云桌面系統(tǒng)在藝術(shù)設(shè)計類專業(yè)實訓(xùn)室建設(shè)中的應(yīng)用與實踐

王彥敏 姜美寧

（昆明冶金高等?？茖W(xué)校 云南·昆明 650033）

0 引言

隨著教育信息化建設(shè)的發(fā)展，如何管理好、維護好、使用好多媒體教室和實訓(xùn)室，充分發(fā)揮其效能，更好地為師生服務(wù)，是學(xué)校管理部門所關(guān)心的熱點問題。作為信息技術(shù)第三次浪潮的云計算，隨著其技術(shù)的日益成熟，大規(guī)模應(yīng)用的積累及成本的下降，應(yīng)用領(lǐng)域也在近年得到了極大的拓展。云桌面虛擬化建設(shè)模式可有效解決建設(shè)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(shù)據(jù)存儲、同步及安全的需求，同時還可以解決當前疫情常態(tài)化形勢下遠程教學(xué)實訓(xùn)的需求。目前，云桌面在教育行業(yè)內(nèi)普通的計算機應(yīng)用情景相關(guān)的建設(shè)中得到了日益廣泛的應(yīng)用，但在藝術(shù)設(shè)計類專業(yè)的計算機實訓(xùn)室建設(shè)方面應(yīng)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(shù)（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(shè)方案。本文以應(yīng)用云桌面虛擬化技術(shù)來建設(shè)使用3dsMax等大型軟件的計算機輔助設(shè)計實訓(xùn)室為實例，針對項目建設(shè)的目標、方案設(shè)計和實施效果等進行論述，以作為對相關(guān)建設(shè)的借鑒。

1 存在問題與建設(shè)目標

1.1 傳統(tǒng)PC建設(shè)模式問題分析

首先是運維成本高。表現(xiàn)在硬件不統(tǒng)一，管理維護困難。由于投入經(jīng)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(shè)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(tǒng)物理PC機房教學(xué)資源受到固定場所限制，對于想要在家或者寢室自主學(xué)習(xí)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(xùn)教學(xué)。

另外是擴容成本較高。計算機軟件更新較快，特別是藝術(shù)設(shè)計類專業(yè)常用的3ds Max、Maya、Photoshop、Premiere等計算機輔助設(shè)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(shè)目標

本項目的建設(shè)目標是以服務(wù)器虛擬云桌面的模式建設(shè)具有100終端的云桌面平臺，主要應(yīng)用于藝術(shù)設(shè)計學(xué)院創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐及課程實訓(xùn)使用，同時可滿足教學(xué)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(shè)計實訓(xùn)室，20間多媒體教室教學(xué)用終端和專業(yè)工作室內(nèi)30個終端。通過使用服務(wù)器虛擬云桌面模式建設(shè)達到便于實訓(xùn)室管理人員和多媒體教室管理人員輕松管理計算機實訓(xùn)室和多媒體教室；通過使用服務(wù)器虛擬桌面的模式建設(shè)，達到實訓(xùn)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(jù)計算機實訓(xùn)室實訓(xùn)內(nèi)容，靈活配置計算機硬件資源。實現(xiàn)師生遠程使用實訓(xùn)室軟硬件資源，支持計算機輔助設(shè)計專業(yè)實訓(xùn)課程實現(xiàn)遠程教學(xué)，達到資源使用的最優(yōu)化。

2 建設(shè)方案設(shè)計

2.1 方案的軟硬件構(gòu)成

本方案需要由服務(wù)器虛擬化、分布式存儲、桌面虛擬化、安全網(wǎng)關(guān)、廣域網(wǎng)加速設(shè)備SD-WAN、瘦客戶機等構(gòu)成一整套解決方案（見圖1）。

圖1

2.1.1 云桌面承載節(jié)點

云桌面承載節(jié)點由服務(wù)器、服務(wù)器交換機、存儲設(shè)備等硬件和服務(wù)器虛擬化軟件構(gòu)成。服務(wù)器主要配置為：計算核心：Gold系列，單節(jié)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(nèi)存容量368GB及以上；存儲：1.6TBPCI-E、5*4TSATA；顯卡：32GB。服務(wù)器虛擬化軟件使用云之翼服務(wù)器虛擬化軟件 yiServer。軟件支持異構(gòu)資源池，當多臺服務(wù)器使用同一品牌、不同型號的CPU時，能夠建立異構(gòu)的物理資源池；支持將物理服務(wù)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(xiàn)隔離保護，任何一個虛擬機發(fā)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(shù)，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(zhuǎn)變?yōu)橐环N任何用戶、任何設(shè)備、任何地點都可以使用的按需服務(wù)，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(yīng)用。軟件可提供可設(shè)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(jīng)過驗證的架構(gòu)可以大幅簡化虛擬桌面的管理、支持和系統(tǒng)集成工作，優(yōu)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(tǒng)運維，采用云之翼云桌面管理軟件（yiCenter）和云之翼云桌面預(yù)警軟件（yiDirector）對云桌面系統(tǒng)進行管理。yiCenter是針對云桌面系統(tǒng)運維管理所研發(fā)的綜合操作平臺，它從服務(wù)器，桌面，終端三個維度實行統(tǒng)一管理，全方位操作云桌面系統(tǒng)實施，交付，運維，更新等各類任務(wù)。yiDirector是一款針對云桌面所研發(fā)的主動運維產(chǎn)品，可對桌面云基礎(chǔ)架構(gòu)進行全方位偵測，提供故障預(yù)警與分析服務(wù)，使用戶更全面、及時的了解云桌面、云服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)等資源的健康狀態(tài)，有效提升桌面云的穩(wěn)定性。

