基本VDI技术的开放式教学平台搭建研究

李蕾

摘 要：目前，教育信息化已进入应用转型的时期，正逐步由搭建校园网等基础设施平台向深化应用，以应用带动现代教育的发展方面转变。以虚拟架构桌面VDI技术为基础，搭建基于多媒体教室和实训室教学模式的操作性较强的教学环境，实现IT对终端桌面的集中控管，提供灵活便利的授课教学环境，保障教学的连续性，提高教学的先进性，降低计算机中心的运维复杂程度，提高计算机中心的部署效率，充分合理的利用IT资源，节能降耗，降低成本，提高工作效率，为教师提供一个安全、可控、便捷的工作环境；为学生提供更高的用户端接入能力。

关键词：VDI技术；虚拟桌面架构；教学环境塔建；桌面部署

中图分类号：F49 文献标识码：A 文章编号：1672-3198（2014）15-0170-03

虚拟化是为某些事物创建的非真实（虚拟）版本，比如计算机系统、硬件平台、网络资源和存储设备等。其目的是为了改变或摆脱现实情况下物理资源的不足和所具有的各种限制，即“虚拟化是资源的逻辑表示，它不受物理限制的约束”随着云计算和虚拟化的高速发展，更多的CIO把关注的焦点集中在企业虚拟桌面基础架构上，而虚拟桌面架构与传统的PC客户端服务器架构不同，VDI将操作系统及所需的应用程序统一存放在数据中心的服务器和存储设备中，后台建立虚拟机池，提供给不同用户和不同终端。

本文主要是研究通过VDI技术对教师使用与系统管理工作进行有效的整合，教师可自主选择在自己的电脑上运行多个操作系统，并能够在任何地方使用能上网的终端设备，访问学校的桌面系统，完成教学资源上传或给学生上课。VDI技术支持终端设备多元性，使得教学资源环境建设与整合变得更加轻松，真正做到有网络即校园。可以为学校提供一个高度集成VDI技术解决方案，从而创建开放的多媒体网络管理架构，提供更简单可靠的PC桌面运行控制和更高效个性化的教学环境，使教师有更多的时间投入到提高教学质量及水平上，实现任何可以想到的教学模式。保障了教学的连续性，提高了教学的先进性，同时也提供了灵活便利的授课教学环境，在保障教学质量的前提下，降低了计算机中心的运维的复杂程序，提高计算机中心的部署效率，并充分合理的利用IT资源，节能降耗，降低信息化成本。

1 传统教学环境搭建现状分析

目前，各个高校的多媒体教室，实验或实训机房，随着IT技术的不断发展，软硬件环境不断发更新，存在以下几个方面的问题。

1.1 教学资源管理不方便

教师每次上课前都需要将所需要讲授的内容拷贝至自己的邮箱或是其他存储设备，在上课的时候便于使用，也因为有的课程是一个循序渐进的课程，可能上一次的实验（实训）结果是第下一次实验（实训）结果的开始，随着实验（实训）的进度的延伸，该实验（实训）成果的容量会越来越大，加之有些机房为了保证数据的安全性，都对机房或是多媒体教室的机子设置的还原系统，所以导致授课的教师必须要将当天实验（实训）的结果拷贝到自己的存储设备，这势必增加了很多的不便。

1.2 机房资源管理不方便

机房安装的软件，都是学期末或是开学初针对每个教师教学的不同需求，而进行的安装。因为机房机子数量多，安装环境各不相同，所有机子的运行情况和硬件情况各不相同，所以机房管理人员需要花费大量的时间去运维和管理，并统一刻机。授课中，又因为个别教师的特殊需求，需要重新对自己所需的机房授课环境要求机房管理人员进行重新部署，在教学情况正常的情况下，机房管理人员只能在该机房没有课的情况下进行安装，有时还会导致机房管理人员加班加点；有时也会因为机房硬件（电源，键盘、鼠标）等出现故障或是因为某一台电脑出现系统问题，也会给授课带来一定的影响。

