云數(shù)字語言實驗室的虛擬仿真環(huán)境部署與應(yīng)用

黃勁，聶琳

（中山大學(xué)公共實驗教學(xué)中心，廣州510006）

0 引言

云服務(wù)技術(shù)發(fā)展及其廣泛應(yīng)用，為實驗室建設(shè)和改造帶來了全新的解決方案。結(jié)合我們新建的云數(shù)字語言實驗室，利用實驗室的云實驗平臺，部署各種虛擬仿真教學(xué)環(huán)境，不僅能夠徹底解決外語課程教學(xué)中，教學(xué)環(huán)境多樣化、復(fù)雜化的問題，而且還能把過去單一化語言教學(xué)功能的音室，改造成為具有多室合一功能應(yīng)用的云環(huán)境數(shù)字語言實驗室，這將是數(shù)字語言實驗室升級改造的一個新的發(fā)展方向。

1 構(gòu)建虛擬化教學(xué)環(huán)境應(yīng)用的云實驗平臺

采用桌面云的虛擬化技術(shù)來部署實驗室教學(xué)環(huán)境，已逐步成為了一種新趨勢，這將對實驗室教學(xué)環(huán)境部署和應(yīng)用帶來了極大的方便性。目前，在多功能實驗室仿真環(huán)境部署和應(yīng)用中，主要采用了桌面云的虛擬化VDI和VOI技術(shù)。我校區(qū)云數(shù)字語言實驗室的云實驗平臺，利用了校園高速網(wǎng)條件，采用混合云結(jié)構(gòu)體系方式。云服務(wù)系統(tǒng)可以是多種云的綜合應(yīng)用，可使用云晫（Vinzor）云VDI服務(wù)，也可使用海耘云VOI服務(wù)，還可以是將要擴展使用的其他如噢易云、VMware云等云服務(wù)。結(jié)合我們實際教學(xué)應(yīng)用需要，云應(yīng)用既有私有云應(yīng)用方式，也有開放性公有云應(yīng)用方式。采用多種云的混合應(yīng)用方式，還能夠更好地解決各類課程教學(xué)環(huán)境的兼容性使用問題。

圖1東校區(qū)云數(shù)字語言實驗室的云實驗平臺結(jié)構(gòu)示意圖

我校區(qū)的云實驗平臺，主要融合了云晫（Vinzor）云服務(wù)和海耘云服務(wù)的桌面云應(yīng)用。云晫云服務(wù)采用桌面云VDI應(yīng)用方式，可滿足實驗室內(nèi)外的教學(xué)環(huán)境部署和應(yīng)用需要。海耘云服務(wù)系統(tǒng)采用桌面云VOI方式，能夠更好地利用實驗室的硬件資源，滿足對硬件要求較高的教學(xué)環(huán)境部署和應(yīng)用需要。采用云服務(wù)應(yīng)用方式，能夠更方便地對實驗室內(nèi)外的課程教學(xué)環(huán)境實施動態(tài)部署和管理。

1.1 桌面云VDI平臺

桌面云VDI平臺，能夠把大量桌面云以高度集中化管理方式進行部署和調(diào)度。不僅使實驗室云端能夠共享集中部署的仿真教學(xué)環(huán)境，還能夠使實驗室外的合法用戶也能共享集中部署的仿真教學(xué)環(huán)境，進一步拓寬了實驗室的教學(xué)空間。建立桌面云VDI的云端非常簡單，只需在云端上運行VDI云客戶端軟件來使用，或以云端瀏覽器訪問方式來使用。

云晫云服務(wù)平臺使用了2臺華為服務(wù)器，可為9間云數(shù)字語言實驗室內(nèi)的450個云端，提供云晫云VDI應(yīng)用及管理，或為授權(quán)的100個并發(fā)用戶提供VDI仿真環(huán)境應(yīng)用。云晫云的桌面云VDI功能主要有：建立桌面云資源池，并根據(jù)課程表進行任務(wù)調(diào)度；制作相應(yīng)的桌面云（有固定桌面、課程桌面2種）快照；按課室、課程需求進行快速部署和擴容；支持多云端應(yīng)用和管理；監(jiān)控云服務(wù)數(shù)據(jù)中心運行；存儲和備份用戶數(shù)據(jù)等教學(xué)應(yīng)用服務(wù)。

