基于VOI模式的教學(xué)機(jī)房多環(huán)境管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

摘要：隨著網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的不斷發(fā)展，教學(xué)模式和教學(xué)環(huán)境越來越多樣化，然而傳統(tǒng)的教學(xué)機(jī)房存在著功能單一、不易維護(hù)和故障頻發(fā)等問題，已不能滿足當(dāng)今教學(xué)發(fā)展的要求。由于虛擬桌面技術(shù)具有集中化管理和個(gè)性化定制等優(yōu)勢，文章提出了一種基于VOI模式的教學(xué)機(jī)房多環(huán)境管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)機(jī)房管理的靈活性和多樣性。

關(guān)鍵詞：VOI模式;虛擬桌面技術(shù);教學(xué)機(jī)房管理

中圖分類號：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 論文編號：1674-2117（2020）13/14-0171-03

● 研究背景

教學(xué)機(jī)房作為重要的教學(xué)場所和實(shí)踐平臺，在教學(xué)活動的開展中發(fā)揮著重要作用。例如，筆者所在的中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，擁有東區(qū)、西區(qū)兩個(gè)教學(xué)實(shí)踐中心，每個(gè)中心分別有5間機(jī)房240余臺計(jì)算機(jī)，常年為本科教學(xué)提供服務(wù)和支撐。然而，隨著教學(xué)改革的不斷深入，學(xué)校教學(xué)機(jī)房在建設(shè)和管理上面臨著如下難題。

①教學(xué)機(jī)房不僅要保障各學(xué)科的線上教學(xué)活動，為師生課后自主上機(jī)提供環(huán)境，還要用做英語四六級口語、托福和GRE等大型考試的考點(diǎn)。因而，它對教學(xué)環(huán)境的安全性和多樣性有較高要求，故需要搭建、管理和維護(hù)多個(gè)操作系統(tǒng)以滿足不同應(yīng)用場景的需求。

②由于操作系統(tǒng)、教學(xué)軟件和考試程序不斷迭代和更新，為了更好地保障各類教學(xué)活動，教學(xué)機(jī)房需要及時(shí)對系統(tǒng)和軟件進(jìn)行升級。但目前它缺乏集中化的管理方式，只能逐個(gè)系統(tǒng)逐臺計(jì)算機(jī)進(jìn)行部署和安裝，整體工作量大，工作效率低，管理難度高。

③托福和GRE考試作為重要的全球性考試，對網(wǎng)絡(luò)安全性的要求非常高，考試中心提供了指定網(wǎng)段的IP地址，要求對考試環(huán)境進(jìn)行專網(wǎng)專線管理，而教學(xué)機(jī)房在日常的教學(xué)活動中只能采用經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中心劃分的校園局域網(wǎng)。因而，教學(xué)機(jī)房現(xiàn)有的管理模式無法滿足多環(huán)境多網(wǎng)段的教學(xué)需求。

因此，教學(xué)機(jī)房需要一種能夠集中管理、靈活多變的管理方案，以提供全方位的教學(xué)服務(wù)。虛擬桌面技術(shù)的出現(xiàn)為教學(xué)機(jī)房的建設(shè)提供了一種新的構(gòu)建思路，基于VOI模式的管理系統(tǒng)成為學(xué)校建設(shè)教學(xué)機(jī)房的首選。[1]

● 相關(guān)技術(shù)

1.VOI模式

虛擬操作系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)（Virtual OS Infrastructure，簡稱VOI）作為虛擬桌面技術(shù)的一種新模式，已成為當(dāng)今桌面虛擬化的主流發(fā)展方向。“集中管理，本地運(yùn)行”是VOI模式的基本特征，它以客戶端虛擬容器技術(shù)為底層基礎(chǔ)，將客戶端完全虛擬化，建立虛擬容器池，再在容器池上部署操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。[2]當(dāng)客戶端發(fā)生啟動、更新等操作時(shí)，服務(wù)端則將所需資源以數(shù)據(jù)流的形式傳送過來，并在客戶端執(zhí)行運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)了基于服務(wù)端的按需交付和客戶端的本地緩存。

VOI不僅具有集中化管理的優(yōu)勢，能將分散的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件等終端資源形成鏡像文件，集中到服務(wù)器中進(jìn)行管理，還能通過將終端資源緩存在客戶端的方式，減小對網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器依賴。[3]將VOI模式運(yùn)用到教學(xué)機(jī)房管理中能實(shí)現(xiàn)集中、統(tǒng)一、靈活的管理，降低運(yùn)維成本，提升工作效率。

2.PIM鏡像文件

鏡像文件是由特定的一系列文件按照一定的格式制作而成的單一文件，可以包含系統(tǒng)文件、引導(dǎo)文件、分區(qū)表信息等多種類型，為用戶下載和使用提供方便?；赩OI模式的教學(xué)機(jī)房多環(huán)境管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案中，采用了PIM鏡像文件作為終端資源格式存儲在服務(wù)端，通過客戶端本地緩存PIM鏡像文件實(shí)現(xiàn)了群集文件的跨平臺讀取和共享。

3.DHCP

動態(tài)主機(jī)配置協(xié)議（Dynamic Host Configuration Protocol，簡稱DHCP）是一種在局域網(wǎng)內(nèi)計(jì)算機(jī)用來獲得配置信息的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)主機(jī)向指定服務(wù)器提出申請，DCHP使其自動獲得IP地址、Gateway地址、DNS服務(wù)器地址等網(wǎng)絡(luò)信息。[4]將DHCP應(yīng)用到教學(xué)機(jī)房管理系統(tǒng)中，不僅能提升網(wǎng)絡(luò)地址的使用率，還能實(shí)現(xiàn)客戶端的集中化管理。