1.3 授课条件受限制

在高校里面，授课的形式根据课程的性质和内容而分为：普通课程授课模式、专业课程授课模式、视频课程授课模式、多媒体教室授课模式和实验（实训）室授课模式。根据不同的授课模式，计算机的硬件配置是不一样的。如果采用授课形式一一对应的模式使用机房，机房利用率的下降；如果不专机专用，也会给机房的管理带来不便，也会导致硬件资源的浪费。

根据上述传统教学环境中存在的问题的分析，势必为VDI技术在高校教学环境搭建的应用中提供了一定的空间。

2 利用新技术搭建实训和多媒体教学环境的思路

本文主要以虚拟架构桌面VDI技术为基础，研究出一套操作性较强的多媒体和实训教学环境搭建技术应用研究方案，实现工作数据随着云桌面集中管理，不会丢失；云桌面比传统桌面更加健壮，桌面、应用的故障可以大大减少；配合终端使用时，工作环境更加整洁舒适，噪音小，同时启动速度更快；在移动办公远程VPN访问时，更加高效，可以提升访问的速度；可以在任何时间、任何地点，使用任何设备安全、高效地访问个人桌面，获得最大的灵活性；享受更强大的桌面性能，在云桌面改造后，用户分享强大的服务器运算能力。

2.1 普通或视频教学环境桌面交付云平台架构

采用云桌面混合云计算来实现桌面云平台的交付，满足普通授课和视频授课的需求，典型的桌面交云平台架构如图1所示。

针对实训教学环境需求，可以利用Streamed（流计算机）模式，其系统架构如简图3所示。

图3 满足实训环境系统桌面交付云平台系统架构采用桌面架构服务器进行管理，实现统一发布的云桌面和应用，统一存储数据，集中化管理，快速、安全、可靠的桌面交付。本技术实现包括6个步骤：部署虚拟化底层、部署桌面架构服务器、搭建桌面承载服务器池、安装调试部署桌面操作系统、根据不同的服务器厂商安装代理程序、作为模板批量生成。利用该技术搭建的教学平台具有以下几个创新点：

创新点一：采用典型的桌面云平台架构VDI技术来实现桌面云平台的交付，满足公共课和基础课的PPT授课教学模式和播放本地视频或点播在线视频授课的模式。

创新点二：采用RGS技术连接至工作站实现专业针对性强，显卡硬件要求高的教学模式。

创新点三：采用虚拟桌面架构VDI技术，利用Streamed（流计算机）对实践环境中计算机运维、教学的连续性、延续性及硬件安全等方面进行整合，实现便捷的管理和更丰富的教学方式。

创新点四：配置低的PC机通过虚拟桌面利用服务器的高性能，满足教学的应用需求。

3 教学环境的搭建操作措施及做法

根据教学环境的需求采用云桌面VDI技术来实现桌面云平台的交付，满足普通授课、专业授课和视频授课的需求。以我院教学环境的实际情况为例，云终端虚拟桌面架构共需要12台BL460G6刀片服务器，1台X3800sb刀片式NAS Gateway以及10台xw460G6刀片工作站，系统存储架构采用IP-SAN和NAS相结合的共享架构体系提供数据的集中存储和统一管理。

3.1 虚拟桌面架构说明

内网环境下，一个完整的Citrix Xen Desktop虚拟桌面架构主要包括：

（1）Virtual Desktop Delivery Controlle（DDC，虚拟桌面交付控制器）：虚拟桌面交付控制器负责新虚拟桌面的注册以及将虚拟桌面的请求指向可用的系统。用户通过整合的Web Interface组件间接与控制器进行交互。通过Web网站，或者通过本地安装的接收器，将虚拟桌面交付给用户。

（2）Virtualization Infrastructure（VI，虚拟化基础架构）：虚拟化基础架构允许单个物理服务器分成多个共享资源的虚拟服务器。本次项目的虚拟化基础架构是基于XenServer构建的，它是Citrix XenDesktop整体解决方案的一部分。虚拟化基础架构也可以利用Microsoft Hyper-V或VMware ESX来构建。

