劉期建+馮靈林+張大敏+程宏偉

摘要：針對目前高校多媒體教學(xué)環(huán)境功能單一、維護困難、定制能力不足等問題，將桌面虛擬化技術(shù)應(yīng)用到多媒體教學(xué)環(huán)境設(shè)計中，提出了一種基于虛擬操作系統(tǒng)基礎(chǔ)構(gòu)架（VOI）的應(yīng)用方案。在分析高校多媒體教室使用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合桌面虛擬化的主要技術(shù)和發(fā)展方向，重點描述了桌面虛擬化系統(tǒng)模型、體系結(jié)構(gòu)及終端管理平臺設(shè)計。與傳統(tǒng)多媒體教室相比，VOI模式的多媒體教學(xué)環(huán)境能有效提高教學(xué)資源利用率，優(yōu)化多媒體教學(xué)環(huán)境，實現(xiàn)復(fù)雜教學(xué)資源的定制化設(shè)計。

關(guān)鍵詞：桌面虛擬化；VDI；VOI；多媒體教室；教學(xué)環(huán)境

中圖分類號：TP37 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）34-8289-02

多媒體教學(xué)作為高校主要的教學(xué)手段，能夠靈活組織教學(xué)資源，改善教學(xué)環(huán)境，達(dá)到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高教學(xué)質(zhì)量的目的。在傳統(tǒng)多媒體教學(xué)環(huán)境建設(shè)中，由于計算機大多采用胖客戶機模式，在使用和管理上存在著用戶數(shù)據(jù)冗雜、操作系統(tǒng)單一、軟件依賴性較大、教學(xué)資料不易保存等問題。虛擬化技術(shù)的出現(xiàn)為高校多媒體教育環(huán)境建設(shè)提供了一種新構(gòu)建思路，采用桌面虛擬化技術(shù)進(jìn)行多媒體教學(xué)環(huán)境部署已經(jīng)成為高?，F(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用的一種優(yōu)化方案。

1 桌面虛擬化

虛擬化技術(shù)的工作原理是直接在計算機硬件或主機操作系統(tǒng)上嵌入一個精簡的軟件層，該軟件層以動態(tài)和透明方式調(diào)度硬件資源的虛擬化管理程序，它使得多個操作系統(tǒng)可同時運行在單臺物理機上并彼此之間共享硬件資源[1]。桌面虛擬化[2-3]是指將計算機的桌面進(jìn)行虛擬化，采用基于服務(wù)器的計算模型，依賴于服務(wù)器虛擬化，生成大量的獨立的虛擬機或虛擬桌面，并根據(jù)專有的虛擬桌面協(xié)議發(fā)送給客戶端設(shè)備。桌面虛擬化是計算機虛擬化技術(shù)的應(yīng)用方向之一，是目前快速發(fā)展、應(yīng)用性較強的主流技術(shù)[4]。計算機桌面虛擬化應(yīng)用主要有虛擬桌面基礎(chǔ)構(gòu)架（Virtual Desktop Infrastructure，VDI）和虛擬操作系統(tǒng)基礎(chǔ)構(gòu)架（Virtual OS Infrastructure，VOI）兩種構(gòu)建模式。

1.1 VDI模式

VDI的基本原理是通過后臺服務(wù)器生成虛擬機，再由虛擬機向前臺客戶端交付虛擬桌面，提供操作系統(tǒng)、應(yīng)用服務(wù)及用戶定制的各類軟件服務(wù)。虛擬化桌面會話管理服務(wù)器將對模板虛擬機進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，客戶機在需要使用虛擬桌面時，使用客戶端程序或瀏覽器窗口登錄[5]，身份認(rèn)證通過后，遠(yuǎn)程模板系統(tǒng)運行桌面將呈現(xiàn)在終端操作系統(tǒng)的新建窗口中，這個桌面即為虛擬桌面。用戶對虛擬桌面上所有的操作實際都是對模板虛擬機的操作。通過專用傳輸協(xié)議，可以將終端的輸人流發(fā)送到模板虛擬機，模板虛擬機的輸出流則被傳回到終端。