1.2 桌面云VOI平臺

由于桌面云VDI架構(gòu)，所有VDI桌面的虛擬機都集中在云服務(wù)端運行，其應(yīng)用完全依賴云服務(wù)器。受云服務(wù)器性能和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)南拗?，容易帶來性能、成本、兼容性等諸多問題。桌面云VOI應(yīng)用，既繼承了桌面云VDI的集中管理優(yōu)勢，又充分利用了本地客戶端的計算處理能力和硬件資源，更適合實驗室內(nèi)的多媒體類課程教學(xué)使用。其離線式運行，使虛擬仿真教學(xué)環(huán)境使用如同運行在本地一樣，減少了對云服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊蕾?。云管理服?wù)器僅作為桌面云管理，各種桌面云的虛擬仿真環(huán)境都集中到云管理服務(wù)器來保存和管理。在客戶端需要時，將選用的系統(tǒng)環(huán)境直接調(diào)用到本地運行使用。

海耘云服務(wù)平臺，使用了1臺高性能PC作為管理服務(wù)器，實現(xiàn)對2間云數(shù)字語言實驗室（原第5、6語音室）內(nèi)100個云客戶端的VOI應(yīng)用和管理，能夠在實驗室內(nèi)快速部署各種桌面云的仿真教學(xué)環(huán)境。利用實驗室本地客戶端強壯硬件的性能優(yōu)勢，實現(xiàn)離線式的本地運行，可使運算速度、圖形顯示、用戶體驗以及外部設(shè)備兼容性跟本地PC使用一致。

2 桌面云的虛擬化VDI和VOI仿真環(huán)境部署

在桌面云VDI和VOI的云實驗平臺上，能夠?qū)崿F(xiàn)本地或異地桌面云的仿真教學(xué)環(huán)境部署。利用VDI云服務(wù)管理平臺，可把桌面云VDI的虛擬仿真環(huán)境部署到云數(shù)字語言實驗室內(nèi)外，并在線運行。為充分利用云數(shù)字語言實驗室的本地資源，提高運行效率，可利用VOI云服務(wù)管理平臺，把桌面云VOI的虛擬仿真環(huán)境部署在云數(shù)字語言實驗室上，并離線運行。

2.1 桌面云VDI部署

首先在云晫云服務(wù)器上，安裝桌面云VDI系統(tǒng)，并進行初始化配置，然后用虛擬機模板來創(chuàng)建虛擬機。設(shè)置虛擬機存儲位置，選擇運行操作系統(tǒng)，分配虛擬機的CPU、內(nèi)存、磁盤空間等硬件資源。通過光驅(qū)引導(dǎo)ISO文件來安裝操作系統(tǒng)，將虛擬機轉(zhuǎn)為模板，在資源池中將模板生成類型相同的多個虛擬機。創(chuàng)建多個虛擬桌面集合組成的桌面池，這過程就是通過模板來創(chuàng)建若干虛擬桌面，最后通過桌面管理將用戶和虛擬桌面關(guān)聯(lián)。

桌面云VDI資源的開放控制，主要是按教學(xué)安排和課程進度，通過云服務(wù)管理系統(tǒng)進行規(guī)劃、配置、調(diào)度和管理。課程教學(xué)之外不需要的課程桌面云資源，將由云服務(wù)管理系統(tǒng)來統(tǒng)一回收，以節(jié)省云資源開銷。

2.2 桌面云VOI部署

在海耘云服務(wù)器上，首先安裝操作系統(tǒng)及VOI業(yè)務(wù)系統(tǒng)，開啟DHCP服務(wù)，將云客戶端設(shè)置為開機網(wǎng)卡啟動PXE。通過服務(wù)器DHCP服務(wù)自動獲取IP地址，并選用對應(yīng)鏡像下載來安裝，進入Windows 7系統(tǒng)后，可打開VOI云客戶端查看下載進度。在鏡像批量下載前，需要先制作好鏡像模板。

海耘云VOI管理服務(wù)器只負(fù)責(zé)鏡像的上傳、分發(fā)和管理，以及遠(yuǎn)程控制云端應(yīng)用的策略、調(diào)度和使用管理等，可隨時、隨地在任意云客戶端上，進行桌面云的操作管理。云客戶端完成下載鏡像后，將離線運行，教學(xué)環(huán)境桌面將不再依賴云服務(wù)器，不受外網(wǎng)影響，還可直接使用本地來存儲數(shù)據(jù)，保證了教學(xué)使用的安全性和連續(xù)性。

3 虛擬仿真環(huán)境在教學(xué)上的應(yīng)用

在云數(shù)字語言實驗室的教學(xué)應(yīng)用中，一方面是在外語課程教學(xué)的課堂使用，能夠通過桌面云的虛擬化仿真環(huán)境，滿足各種特定環(huán)境的外語課程教學(xué)使用需要；另一方面是在外語課程之外，滿足計算機類課程的小班教學(xué)需要。此外，通過云實驗平臺，還能夠推送各種課程教學(xué)的虛擬仿真環(huán)境到實驗室外應(yīng)用。

