论桌面虚拟化技术植入多媒体教室管理的效能

于 锋，张海波

(浙江水利水电学院计算机与信息工程系，浙江杭州 310018)

多媒体教室是现代化教学的一个重要手段，随着办学条件的不断改善，各学校普遍建设了大量的多媒体教室，对提升教学效果起到了积极作用.但随着多媒体教室数量的不断增多，随之产生的设备投入经费、管理与维护等问题也越来越多.

1 传统多媒体教室建设和管理模式存在的弊端

传统的多媒体教室建设方案大都采用PC机作为用户终端，用户桌面直接运行在多媒体教室的本地PC机上.众多的软硬件对多媒体教室维护人员来说，工作量大而繁琐，必须有专人在多媒体教室巡回，发生故障必须到现场维护，多媒体教室的不断增加和维护人员的相对紧缺，是各校普遍存在的一个问题.

传统的多媒体教室管理方式，为了防止对计算机有意或无意的删除、破坏系统工作环境，以及防范不断出现的各种计算机病毒和恶意软件，一般都安装有“硬盘还原卡”，保护PC机的系统安全.但与此同时，硬盘还原卡也给教师的教学带来了各种不便.由于使用多媒体教室的不同专业、不同课程教学内容不同，对PC机的配置环境要求也不同，需要安装各种不同的教学软件，甚至需要运行不同的操作系统，以满足差异化的教学环境.教师在安装应用软件之前，必须在管理人员的配合下先解开还原卡的保护，才能进行软件的安装.经常解开还原卡的保护，无形中加大了系统中毒的风险，难以管理甚至失控.另外，同一台物理机安装多种应用软件也使系统变得臃肿，启动和运行变慢，各种软件之间还有可能产生冲突.由此可见，传统的多媒体教室建设和管理模式在时效性和灵活性上很难满足个性化的教学需求，难以适应教学的连续性和延续性.为确保安全不得不牺牲很多方便性，使得使用和管理复杂化.

在教学过程中，一旦出现硬软件故障，需要花费大量的时间更换硬件，甚至重新安装操作系统及相应的驱动程序、应用软件等，恢复周期长，严重影响教学，很难应对突发故障.

随着计算机操作系统和应用软件的升级，相应的硬件也需要不断升级，形成几年一轮的采购、淘汰、再采购、再淘汰的循环，这种建设模式是一种严重的资源浪费，费用可观.

以上存在的这些问题从本质上讲，归咎于是一种分散部署PC的落后模式，在本地采用“烟囱式”结构垂直构建用户工作环境，用户桌面与硬件“紧耦合”，这种传统的硬件设备+操作系统+驱动程序+应用软件+用户数据的“千层饼”方式，必然造成投资成本高，管理难度大的状况，降低了管理人员的维护和管理效率.

2 桌面虚拟化技术是今后多媒体教室建设与管理的全新模式

任何旧技术的模式都会随着新技术的出现而改变，这一规律同样适用于多媒体教室的建设和维护模式.

“桌面虚拟化”技术是当今如日中天的“云计算”技术一种成熟的、可以落地使用和真正部署的解决方案，也就是所谓的“桌面云”，是云计算技术的一个组成部分［1］.当前信息技术由于网络技术的成熟和云计算技术的出现，已进入“后PC”时代，“胖客户端”PC模式即将成为历史，后台功能强大的“云”正在悄然地改变着前台的“端”，使得终端“瘦身”.根据桌面虚拟化技术特点，将其运用于今后多媒体教室建设、改造、管理与运维中，可彻底改变分散部署PC作为终端的各种弊端，是一条新的思路并带来一种全新的模式.

桌面虚拟化的基本原理是，借助于虚拟化技术，将原来运行在用户终端上的桌面和应用程序从前端后移到数据中心(即未来校园网私有云的“云端”)的服务器上，把用户的桌面环境包括硬件配置、操作系统、应用程序和其他必要组件都封装到一个虚拟机镜像中，然后在数据中心的服务器上运行这些虚拟系统，形成用户的“虚拟桌面”.用户的桌面环境与计算机的物理硬件相分离，摆脱了用户桌面对硬件的“紧耦合”，实现了与硬件的“解耦合”.用户在客户端设备(可以是瘦客户终端甚至PDA)通过瘦客户计算协议与后台数据中心的虚拟桌面进行连接，通过校园高速以太网远程访问他们各自的桌面，得到与访问传统的本地安装的桌面一样的效果.

