fù)雜程序，提高計算機中心的部署效率；

（5）利用虛擬架構(gòu)桌面VDI技術(shù)充分合理的利用IT資源，節(jié)能降耗，降低成本。

分析結(jié)果表明，該技術(shù)能很好的應(yīng)用在高校普通授課、專業(yè)授課和視頻授課的教學(xué)模式中，并能滿足不同教學(xué)條件的教學(xué)需求。

對于VDI技術(shù)的更深層次的應(yīng)用，還有許多問題值得研究，就目前而言它將會為最終的用戶帶來很多的益處和更多的效益，該研究可作為校方多媒體教室、實訓(xùn)室建設(shè)和電子閱覽室建設(shè)的參考，也可作為中小微企業(yè)實施移動辦公的參考。

參考文獻

[1]曾少寧.一種基于云計算的虛擬桌面的研究與設(shè)計[J].現(xiàn)代計算機（下半月版），2010，（3）：168169.

[2]虛擬桌面技術(shù)在教育環(huán)境下的應(yīng)用研究[J].計算機光盤軟件與應(yīng)用，2012，（12）：215-216.

[3]任軍，社賈磊.桌面虛擬化在高校實訓(xùn)機房應(yīng)用探討[J].計算機光盤軟件與應(yīng)用，2012，（4）：41.

[4]佟曉妍.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用[J].呼倫貝爾學(xué)院學(xué)院學(xué)報，2009，（10）：114-116.

[5]馬晨，趙麗華.基于虛擬化技術(shù)的“云安全”研究[J].甘肅廣播電視大學(xué)學(xué)報，2012，（1）：57-59.

[6]宣翠仙.虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其在教育中的應(yīng)用[J].浙江樹人大學(xué)學(xué)報，2004，（2）.

[7]邱震，賀春林，王洪靜.虛擬化技術(shù)在云計算中的運用[J].洛陽師范學(xué)院學(xué)報，2012，（8）：90-91.

[8]賀盛.探析虛擬化技術(shù)在云計算中的應(yīng)用[J].湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2012，（1）：12-13.

[9]葉娟.試論云計算中虛擬化技術(shù)的應(yīng)用[J].計算機光盤軟件與應(yīng)用，2012，（23）：15-17.