3.1 桌面云VDI部署的課程教學(xué)應(yīng)用

在云數(shù)字語言實驗室的外語課程教學(xué)上，可對外語課程的特殊教學(xué)環(huán)境建立桌面云VDI的虛擬仿真環(huán)境部署和應(yīng)用，從而為外語課程教學(xué)提供全方位的環(huán)境保障。如為9間數(shù)字語言實驗室的教師端（lab1-lab9）建立云晫云VDI的固定桌面，提供了特殊教學(xué)環(huán)境的虛擬仿真應(yīng)用，解決了低版本電子教案PPT在高版本教師端環(huán)境下，不能鏈接視音頻源播放等諸教學(xué)問題。

圖2云實驗平臺的云晫（Vinzor）云管理系統(tǒng)

在外語課程外的其他課程教學(xué)上，可利用云實驗平臺進行虛擬仿真教學(xué)環(huán)境部署和應(yīng)用，實現(xiàn)在教師和學(xué)生的云端，完成各種課程教學(xué)環(huán)境的桌面云推送。此外，還能夠以桌面云VDI形式，把課程教學(xué)環(huán)境的課程桌面推送到實驗室外，供學(xué)生自行建立云端共享使用。學(xué)生能夠在校園內(nèi)，隨時、隨地進行課程的自主學(xué)習(xí)和實訓(xùn)，保證了學(xué)生在課外的實踐環(huán)境與實驗室教學(xué)環(huán)境的一致性。

利用校園網(wǎng)條件，課程任課老師還能夠用賬號和密碼進行登錄，即使在異地校區(qū)，也能夠訪問專屬的桌面云VDI固定桌面或課程桌面，進行教學(xué)環(huán)境的搭建、部署和管理。方便了課程任課老師對課程進行教學(xué)設(shè)計、教學(xué)內(nèi)容調(diào)整，以及對教學(xué)資源的整合。部署好的課程教學(xué)環(huán)境，能夠以桌面云VDI課程桌面，推送到校區(qū)實驗室內(nèi)外的云端使用。

3.2 桌面云VOI部署的課程教學(xué)應(yīng)用

在外語課程外的課程教學(xué)實踐中，我們選擇了多媒體技術(shù)類的《電子音樂合成技術(shù)與應(yīng)用》和《數(shù)字影視技術(shù)》課程，作為課程教學(xué)典型案例，進行了云環(huán)境下的示范性課程教學(xué)改革探索。在桌面云VDI應(yīng)用基礎(chǔ)上，進一步融合桌面云VOI應(yīng)用，利用其中2間實驗室硬件資源，搭建了海耘云VOI服務(wù)器和100個VOI桌面云客戶端，開展課程教學(xué)實踐。

使用桌面云VOI課程教學(xué)環(huán)境進行教學(xué)，需預(yù)先創(chuàng)建好操作系統(tǒng)鏡像，然后上傳到桌面云VOI管理服務(wù)器保存和部署。教學(xué)使用時，由桌面云VOI管理服務(wù)器統(tǒng)一管理調(diào)度，分發(fā)給實驗室的客戶端。客戶端下載操作系統(tǒng)鏡像后，保存在本地，離線運行于本地硬件上。桌面云VOI充分利用了云客戶端的本地計算處理能力和硬件資源，兼容性好，尤其適合多媒體技術(shù)類課程的教學(xué)使用。

圖3海耘云桌面管理系統(tǒng)與數(shù)字影視技術(shù)課程VOI云端

3.3 云實驗平臺與課程教學(xué)網(wǎng)站有機結(jié)合，有利于自主學(xué)習(xí)

在課程教學(xué)過程中，特別是實踐性課程的教學(xué)上，把云實驗平臺與課程教學(xué)網(wǎng)站有機整合起來，將有助于學(xué)生隨時、隨地進行課程自主學(xué)習(xí)。利用桌面云VDI推送的桌面云教學(xué)環(huán)境，更好地保證了學(xué)生學(xué)習(xí)環(huán)境的一致性使用，尤其適合在實驗室外，進行課程實訓(xùn)時使用。同時，也能適合在異地的課程教學(xué)使用。

結(jié)合課程的實際教學(xué)需要，還可以使用云實驗平臺的云存儲功能，為學(xué)生配置云存儲空間（一般為8G）。以方便學(xué)生把課程學(xué)習(xí)過程中的工程文件、臨時文件和實驗數(shù)據(jù)保存起來，日后繼續(xù)進行編輯修改使用，為課程實訓(xùn)帶來便利。

