基于VDI-RDI的多场景实验教学环境的实验室改造方案

黄兴禄　芶小珊　孟源　张莉　王文杰

摘  要：目前，随着计算机实验室使用需求的增加，规模数量的不断扩大，实验室人员的日常管理工作面临着巨大压力。因此，计算机实验人员如何运用新技术和新理论来解决实验室运用效率低下的问题就显得非常重要。通过对现有的实验教学环境进行分析，提出基于VDI-RDI的多场景实验教学环境的实验室改造方案，计算机实验人员如何通过云桌面实現设备的集中化管理，提高实验室设备最优化的使用率，应对设备运维困难、硬件配置灵活度低是当前亟待解决的问题。

关键词：VDI云桌面;RDI多场景;实验教学环境

中图分类号：TP391.9      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）05-0075-04

Laboratory Reconstruction Scheme of Multi Scene Experimental Teaching Environment Based on VDI-RDI

HUANG Xinglu，GOU Xiaoshan，MENG Yuan，ZHANG Li，WANG Wenjie

（College of Information Science and Engineering，Chengdu University，Chengdu  610106，China）

Abstract：At present，with the increasing demand for the use of computer laboratories and the continuous expansion of the scale and quantity，the daily management of laboratory personnel is facing great pressure. Therefore，it is very important for computer laboratory staff to use new technology and new theory to solve the problem of low efficiency in laboratory application. Based on the analysis of the existing experimental teaching environment，this paper puts forward the laboratory transformation scheme of multi-scenes experimental teaching environment based on VDI-RDI. How to realize the centralized management of the equipment through the cloud desktop，improve the optimal utilization rate of the laboratory equipment， and deal with the difficulties of equipment operation and maintenance，low flexibility of hardware configuration are the current problems to be solved.

Keywords：VDI cloud desktop;RDI multi-scenes;laboratory teaching environment

0  引  言

随着虚拟化技术的快速发展，桌面云在高校计算机实验室得到了广泛的应用，该项技术具有部署简单、维护方便、扩展性强等特点。在云桌面发展过程中出现了虚拟桌面架构（Virtual Desktop Infrastructure，VDI）、虚拟操作系统基础架构（Virtual OS Infrastructure，VOI）以及智能桌面虚拟化（Intelligent Desktop Virtualization，IDV）。

VDI云桌面技术采用集中管理、云端计算、云端存储、终端显示，将所有桌面虚拟机在数据中心云端进行托管，后台构建虚拟机池，用户使用瘦客户端或PC型瘦客户端，通过VDI客户端程序即可访问云桌面，且可以提供给师生个性化的系统桌面[1];IDV云桌面技术采用集中存储、分布运算的架构，服务器端存放系统镜像，客户端通过本地虚拟机运行虚拟桌面，不需要大量的图像传输，系统支持离线运行，但是该技术对客户机的要求比较高：客户机的硬件必须一致以及支持虚拟终端[2];VOI系统架构无任何硬件虚拟化层，在IDV架构基础上进行改进，实现了集中存储、分布运算，该模式支持系统离线运行、支持桌面系统集中安全管理，VOI基于纯软件虚拟化技术，对客户端配置要求不高。这些技术的出现在高校实验室得到了快速实践应用，并且有效地解决了传统计算机实验室遇到的问题，为高校实验室管理和维护带来了一种全新的技术架构和管理模式。

1  计算机实验室使用现状

成都大学信息科学与工程学院计算机实验室总共有14间，主要分布在教学3楼、4楼和5楼，前期已经完成了实验室网络改造工作（光纤到机房，千兆到桌面）以及对每个实验室安装了门禁系统。实验室现有的设备数量较多、型号性能不同，所有设备都采用了保护卡进行日常管理维护，其优点是计算机重启后系统将自动还原，可有效控制计算机使用者以及病毒对系统的破坏;可以批量管理维护系统;支持多系统。

这种管理方式在某种程度上解决了我们日常管理中遇到的问题，但是随着计算机专业的发展，需要安装的专业软件增多、软件占用空间较大并且对计算机性能要求也在提高，而现有的设备性能参差不齐导致了不同实验室的教学资源不一样，如果遇到临时调课的情况，必须考虑其他空闲的实验室要与原有的实验室具备同样的实验环境，否则无法对该门课程进行调整，这样一来就限定了实验室的使用范围以及有效的使用率。学院的实验室除了承担专业教学、全校公共计算机基础教学、开放实验教学、实习实训等教学活动外，还要承担校内外社会服务，如全国计算机等级考试、会计无纸化考试等，多样化、复杂化的使用环境对实验室管理工作提出了较高的要求。为了解决这样的问题，很多高校根据部门实际情况提出了实验室改造方案：王丽华采用“虚实双系统”的方式部署云桌面，即本地系统内安装VDI客户端软件，可同时访问VDI桌面和本地系统[3]，这种方式的好处是本地系统与VDI客户端相互独立，当VDI不可访问时，可以启用本地系统;张颖根据多媒体教室的个性化需求设计实现了VDI+VOI技术的云桌面改造工作[4];任学刚通过IDV架构技术提出了实验室建设方案[5]。