由于桌面虚拟化技术实现了用户的访问环境和运行环境剥离，使得终端配置要求极低.瘦客户终端自身无操作系统，无硬盘，本地不存储数据，仅内置了浏览器(如IE)，近乎“零安装”.用户只需利用终端的浏览器，即可登录、使用和管理自己的虚拟桌面.瘦客户终端只负责输入输出与界面显示，不参与任何计算与存储数据.后台服务器负责身份认证、权限控制和数据计算，用户通过认证后，后台服务器根据用户权限，将相应的虚拟化桌面交付给前台用户，用户无需改变任何原有的操作习惯即可使用.客户端与数据中心服务器之间只通过网络传输键盘、鼠标、屏幕图像等信息，数据量不大，仅几十Kbs，带宽需求不高.对于网络环境而言，多媒体教室一般都集中在校园网内部，网络不需要什么改造即可满足.目前瘦客户终端产品已相当成熟，价格仅为PC的几分之一.

3 虚拟化多媒体教室的基本架构

桌面虚拟化架构借助于虚拟化技术将用户桌面的镜像文件存放在作为后台的数据中心，这个桌面镜像是一个带有应用程序的操作系统，在数据中心的服务器系统上承载运行，并响应用户的远程访问，通过网络推送桌面到终端显示器.虚拟化多媒体教室的基本架构见图1.

图1 虚拟化多媒体教室基本架构

作为一种过渡的方案，现有多媒体教室的PC机可继续使用.对于有网络接口的教室，仅需添置价格低廉的瘦客户终端，就可获得访问虚拟桌面的能力，扩充成为多媒体教室，使得以极小的成本代价普及多媒体教室成为可能，将彻底改善多媒体教室匮缺的窘况.这样可实现无中断的按需扩容，不必担心新旧系统的兼容性、维护和升级等一系列问题，而且部署速度要远远快于物理PC的安装和分发.

目前比较成熟和流行的桌面虚拟化技术有Citrix公司的 XenDesktop、VMware公司的 VIEW、微软的hyper－V，他们是桌面虚拟化领域的领跑者，各自都有着较高水平的实践经验和众多的成功案例.顺应虚拟化技术发展的大趋势，各大知名IT厂商已纷纷加入到桌面虚拟化的大军中来，国内也有众多的具有自主知识产权的桌面虚拟化厂商出现，推出了自己的产品.另外还有一些开源社区正在开发具有高度竞争性的虚拟化技术，必将推动虚拟化技术的普及.

桌面虚拟化的具体实现方式主要有共享服务器桌面、单一镜像管理一对多虚拟桌面和一对一绑定虚拟桌面几种，可根据用户个性化需求的强弱采用不同的方案.

4 多媒体教室利用桌面虚拟化技术带来的优势

虚拟化技术是一种调配IT资源的手段，它在数据中心将CPU、RAM、存储等各种资源池化共享，实现了IT资源的逻辑抽象和统一表示，将所有资源看作一个单一公共的平台，使得资源得以充分利用.具全球最具权威的IT研究与顾问咨询公司Gartner统计，目前全球多数数据中心的资源利用率仅在15%～20%之间，而通过整合和虚拟化技术可以将利用率提高到50% ～60%以上［2］.桌面虚拟化对前端的硬件没有过高的要求，只需适当增加服务器或提高服务器配置.有资料表明，桌面虚拟化的500个客户端，数据中心有三四台高配的刀片服务器即可支持，高性能服务器或资源池可承载数百上千个桌面.由于充分地利用了IT资源，极大地节省了数据中心基础设施投资成本，同时降低了能源消耗，每年节省的电费相当可观.另外，也节省了机房场地以及运维人员.

桌面虚拟化带来了整体成本上的节省.IT成本主要包括两大方面，初期购买成本只占其中一小部分，其余大部分是管理、维护、能源消耗等方面的成本.有统计表明，传统方式购买桌面硬件和软件的费用通常只占总成本的20% ～30%，但其余70%～80%的投入则主要是运维成本［2］，PC硬件成本相对较低的优势无法抵消其管理和维护的高昂成本.

桌面虚拟化采用集中管理的思想，将物理计算机桌面环境迁移到数据中心的服务器，使用可视化运维管理软件在数据中心统一操作，后台部署、批量更新和升级，故障无须到现场维护.管理员利用虚拟化技术的链接克隆和镜像快照技术，能够根据已创建的桌面镜像，自动创建和一次更新数百甚至上千个虚拟桌面，可在几分钟内快速配置一个虚拟机桌面，免除了传统PC的硬件设备维护和逐个进行操作系统升级、应用软件更新、安全防护软件安装部署及打补丁，也解决了应用兼容性问题.这种集中管理的快捷性，是采用传统物理桌面无法比拟的，大大简化了系统部署和维护的工作量，减轻了管理负担和维护成本，大幅提升了管理效率和服务质量.