4 虛擬化仿真教學(xué)環(huán)境應(yīng)用的問題探討

在云數(shù)字語言實驗室的虛擬仿真環(huán)境部署和應(yīng)用中，結(jié)合我們對課程教學(xué)改革實踐的經(jīng)驗體會，我們認(rèn)為利用桌面云VDI+VOI技術(shù)應(yīng)用，不僅能夠為多功能實驗室教學(xué)環(huán)境部署帶來便利，而且還能夠為實驗室維護管理帶來許多好處，降低了運維壓力，節(jié)省了人力，提高了工作效率。通過示范性課程教學(xué)的具體實踐，我們認(rèn)為云實驗室的虛擬仿真環(huán)境部署和應(yīng)用有其自身特點和整體優(yōu)勢。

4.1 云虛擬仿真環(huán)境部署，更適合多室合一功能的教學(xué)應(yīng)用

在實際教學(xué)使用中，總會有部分課程教學(xué)環(huán)境是實驗室無法滿足的，通過云環(huán)境的桌面云應(yīng)用，能夠把這些特殊的教學(xué)環(huán)境部署后，推送到實驗室云端上使用。桌面云VDI采用在線式應(yīng)用，桌面云VOI采用離線式應(yīng)用。

對于多媒體類課程的教學(xué)環(huán)境，更適合使用桌面云VOI方式部署使用。教學(xué)環(huán)境的操作系統(tǒng)鏡像推送到強壯云客戶端后，可享用本地客戶端的運算處理，以及外設(shè)資源。文件、數(shù)據(jù)可采用集中云存儲，也可使用云客戶端的本地存儲?？蛻舳吮镜卮鎯Φ臄?shù)據(jù)，不受網(wǎng)絡(luò)或云服務(wù)端的故障影響。

4.2 開放式云服務(wù)適合多校區(qū)、多環(huán)境下的應(yīng)用

開放式的云實驗平臺，不僅能夠把教學(xué)環(huán)境推送到實驗室云端上使用，而且還能夠在課余，推送虛擬化桌面到實驗室外的校區(qū)云端上使用，即使在異地校區(qū)的云端上也能使用。教師和管理員還可以在異地校區(qū)，進行云桌面的教學(xué)環(huán)境部署和調(diào)度管理，非常方便。結(jié)合云盤功能等云應(yīng)用服務(wù)，課程教學(xué)的使用效果更佳。至于云實驗平臺系統(tǒng)的規(guī)模和性能，資源的分配和管理，涉及到云應(yīng)用的整體規(guī)劃和調(diào)度策略，還涉及到成本投入和授權(quán)使用等問題。

4.3 采用VOI解決方案，可對電腦病毒、流量異常等進行有效控制

實驗室采用了桌面云VOI應(yīng)用，可在驅(qū)動層面實現(xiàn)對ARP病毒、流量異常、USB等外設(shè)的有效控制。其所具備的網(wǎng)站動態(tài)防護技術(shù)，能夠快速地將安全策略下發(fā)到客戶端，有效避免訪問網(wǎng)站時帶來的安全隱患。而且還具備磁盤還原保護功能，能夠?qū)φn程資源分離存儲，有效避免還原系統(tǒng)下的客戶端病毒入侵。

4.4 虛擬仿真環(huán)境部署管理，更好地實現(xiàn)實驗室集中控制

一流實驗室的建設(shè)，不僅需要在實驗室的技術(shù)上、性能上、功能上、環(huán)境上具有先進性和創(chuàng)新性，而且還需要在實驗室管理層面上具有一定的先進水平。實驗室除了要有行之有效的教學(xué)環(huán)境部署和應(yīng)用方式外，還需要有集中監(jiān)控和集中管理手段，能夠?qū)嶒炇以O(shè)備進行集中控制管理。利用桌面云的遠(yuǎn)程開/關(guān)機、系統(tǒng)自動還原保護功能，并結(jié)合實驗室的視聽中控、視頻監(jiān)控，以及遠(yuǎn)程智能控制，最終實現(xiàn)實驗室整體的智能化集中控制管理。

5 結(jié)語

桌面云VDI+VOI技術(shù)應(yīng)用的有機結(jié)合，實現(xiàn)了實驗室各種教學(xué)環(huán)境的快速部署和應(yīng)用，教師和管理員能夠方便靈活地自行搭建、集中維護、動態(tài)管理專屬的桌面云。桌面云的虛擬仿真環(huán)境部署和應(yīng)用，大量節(jié)省了部署教學(xué)環(huán)境的準(zhǔn)備時間和系統(tǒng)空間，提高了課程教學(xué)的效率和質(zhì)量。不但滿足了教師個性化教學(xué)的需求，保證了課程教學(xué)的安全性和私密性，為深化課程教學(xué)改革打下良好基礎(chǔ)，而且還提高了實驗室智能化管理水平，減少了運維的壓力和成本。新一代的云環(huán)境全數(shù)字語言實驗室，因其特點和優(yōu)勢，將會成為今后數(shù)字語言實驗室建設(shè)發(fā)展的趨勢。