（3） Virtual Desktop Provisioning（PVS，虚拟桌面置备）：XenDesktop解决方案的置备服务器在虚拟化基础架构上为虚拟桌面实例提供了操作系统镜像。一个基本的操作系统镜像被创建，其包括了企业策略规定的所有操作系统级的配置。然而，基本镜像并不包括应用程序。当每个虚拟桌面启动时，操作系统会经由网络通过流技术交付给虚拟桌面。由于只要求对基本镜像进行升级，并且所有虚拟桌面将会在下一次重启时使用最新的镜像，所以当要求升级时，该解决方案体现出强大的优势。因为剔除了应用，单个企业中的每种操作系统版本只需要维护一个实例即可。

（4）Application Delivery Controller（XEN App，应用交付控制器）：应用交付控制器负责识别分配给用户的应用，并将其交付给虚拟桌面。应用交付是基于用户需求实现用户桌面个性化的第一部分。通过将应用与基本桌面镜像分离，所需的桌面镜像数量大大减少，这就简化了维护过程。

（5）Personalization（File Server，个性化）：Citrix XenDesktop方案的个性化配置允许用户可以按照需要定制自己的桌面工作环境。通过用户个性化配置，用户的设置就会被集中保存以及随着用户传输而不用考虑用户访问的桌面。用户的个性化配置要比漫游配置文件要多，因为Citrix User Profile Manager剥离了所有不想要得设置以及保留了那些对用户有用的东西。同时，用户个性化设置的交付也是经过优化处理的，所以用户也不必需要等待虚拟桌面完全被加载。

（6）其他相关服务器还包括AD Server（用户认证），DHCP Server（虚拟机IP分发），License Server（虚拟桌面许可管理），以及XEN Center Server（虚拟机管理）。

3.2 虚拟桌面配置说明

（1）DDC是负责虚拟桌面的注册以及将虚拟桌面请求指向可用的系统的接入模块，是系统极为重要的组成部分。考虑到接入系统的稳定性和可靠性，建议采用主/备Cluster架构实现，由1台虚拟服务器担当系统的主DDC，综合考虑冗余度及方案成本，再采用1台虚拟机担当系统的备用DDC，当主节点出现故障时系统连接管理可有备用DDC接管继续提供服务（虚拟机来源于VI架构中的不同的虚拟主机中）。

（2）Virtualization Infrastructure（VI，虚拟化基础架构）建议采用8台物理机BL 460G6服务器安装XEN Server接入至LeftHand P4000G2 IP-SAN存储系统构建。每台BL460G6服务器规划40个虚拟桌面（共规划300个虚拟桌面），同时XEN Server Host BL460G6启用Citrix XEN Server HA技术进一步保障HOST系统得可靠性。考虑到每台BL460G6服务器需要虚拟出较多的虚拟桌面系统，对主机网络吞吐要求相对较高，因此建议服务器采用多块以太网卡绑定以实现更高的网络吞吐带宽。BL460G6服务器主板集成两个Flex-10 10Gb万兆网卡，同时配合HP刀片机箱的万兆虚拟连接模块（VC-Flex10），可以将BL460G6的两块10Gb网卡切分成8块带宽可调（以100Mb为单位）的物理以太网卡，通过该技术可以给运行之上的众多虚拟桌面提供充足的网络带宽保障。

（3）Virtual Desktop Provisioning（PVS，虚拟桌面置备）服务器存储所有虚拟桌面统一的操作系统镜像，其稳定与否直接决定了所有虚拟桌面的可用性，同时考虑到其担负着操作系统的流分发，对系统网络带宽和磁盘IO都有一定要求，建议采用2台物理机BL460G6连接至LeftHand P4000G2 IP-SAN存储系统构建双机热备Cluster架构。

（4）Application Delivery Controller（XEN App，应用交付控制器）服务器承载着用户所用应用程序软件的发布和最终计算，因此对服务器的处理器能力有较高要求，同时考虑到XEN App服务器的负载均衡和高可用，建议采用2台物理机BL460G6构建XEN App服务器集群，未来还可随业务压力变化动态增长。

（5）Personalization（File Server，个性化）服务器提供用户个性化配置信息和文件存储，建议利用IP-SAN存储系统所连接的NAS Gateway X3800sb刀片NAS来提供文件存储服务。