VDI模式通過在服務(wù)器上運行操作系統(tǒng)，將用戶桌面進(jìn)行虛擬化，而不必給每個用戶配置桌面計算機。用戶通過來自客戶端設(shè)備的協(xié)議與虛擬桌面連接訪問。通過計算機網(wǎng)絡(luò)，能夠快速部署通用桌面環(huán)境，并對桌面映像的集中管理和快速恢復(fù)。由于VDI模式采用硬件仿真和瘦協(xié)議，在流媒體、多媒體的計算和應(yīng)用方面適用性不強，而VOI模式既對于服務(wù)器端的操作系統(tǒng)、應(yīng)用服務(wù)以及用戶定制的支持良好，也能有效實現(xiàn)客戶端緩存操作系統(tǒng)、應(yīng)用服務(wù)以及用戶定制。這樣，在處理各類流媒體數(shù)據(jù)、多媒體素材以及大型軟件等方面，能有效利用終端資源和外部設(shè)備。大大降低對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和硬件的依賴，確保終端在各種復(fù)雜情況下的正常運行。數(shù)據(jù)可實現(xiàn)集中存儲或終端加密存儲，而且終端應(yīng)用數(shù)據(jù)的安全性得到有效保護，不會因網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)端故障而丟失[6]。

1.2 VOI模式

在對VDI模式的實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)存在一些不足或難于滿足用戶需求的情況。比如：終端對于服務(wù)器的壓力非常大，流媒體和IP語音等應(yīng)用的效率大打折扣；由于VDI模式需要保證網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，客戶端必須保持網(wǎng)絡(luò)通暢才能正常使用各種應(yīng)用，而移動應(yīng)用將遇到很多困難；對外設(shè)部件的兼容性不夠全面。VOI模式靈活獨創(chuàng)的架構(gòu)可解決傳統(tǒng)VDI模式難以解決的問題。

VOI模式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，在容器池上部署操作系統(tǒng)。VOI的特點主要表現(xiàn)在集中管理、本地運算，單鏡像異構(gòu)桌面交付，管理模式靈活，安全可靠，成本控制深入等方面。使用VOI構(gòu)架部署的桌面虛擬化系統(tǒng)能夠大幅降低終端運維成本，實現(xiàn)集中、統(tǒng)一、靈活的客戶端管理，大幅提升管理人員的工作效率。

2 基于VOI模式的教學(xué)環(huán)境

2.1 虛擬化系統(tǒng)模型

采用VOI構(gòu)架對多媒體教學(xué)環(huán)境進(jìn)行設(shè)計，總體上按應(yīng)用層、虛擬機管理層、虛擬硬件層三個層次進(jìn)行設(shè)計[7]。

1） 應(yīng)用層直接面對終端用戶，用戶借助客戶端，完成遠(yuǎn)程登陸虛擬機并組織教學(xué)資源、進(jìn)行教學(xué)環(huán)境部署。

2） 虛擬機管理層集中完成虛擬化管理、基于用戶需求的虛擬機管理部分負(fù)責(zé)虛擬機資源的管理、虛擬機生命周期管理等工作，虛擬機訪問管理部分負(fù)責(zé)用戶與虛擬機之間的映射，完成用戶訪問虛擬機的任務(wù)。虛擬機的生命周期管理將由用戶的計劃安排、所需虛擬機配置等因素來決定，比如：根據(jù)課程安排、課件要求、教學(xué)環(huán)境配置等，自動產(chǎn)生虛擬桌面，使用完成后，虛擬桌面自動注銷，完成系統(tǒng)的生命周期。這樣，按照不同教師的教學(xué)要求和教學(xué)資源配置方案，生成不同配置的虛擬桌面，實現(xiàn)教學(xué)資源按需定制。

3） 硬件虛擬層分為硬件資源層和虛擬化層，硬件資源層由虛擬化服務(wù)器集群組成，虛擬化層則使用虛擬化的分層抽象技術(shù)對硬件資源層進(jìn)行虛擬抽象，提供一個完整的虛擬硬件接口并且調(diào)度操作系統(tǒng)在虛擬機監(jiān)視器上執(zhí)行，為虛擬機管理層提供運行的環(huán)境和資源。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與部署

桌面虛擬化教學(xué)環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，虛擬機服務(wù)器集群連入校園網(wǎng)核心交換機，包括虛擬化服務(wù)器、桌面虛擬化服務(wù)器、應(yīng)用管理及數(shù)據(jù)存儲等硬件。部署上，將桌面虛擬化管理軟件安裝在虛擬機服務(wù)器上，建立教師個人定制的操作系統(tǒng)鏡像文件，多媒體教學(xué)環(huán)境的客戶端通過網(wǎng)絡(luò)啟動的方式通過校園網(wǎng)加載服務(wù)和數(shù)據(jù)，不用逐一安裝客戶端代理軟件。endprint