本文通过对我院实验教学环境、不同教学活动需求以及社会服务需求进行分析，在保留原有设备保护卡的情况下采用了VDI技术，基于“虚实双系统”思想提出了云桌面-本地系统（Virtual Desktop Infrastructure-Real Desktop Infrastructure，VDI-RDI）多场景实验教学环境的实验室改造方案，这样就可以根据设备的性能以及教学需要创建不同的学习场景，同时可以实现云桌面以及本地系统的自由切换，满足不同的场景需要。

2  VDI-RDI多场景实验教学环境架构

在整个架构图中共有五层，分别是：VDI-RDI场景层、终端设备层、网络设备层、虚拟机层、VDI服务器集群层，如图1所示。

2.1  VDI-RDI场景层

根据实际的需要提供了实验教学场景、实训场景、开放实验场景、NCRE考试场景以及其他服务场景，其中实验教学场景又包括专业实验教学场景、基础实验教学场景、TOM教学场景（TOM混合模式机房是实验前期改造工作）[6]、数字媒体（数媒）教学场景，每个场景具体的需求及功能如表1所示。

2.2  终端设备层

由于我院设备数量较大、设备型号种类较多且性能不同，为了提高设备的有效利用率，我们对现有的实验设备进行了分类管理，并划分了五大类机房：专业实验室、基础实验室、数字媒体实验室、开放实验室、TOM实验室。为了提高实验室的有效利用率，通过现有的软件保护卡软件将磁盘划分了多个系统分区，这样一来就可以创建不同的实验教学场景，如图2所示。

2.3  网络设备层

前期我们已经对学院实验室网络环境进行了升级，实现了光纤到机房，千兆到桌面的改造工作，并对每个机房划分了VLAN。云平台服务器部署在学院服务器中心机房，实现服务器设备标准化集中管理。具体的实验室网络拓扑图如图3所示。

2.4  虚拟机及服务器集群层

随着云计算技术和虚拟化技术的快速发展，VMware Viewer、Citrix以及KVM发布了桌面虚拟化技术架构，很多公司基于这些技术都推出了自己的桌面虚拟化产品，并在各行业得到了具体的应用。我们采购了噢易云平台进行VDI云桌面搭建，该平台底层设计使用了KVM公司的开源软件。整个平台搭建中使用了13台华为H22H系列的服务器，1台服务器作为主控节点Console，另外12台服务器作为计算节点Agent。

3  VDI-RDI环境部署与实现

3.1  云平台环境部署及虚拟机创建

（1）对Console/Agent节点的IP信息规划;

（2）VDI服务器安装以及网络环境配置;

（3）VDI管理平台初始化配置;

（4）创建虚拟机并设置虚拟机相关配置参数（存储位置、硬件资源信息等），安装操作系统，将虚拟机转化为模

板。通过模板可在资源池中快速生成多个相同类型的虚拟机;

（5）通过桌面管理将用户和虚拟桌面关联。

如图4所示，通过“WIN7模板”分别创建了“NCRE System”“计算机基础”“上课”三个相同类型的虚拟机，可以满足不同的实验教学场景需要。

3.2  客户端配置

（1）为每个机房的模板机上划分一个Linux磁盘分区;

（2）将OS-Easy E-VDI Client端程序安装在Linux磁盘分区上;

（3）软件安装完成后，进行客户端相关参数配置;

（4）通过保护卡同传系统。

4  结  论

基于VDI-RDI多场景实验教学环境的实验室改造方案实现了“虚实双系统”实验教学环境自由切换，云端服务器资源的集中化管理实现了实验教学资源的最大化、合理优化的分配。目前VDI云平台已经上线运行了三年，在此期间不仅提高了实验室设备的利用率，改善了实验教学环境，而且还提高了实验室管理人员工作效率。

参考文献：

[1] 黄国富，王海.基于SDN的高校实验室机房VDI云桌面设计 [J].实验技术与管理，2018，35（8）：243-245+256.

[2] 黄四青，冯凌峰，冯凌云.基于VOI云桌面的高校计算机实验室应用研究 [J].信息技术与信息化，2019（3）：72-75.

[3] 王丽华，杨学志，王仲宾.噢易桌面云虚拟化平台在高校公共机房中的应用探讨 [J].科技创新导报，2017，14（2）：100-102.

[4] 张颖，凌仕勇.VDI+VOI融合的多媒体教室桌面云设计与实践 [J].实验室研究与探索，2017，36（10）：145-148+168.

[5] 任学刚，彭荧荧.基于IDV的高校计算机实验室建设 [J].实验科学与技术，2018，16（5）：193-197.

[6] 芶小珊，王兰，于曦，等.高校計算机专业实验室的管理模式与探索 [J].教育现代化，2017，4（29）：259-260.

作者简介：黄兴禄（1986-），男，汉族，四川成都人，硕士研究生，助理实验师，研究方向：智慧实验室、教育智能。