（6）其他相关服务器如AD和DHCP可以使用用户既有环境中的AD和DHCP（或采用虚拟机方式实现），License Server可以直接安装在AD Server上，XEN Center Server可以直接构建在XEN Server虚拟机上。

3.3 刀片工作站说明

考虑到一定数量的用户需要性能较高的桌面系统进行2D/3D图像渲染处理，普通的虚拟桌面难以满足高显示需求，因此系统规划采用10台HP高性能刀片工作站构建刀片工作站集群池（部署在数据中心C7000刀片机箱中）配合HP RGS远程图形软件以及瘦客户机来实现。采用全新的刀片工作站访问使用模式，一方面可以加速数据加载到工作站本地硬盘的时间，提高工作效率；另一方面还可以提高数据的安全性和可靠性，所有关键数据的存储和流动都在数据中心，前端只是做显示和鼠标键盘点击操作提交。同时通过RGS软件还可以实现刀片工作站多个用户不同地点共享图像的协同办公应用场景，从而大大提高团队协作能力。

3.4 存储系统说明

存储系统建议使用14.4TB裸容量的HP LeftHand P4000 IP-SAN存储系统。HP LeftHand P4000 SAN系统将这两套硬件合并到了一个存储系统中。该存储系统包括x86处理器、存储控制器、磁盘驱动器、网络端口、RAM和高速缓存等，基本上将存储系统需要的所有组件都集中于一个“构建模块”中。此外，我们还提供了HP SAN/iQ软件。该软件可将多个系统集成到一个存储池中。当您需要增加性能或容量时，可以连接另一个存储系统，且无需中断应用。

3.5 虚拟桌面用户类型说明

虚拟桌面用户类型规划为四类：

第一类规划为权限级别较高的为首长和主官（30个），采用独立的个性化虚拟机方式实现，即，用户可以根据自己喜好，安装改变桌面系统环境，包括在虚拟桌面上安装不同的应用软件平台，或者选择通过XEN APP发布过来的应用软件。

第二类规划为权限级别中等的科员（100个），通过统一的PVS提供相同的桌面镜像，并可通过Citrix XEN Desktop的Dazel功能自助式选择相应的应用软件，然后通过XEN APP最终发布到虚拟桌面使用。

第三类为权限最低的一般用户（170个左右），该类用户只是处理日常的Office应用及简单的上网浏览等，通过PVS获得统一的桌面镜像文件，并通过XEN APP由管理员发布可以授权使用应用程序。

第四类用户为对3D图像处理有一定要求的用户，可以通过Thin Client端的RGS客户端访问刀片工作站资源池，获得所需的工作站桌面。

同时，整个系统平台还规划2-3个系统管理员，实现对所有虚拟桌面业务资源监控和管理。

4 结束语

VDI即虚拟桌面架构，它不是给每个用户都配置一台运行操作系统的桌机PC，而是通过在数据中心的服务器运行操作系统，将用户的桌面虚拟化的技术。用户通过来自客户端设备（瘦客户机或是家用PC）的瘦客户计算协议与虚拟桌面进行连接，用户访问他们的桌面就像是访问传统的本地安装桌面一样。本文论述了应用VDI技术搭建高校教学环境的思路、措施及方法，提出了几个方面的研究内容：

（1）利用虚拟架构桌面VDI技术保障教学的连续性，提高教学先进性；

（2）利用虚拟架构桌面VDI技术集中部署和管理客户端，按需交付用户，简化应用环境配置及部署要求；

（3）利用虚拟架构桌面VDI技术提供灵活便利的授课教学环境；

（4）利用虚拟架构桌面VDI技术在保障教学质量的前提下，降低计算机中心的运维的复杂程序，提高计算机中心的部署效率；

（5）利用虚拟架构桌面VDI技术充分合理的利用IT资源，节能降耗，降低成本。

分析结果表明，该技术能很好的应用在高校普通授课、专业授课和视频授课的教学模式中，并能满足不同教学条件的教学需求。

对于VDI技术的更深层次的应用，还有许多问题值得研究，就目前而言它将会为最终的用户带来很多的益处和更多的效益，该研究可作为校方多媒体教室、实训室建设和电子阅览室建设的参考，也可作为中小微企业实施移动办公的参考。

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