采用瘦客户终端还有其他一系列的优点，如:采购成本远低于传统PC，大量节省了硬件投入成本;由于桌面虚拟化与终端平台的无关性，终端的性能无需随着操作系统与应用的升级而升级，很少有更新的必要，延长了终端设备的使用寿命，现有资源的利用最大化.而且随着多媒体教室数量越多，带来的成本节约空间越大;无移动部件，不怕振动，因而不易损坏，终端免维护，可适应各种恶劣环境;无病毒木马入侵之忧.由于桌面集中在后台运行管理，能够达到数据中心级别的安全保护和安全等级，安全性极大提高.相对PC机提高了灾难备份的及时性和可靠性，实现相对简单;采用低功耗设计，减少了高耗能部件，一般仅为二十几W(而PC功耗则为250 W以上)，只有传统PC的1/10，节省了日常运行时用电成本，众多终端的总和极为可观，符合当前倡导的节能减排、低碳环保、绿色IT的要求;由于极低的功耗，无需散热风扇，无噪音，工作环境安静;体积小巧，节省空间，多媒体讲台体积随之减小;可选多种外设接口，方便U盘、移动硬盘、投影仪等设备接入和远程控制等等.

由于真正的桌面和应用运行在后台数据中心的服务器上，因此前端应用可以分享最新最强大的服务器硬件.通常数据中心的服务器性能、稳定性、安全性都远高于普通的PC机，尤其采用虚拟化架构后，原先投入到多媒体教室PC机购置和运维的费用往后台转移，众多客户端节省的费用可以投入到数据中心高端服务器的性能提升上.因此，这种方式通常可以使桌面的性能得到提升，给用户带来更高安全性和更好性能的应用感受.

虚拟桌面可以运行Windows、Linux或 Unix等不同的操作系统，可为教师提供多种操作系统平台，满足不同系统环境的教学.在虚拟化环境中，授课教师可随时对自己的桌面环境保留“快照”，便于一些课程的回顾、复习和桌面初始环境的恢复，方便教学，适应了教学多样化、个性化、差异化和便利性等各方面需求.桌面虚拟化技术支持用户漫游，不受教室物理地理位置的限制，可定义各种权限级别的用户:管理人员、任课教师、临时使用多媒体教室的其他人员，不同用户可在任一个多媒体教室的瘦客户终端上登录，根据各自的账号、密码得到自己的桌面环境，实现了用户的桌面跟着用户走，人与工作环境共同移动，是一种用户为中心、以人为本的模式，彻底改变了以设备为中心、人来适配终端设备的局面.为流动授课的教师分配自己的虚拟机，进行备课与授课工作，既方便了教学，也方便了学校教务部门的排课，实现了用户自由度和管理可控性之间的有机平衡.可见，桌面虚拟化技术带来的好处不仅是节省成本，更为重要的是提高了教学的灵活性和效率，满足了教学的各种需求，毕竟需求是各种技术的第一要素.

从将来长远的发展角度看，在多媒体教室实现了无线网络全覆盖的环境下，用户通过智能手机、平板电脑、PDA即可访问自己的桌面，顺应了下一步IT技术发展的趋势——BYOD(Bring Your Own Device，带着自己的设备去工作)，个人终端和工作终端融合，将带来更多的灵活性.

因此我们现在看待桌面虚拟化实施初期的投入，不应只局限于眼前，应放眼未来，作为“长线投资”来考虑，其成本优势随时间推移会逐渐显现［2－3］.而且后台数据中心的投入也是整个校园网云计算的共同基础设施，有助于降低后期费用.另外由于节省了整个生命周期的运维成本，其投资回报率高且长久.

5 结语

综上分析，将桌面虚拟化技术用于建设与管理多媒体教室，是一种理想的模式.其优势是可以极大地降低传统多媒体教室的投资，提高数据中心的资源利用率，极大地简化多媒体教室的复杂性和运维成本，集中管理、部署灵活、易扩展、高可靠性、高安全性、满足个性化教学、提升服务质量，会对多媒体教室建设和管理模式带来一场革命.

最后需要指出的是:桌面虚拟化技术终将取代传统电脑大部分领域的应用，在校园网其他应用也会有美好的前景.在多媒体教室建设和管理中率先应用桌面虚拟化技术，对在整个校园网应用虚拟化和云计算技术是一个最好的切入点，带给师生虚拟化技术的最初体验和感受，有利于虚拟化和云计算技术在校园中的推广，为今后迁移至云环境做好充分准备，符合IT技术发展的潮流.

［1］ 中华人民共和国工业和信息化部电信研究院.CATR移动终端白皮书(2012)和云计算白皮书(2012)发布［EB/OL］.2012－04－13［2012 －12 －10］.http://www.catr.cn/xwdt/tpxw/201212/t20121206_899301.htm.

［2］ 雷万云.企业信息化建设策略与实践［M］.北京:清华大学出版社，2010.

［3］ 雷万云.云计算——技术、平台及应用案例［M］.北京:清华大学出版社，2011.