2.1.4 安全網(wǎng)關(guān)

安全網(wǎng)關(guān)使用云之翼云網(wǎng)關(guān)。這是云桌面解決方案中的一款軟硬件一體產(chǎn)品，可實現(xiàn)外網(wǎng)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(yīng)用訪問云網(wǎng)關(guān)可讓用戶在任何時間、任何地點，通過任意設(shè)備連接網(wǎng)絡(luò)訪問云桌面，提高了工作效率。優(yōu)化服務(wù)器使用云網(wǎng)關(guān)能夠確保云桌面基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)器可用性，避免了單點故障；同時可在多個數(shù)據(jù)中心間以智能方式有效地分配應(yīng)用流量，成為極具彈性的災(zāi)難恢復(fù)解決方案。保障應(yīng)用和數(shù)據(jù)安全作為一種安全的互聯(lián)網(wǎng)訪問云桌面解決方案，云網(wǎng)關(guān)為IT人員提供了細粒度的應(yīng)用層策略和行為控制能力，可保障應(yīng)用和數(shù)據(jù)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(chǎn)品，采用全新X86處理器，高核顯處理能力，內(nèi)存、硬盤可自由選配，獨特無風(fēng)扇設(shè)計，獨立雙顯 HDMI+VGA，支持VDI桌面虛擬化的外設(shè)重定向，兼容市場90%以上外設(shè)，能耗低、穩(wěn)定性更高，基本零維護。主要配置如下：CPU：x86雙核 2.0GHz；內(nèi)存：4GB；存儲：32GB；I/O端口：1× USB 3.0、3 × USB 2.0；1×千兆 RJ-45網(wǎng)口；1×VGA，1×HDMI；1×耳機口；1×麥克風(fēng)口，含壁掛、含終端客戶端軟件。

2.2 系統(tǒng)平臺網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)

整個系統(tǒng)平臺網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)分為：接入層、云桌面應(yīng)用交付層、校園網(wǎng)核心應(yīng)用層。接入層：教室接入交換機上行采用雙鏈路光纖到服務(wù)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(xiàn)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(yīng)用交付層：由服務(wù)器虛擬化組成服務(wù)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(wù)器核心交換機。校園網(wǎng)核心應(yīng)用層：云桌面整體網(wǎng)絡(luò)屬于校園網(wǎng)一部分，需要訪問校園網(wǎng)的某些應(yīng)用資源，同時支持校園網(wǎng)整體網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的統(tǒng)一管理，云桌面連接服務(wù)器核心交換機，通過NAT或者路由方式連接到校園網(wǎng)中，實現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)層面的互通（見圖2）。

圖2：云桌面網(wǎng)絡(luò)拓撲設(shè)計

3 方案的實施效果

3.1 管理較為便捷

云桌面應(yīng)用后所有計算和存儲設(shè)備集中在數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器中，管理人員僅需對服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)進行管理，終端免維護，應(yīng)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(wǎng)絡(luò)互通的任意地點，用任意的智能設(shè)備執(zhí)行此操作，更新時長10分鐘以內(nèi)，相較于物理PC機房而言更新時間短并且靈活。CPU、內(nèi)存、硬盤等可根據(jù)業(yè)務(wù)需求進行動態(tài)調(diào)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(tǒng)環(huán)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(nèi)即可完成，管理極為便捷。

3.2 最大程度實現(xiàn)資源共享

2020年新冠疫情防控期間，因為教學(xué)軟件安裝復(fù)雜，對電腦配置要求高，學(xué)生自己安裝較為困難，從而導(dǎo)致計算機輔助設(shè)計類課程遠程教學(xué)難以實施。而通過云桌面系統(tǒng)的應(yīng)用，較好地解決了這一問題，實現(xiàn)教學(xué)軟硬件資源的遠程共享。ICA協(xié)議的優(yōu)勢支持更低的桌面運行帶寬，保證用戶在低網(wǎng)速帶寬下的良好用戶體驗，可以實現(xiàn)WIFI接入訪問，學(xué)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(xué)資源，最大限度地將資源靈活使用，打破傳統(tǒng)物理機房受固定場所的限制，實現(xiàn)了較高的資源利用率，使教學(xué)的方式更加靈活。

3.3 節(jié)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(tǒng)PC有著更高的投資回報率。根據(jù)相關(guān)研究測算，使用云桌面虛擬化建設(shè)模式后，資源利用率提升10倍，24小時功耗節(jié)省71%業(yè)務(wù)服務(wù)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(xiàn)客戶端零管理，病毒、誤操作都不會對系統(tǒng)產(chǎn)生太大影響，瘦客戶機耗電量只有20瓦左右，尤其是在學(xué)校大規(guī)模終端設(shè)備的場景下，省電效果尤為明顯，減少應(yīng)用程序和桌面的部署管理工作量，延長終端設(shè)備的使用壽命。提升系統(tǒng)安全，提高工作效率。

4 結(jié)語

雖然云桌面在3D和圖形圖像處理相關(guān)計算機輔助設(shè)計實訓(xùn)室建設(shè)中的應(yīng)用還處于不斷探索中，在實際使用時，軟件授權(quán)等部分技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)傳輸速度在一定程度上影響著使用效果，但隨著5G網(wǎng)絡(luò)的普及和技術(shù)的優(yōu)化改進，云桌面在計算機輔助設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用將會不斷擴大。通過云計算、云儲存、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和移動互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)和綜合運用，必定會將高校的教學(xué)、管理和服務(wù)等工作的信息化水平大幅度提升，最終促進高校教育教學(xué)和人才培養(yǎng)模式的變革，更好地服務(wù)于終生學(xué)習(xí)，實現(xiàn)人的全面發(fā)展。