2.3 終端管理平臺

通過VOI虛擬終端管理系統(tǒng)的構(gòu)建可滿足不同教師的教學(xué)環(huán)境需求，包括各類多媒體設(shè)備使用與共享、應(yīng)用軟件支持、流媒體資源服務(wù)，使教學(xué)資源更具針對性和實用性。應(yīng)用配置信息遷移（Profile Move to Save Private Space，PMSP）機制將教師的個性化信息遷移到個人私有空間中，為其恢復(fù)個人教學(xué)環(huán)境。私有空間獨立于OS Mapping Stream之外，受自身文件訪問權(quán)限的限制，可以從本機存儲中開辟，也可以從服務(wù)器或私有云存儲中分配。VOI虛擬終端管理系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示[8]。

3 結(jié)論

桌面虛擬化給高校現(xiàn)代教育技術(shù)發(fā)進(jìn)步供了新思路和發(fā)展方向，基于VOI架構(gòu)的桌面虛擬化技術(shù)在多媒體教學(xué)環(huán)境的應(yīng)用，能夠進(jìn)行快速的按照部署操作系統(tǒng)，維護便捷，使客戶端資源得以合理利用，減少硬件投入。教師能夠靈活掌握教學(xué)資源的使用，按照實際需求配置教學(xué)軟件，教學(xué)資源獨立分離存儲，降低計算機病毒感染。VOI整體架構(gòu)設(shè)計利用成熟的虛擬化及安全管理技術(shù)并加以創(chuàng)新，克服了VDI模式局限，能更好地為多媒體教學(xué)環(huán)境建設(shè)提供更好的基礎(chǔ)平臺，為教師提供更加個性化的教學(xué)資源服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曲郁生. 虛擬機技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)課程實驗中的應(yīng)用研究[J]. 成都工業(yè)學(xué)院學(xué)報， 2013， 16（4）： 98-100.

[2] 沈堯林. 桌面虛擬化技術(shù)在高校中的應(yīng)用[J]. 時代教育， 2010（8）： 106-107.

[3] 黃華. 桌面虛擬化技術(shù)的現(xiàn)狀及未來發(fā)展研究[J]. 福建電腦， 2009（9）： 38-39

[4] 黃金敢. 高校教學(xué)環(huán)境中桌面云架構(gòu)研究與實現(xiàn)[J]. 計算機技術(shù)與發(fā)展，2013， 23（12）： 222-225.

[5] 孫宇， 陳煜欣. 桌面虛擬化及其安全技術(shù)研究[J]. 信息安全與通信保密， 2012（6）： 87-88.

[6] Luis M V， Rodero L， Caceres J， et al. A break in the clouds： Toward a cloud definition[J]. ACM SIGCOMM computer communication review， 2009（1）： 50-55.

[7] 田高成. 面向高校實驗室的虛擬化計算資源優(yōu)化模型研究[D].濟南：山東財經(jīng)大學(xué)，2012.

[8] 何欽淋. 基于VOI的桌面虛擬化研究[J]. 專家新論， 2013（5）：49-51.endprint

2.3 終端管理平臺

通過VOI虛擬終端管理系統(tǒng)的構(gòu)建可滿足不同教師的教學(xué)環(huán)境需求，包括各類多媒體設(shè)備使用與共享、應(yīng)用軟件支持、流媒體資源服務(wù)，使教學(xué)資源更具針對性和實用性。應(yīng)用配置信息遷移（Profile Move to Save Private Space，PMSP）機制將教師的個性化信息遷移到個人私有空間中，為其恢復(fù)個人教學(xué)環(huán)境。私有空間獨立于OS Mapping Stream之外，受自身文件訪問權(quán)限的限制，可以從本機存儲中開辟，也可以從服務(wù)器或私有云存儲中分配。VOI虛擬終端管理系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示[8]。

3 結(jié)論

桌面虛擬化給高?，F(xiàn)代教育技術(shù)發(fā)進(jìn)步供了新思路和發(fā)展方向，基于VOI架構(gòu)的桌面虛擬化技術(shù)在多媒體教學(xué)環(huán)境的應(yīng)用，能夠進(jìn)行快速的按照部署操作系統(tǒng)，維護便捷，使客戶端資源得以合理利用，減少硬件投入。教師能夠靈活掌握教學(xué)資源的使用，按照實際需求配置教學(xué)軟件，教學(xué)資源獨立分離存儲，降低計算機病毒感染。VOI整體架構(gòu)設(shè)計利用成熟的虛擬化及安全管理技術(shù)并加以創(chuàng)新，克服了VDI模式局限，能更好地為多媒體教學(xué)環(huán)境建設(shè)提供更好的基礎(chǔ)平臺，為教師提供更加個性化的教學(xué)資源服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曲郁生. 虛擬機技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)課程實驗中的應(yīng)用研究[J]. 成都工業(yè)學(xué)院學(xué)報， 2013， 16（4）： 98-100.