● 設(shè)計(jì)方案

在上述相關(guān)技術(shù)的指導(dǎo)下，筆者提出了一種基于VOI模式的教學(xué)機(jī)房多環(huán)境管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，主要包括系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)和應(yīng)用管理設(shè)計(jì)三個(gè)方面。

1.系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

教學(xué)機(jī)房多環(huán)境管理系統(tǒng)架構(gòu)（如圖1），主要分為客戶端和服務(wù)端兩個(gè)部分?？蛻舳宋恢孟鄬校遗c服務(wù)器位于同一個(gè)局域網(wǎng)下，因而可以采用DHCP的方式自動獲取網(wǎng)絡(luò)配置，進(jìn)而與服務(wù)端進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)傳輸。服務(wù)端由DHCP服務(wù)、TFTP服務(wù)、BOOT服務(wù)和IO服務(wù)四個(gè)部分組成，通過對網(wǎng)絡(luò)信息、啟動文件和PIM鏡像文件的統(tǒng)一部署，實(shí)現(xiàn)了對教學(xué)機(jī)房集中且靈活的管理。

教學(xué)機(jī)房客戶端采用PXE網(wǎng)絡(luò)啟動的方式向服務(wù)器提出申請，服務(wù)端收到請求后利用DHCP向客戶端分配IP地址、Gateway地址、DNS服務(wù)器地址等網(wǎng)絡(luò)信息?？蛻舳丝筛鶕?jù)服務(wù)器地址通過TFTP協(xié)議下載BIN啟動文件，由啟動文件包完成終端基本設(shè)置，從而引導(dǎo)預(yù)先安裝在服務(wù)端中的終端操作系統(tǒng)。隨后，客戶端與IO服務(wù)進(jìn)行通信，服務(wù)端將指定的PIM鏡像文件以數(shù)據(jù)流的形式傳輸?shù)娇蛻舳瞬⒈４嬖诒镜亍?/p>

2.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)

教學(xué)機(jī)房多環(huán)境管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如下頁圖2所示。由于在教學(xué)活動的開展過程中，需要使用校園網(wǎng)和托福專網(wǎng)兩種網(wǎng)絡(luò)類型，所以在服務(wù)端開通了兩臺虛擬機(jī)作為服務(wù)器，并為每臺服務(wù)器分配不同類型的網(wǎng)絡(luò)地址，以實(shí)現(xiàn)物理上分開部署和邏輯上分類管理。接著，從服務(wù)端分出兩路線路引入至教學(xué)實(shí)踐中心，經(jīng)中心的匯聚交換機(jī)將兩路線路分別轉(zhuǎn)發(fā)至每間教學(xué)機(jī)房。各教學(xué)機(jī)房再根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景選取信號源并使得機(jī)房內(nèi)的客戶機(jī)與所需服務(wù)器相連，解決了不同地址的切換問題，實(shí)現(xiàn)了多環(huán)境多網(wǎng)段的教學(xué)需求。

3.應(yīng)用管理設(shè)計(jì)

教學(xué)機(jī)房多環(huán)境管理模式主要包括后臺服務(wù)管理、鏡像文件管理和終端分組管理三個(gè)方面（如圖3）。后臺服務(wù)管理中涉及對兩臺虛擬機(jī)的管理，它們分別劃分了基礎(chǔ)盤、匯出盤和存儲盤三個(gè)磁盤空間，用于群集文件的生成、更新和備份，還為它們分別配置了校園網(wǎng)和托福專網(wǎng)兩種類型的網(wǎng)絡(luò)地址，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)段的分類管理。根據(jù)教學(xué)機(jī)房的實(shí)際運(yùn)行情況，將鏡像文件分為了教學(xué)上機(jī)系統(tǒng)、在線考試系統(tǒng)和托福考試系統(tǒng)三類，管理員可以按需選取系統(tǒng)鏡像運(yùn)行客戶端，以滿足不同教學(xué)活動的需求。在對終端的管理上，采取了分組的方式，以教學(xué)機(jī)房為單位進(jìn)行分組管理。在每間教學(xué)機(jī)房的分組下創(chuàng)建與機(jī)房機(jī)位相對應(yīng)的終端節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對客戶端的集中、統(tǒng)一、靈活的管理。

● 結(jié)束語

虛擬桌面技術(shù)給高校現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步提供了新思路和新方向，將VOI模式應(yīng)用到教學(xué)機(jī)房管理系統(tǒng)的建設(shè)中能優(yōu)化管理模式，減小運(yùn)維難度，提高工作效率，從而使教學(xué)機(jī)房能更好地服務(wù)并支撐教學(xué)活動的開展，促進(jìn)智慧校園的建設(shè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]郝妮.基于VOI的桌面虛擬化語言實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建研究[J].計(jì)算機(jī)產(chǎn)品與流通，2019（09）：189-190.

[2]劉期建，馮靈林，張大敏，等.基于VOI模式的多媒體教學(xué)環(huán)境構(gòu)建研究[J].電腦知識與技術(shù)，2014（12）：8289-8290.

[3]李曉燕，李京忠.高校公共機(jī)房桌面虛擬化應(yīng)用探索[J].電腦知識與技術(shù)，2017，13（33）：241-242.

[4]魯凌云.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)應(yīng)用教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

作者簡介：姚倩（1988—）女，安徽宣城人，助理工程師，碩士研究生，主要從事信息化教學(xué)管理與開發(fā)。