[2] 沈堯林. 桌面虛擬化技術(shù)在高校中的應(yīng)用[J]. 時代教育， 2010（8）： 106-107.

[3] 黃華. 桌面虛擬化技術(shù)的現(xiàn)狀及未來發(fā)展研究[J]. 福建電腦， 2009（9）： 38-39

[4] 黃金敢. 高校教學(xué)環(huán)境中桌面云架構(gòu)研究與實現(xiàn)[J]. 計算機技術(shù)與發(fā)展，2013， 23（12）： 222-225.

[5] 孫宇， 陳煜欣. 桌面虛擬化及其安全技術(shù)研究[J]. 信息安全與通信保密， 2012（6）： 87-88.

[6] Luis M V， Rodero L， Caceres J， et al. A break in the clouds： Toward a cloud definition[J]. ACM SIGCOMM computer communication review， 2009（1）： 50-55.

[7] 田高成. 面向高校實驗室的虛擬化計算資源優(yōu)化模型研究[D].濟南：山東財經(jīng)大學(xué)，2012.

[8] 何欽淋. 基于VOI的桌面虛擬化研究[J]. 專家新論， 2013（5）：49-51.endprint

2.3 終端管理平臺

通過VOI虛擬終端管理系統(tǒng)的構(gòu)建可滿足不同教師的教學(xué)環(huán)境需求，包括各類多媒體設(shè)備使用與共享、應(yīng)用軟件支持、流媒體資源服務(wù)，使教學(xué)資源更具針對性和實用性。應(yīng)用配置信息遷移（Profile Move to Save Private Space，PMSP）機制將教師的個性化信息遷移到個人私有空間中，為其恢復(fù)個人教學(xué)環(huán)境。私有空間獨立于OS Mapping Stream之外，受自身文件訪問權(quán)限的限制，可以從本機存儲中開辟，也可以從服務(wù)器或私有云存儲中分配。VOI虛擬終端管理系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示[8]。

3 結(jié)論

桌面虛擬化給高?，F(xiàn)代教育技術(shù)發(fā)進(jìn)步供了新思路和發(fā)展方向，基于VOI架構(gòu)的桌面虛擬化技術(shù)在多媒體教學(xué)環(huán)境的應(yīng)用，能夠進(jìn)行快速的按照部署操作系統(tǒng)，維護便捷，使客戶端資源得以合理利用，減少硬件投入。教師能夠靈活掌握教學(xué)資源的使用，按照實際需求配置教學(xué)軟件，教學(xué)資源獨立分離存儲，降低計算機病毒感染。VOI整體架構(gòu)設(shè)計利用成熟的虛擬化及安全管理技術(shù)并加以創(chuàng)新，克服了VDI模式局限，能更好地為多媒體教學(xué)環(huán)境建設(shè)提供更好的基礎(chǔ)平臺，為教師提供更加個性化的教學(xué)資源服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曲郁生. 虛擬機技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)課程實驗中的應(yīng)用研究[J]. 成都工業(yè)學(xué)院學(xué)報， 2013， 16（4）： 98-100.

[2] 沈堯林. 桌面虛擬化技術(shù)在高校中的應(yīng)用[J]. 時代教育， 2010（8）： 106-107.

[3] 黃華. 桌面虛擬化技術(shù)的現(xiàn)狀及未來發(fā)展研究[J]. 福建電腦， 2009（9）： 38-39

[4] 黃金敢. 高校教學(xué)環(huán)境中桌面云架構(gòu)研究與實現(xiàn)[J]. 計算機技術(shù)與發(fā)展，2013， 23（12）： 222-225.

[5] 孫宇， 陳煜欣. 桌面虛擬化及其安全技術(shù)研究[J]. 信息安全與通信保密， 2012（6）： 87-88.

[6] Luis M V， Rodero L， Caceres J， et al. A break in the clouds： Toward a cloud definition[J]. ACM SIGCOMM computer communication review， 2009（1）： 50-55.

[7] 田高成. 面向高校實驗室的虛擬化計算資源優(yōu)化模型研究[D].濟南：山東財經(jīng)大學(xué)，2012.

[8] 何欽淋. 基于VOI的桌面虛擬化研究[J]. 專家新論， 2013（5）：49-51.endprint