徐錚寧+李沫

摘 要： 文章對桌面虛擬化系統(tǒng)進行了設計，利用桌面虛擬化技術加強多媒體教學用計算機的管理與維護，實現(xiàn)統(tǒng)一管控，減少故障風險；并對客戶端本地緩存和服務器端緩存兩種啟動方式進行了測試比較，選擇更高效的方式以縮短響應時間，提高教學服務效率。

關鍵詞： 桌面虛擬化； 多媒體教學； 教學服務； 本地緩存

中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2017）08-84-04

Abstract： The paper designs the desktop virtualization system to manage the computers deployed in different classrooms of different buildings， and the two startup modes of client-side local cache and server-side cache are compared through testing， so that centralized control and quick response of teaching service can be realized by choosing the most effective mode.

Key words： desktop virtualization； multimedia teaching； teaching service； local cache

0 引言

隨著多媒體教學在高校的普及，教師采用多媒體技術來進行教學已成為常態(tài)[1]。計算機是多媒體教學中不可或缺的主要設備，由于計算機在教學過程中使用率較高，所以難免遇到各種問題。從維護角度來看，高校的計算機數(shù)量相當多，計算機故障明顯增多，工作量也很大[2]。

近年來，高校紛紛建設新校區(qū)，多校區(qū)辦學已成為普遍現(xiàn)象。校區(qū)面積擴大，多媒體教室數(shù)量也不斷增加，教學用計算機分布在各個校區(qū)的各幢教學樓宇，維護管理的難度大。

本文探討采用桌面虛擬化的方法，對所有多媒體教室計算機桌面和應用進行統(tǒng)一配置和管理，以改善目前多媒體教室計算機的應用及管理，減少管理人員的重復性工作，提高教學服務的效率和質量。

1 多媒體教室計算機管理工作

1.1 故障主要原因

⑴ 公共多媒體教室的計算機讀取和演示師生自帶的U盤，這些外接設備不可避免會帶入病毒。雖然安裝殺毒軟件或還原卡可以起到一定的防范作用，但實際上還是無法根除病毒隱患。

⑵ 為滿足不同學科的教學需求，安裝了較多的應用軟件，導致啟動速度慢，甚至因軟件沖突導致經(jīng)常死機。

⑶ 師生各種誤操作導致設備無法正常運行。

⑷ 計算機使用多年，配置陳舊，運行緩慢，無法滿足日常教學需要。

⑸ 日常維護跟不上，系統(tǒng)補丁、病毒庫等更新不及時，系統(tǒng)垃圾文件得不到及時清理。

1.2 管理主要難點

⑴ 沒有統(tǒng)一的后臺管理系統(tǒng)，無法集中管理控制設備，無法實時了解教室計算機運行情況，不能實時監(jiān)控故障，出現(xiàn)問題也不能遠程協(xié)助或解決。

⑵ 單臺計算機維護工作瑣碎繁雜，需要定期查殺病毒、安裝系統(tǒng)補丁、增加或修改應用軟件、還原/重裝系統(tǒng)等等，較為費時費力。

⑶ 設備購置時間有先后，導致配置差距較大，硬件種類繁多，加大了管理難度。

⑷ 管理體制尚不健全，高校對多媒體教室管理方面的教輔人員數(shù)量普遍壓縮，維護人數(shù)不能滿足大規(guī)模教學服務的需求。

1.3 解決對策

建設一套基于客戶端本地緩存的桌面虛擬化系統(tǒng)，把多用戶使用的多桌面和多操作環(huán)境集中起來，實行統(tǒng)一管理，幫助多媒體教學服務部門在充分利用原有計算機設備的基礎上，建立一個高效、快捷的管理架構，把原先只能分散管理的單臺計算機全部納入集中管控，管理人員無需逐個教室地單臺安裝，便可實現(xiàn)操作系統(tǒng)、病毒庫及應用軟件等快速更新，提高維護工作效率，在計算機因軟件故障而無法正常工作時能得到及時、有效的維護[3]。

2 桌面虛擬化及系統(tǒng)平臺架構

2.1 桌面虛擬化

桌面虛擬化就是將個人電腦的桌面環(huán)境與物理機器分離，形成客戶端-服務器計算模式。桌面虛擬化技術具有靈活、方便、集中管理、安全、降低功耗等特點，依賴于服務器虛擬化，生成大量的獨立的桌面操作系統(tǒng)鏡像，通過專有的虛擬桌面協(xié)議發(fā)送給終端設備[4]，客戶端設備可以在完全不同的硬件架構上使用虛擬桌面環(huán)境，擁有自己獨立的完全不同的操作系統(tǒng)。

2.2 桌面虛擬化系統(tǒng)整體架構

桌面虛擬化系統(tǒng)可以對多個校區(qū)的多個教學樓里多媒體教室的計算機實現(xiàn)全網(wǎng)多點式集中管理，用戶能夠在平臺上部署和運行任意的軟件，包括操作系統(tǒng)和應用程序[5]?？蛻舳擞嬎銠C的操作系統(tǒng)和應用軟件都可以通過桌面虛擬化平臺進行分配。當系統(tǒng)和軟件需要升級時，只要在桌面虛擬化平臺做好系統(tǒng)升級，任課教師在上課時啟動計算機后，最新的系統(tǒng)和應用軟件就會傳輸?shù)奖镜?。這樣，管理人員不必在各個教學樓、各個校區(qū)之間來回奔走，就能對所有的計算機進行管理和維護，節(jié)約了維護的時間，減輕了工作量。系統(tǒng)拓撲結構及工作時序圖如圖1所示。

當客戶機啟動時，向桌面虛擬化服務器發(fā)送DHCP請求，服務器接收到客戶機請求后，分配IP地址并發(fā)送預定的虛擬化桌面，客戶機調用發(fā)送過來的虛擬化桌面。

3 桌面虛擬化系統(tǒng)的設計

系統(tǒng)功能模塊主要包括快速使用系統(tǒng)、快速配置系統(tǒng)、鏡像管理、客戶端設置、客戶端操作、桌面漫游、群組管理等七個功能模塊。

⑴ 快速使用系統(tǒng)模塊。該模塊開啟了DHCP和系統(tǒng)服務后，整個桌面虛擬化系統(tǒng)才能正常運行，客戶端才能正常地連接到服務器端。該模塊包含多個小功能模塊，如“啟用/停止DHCP服務”、“啟用/停止系統(tǒng)服務”、“配置信息備份”、“配置信息恢復”、“配置信息導出”等。

⑵ 快速配置系統(tǒng)模塊。該模塊設置桌面虛擬化系統(tǒng)的網(wǎng)絡參數(shù)，使客戶端能正常連接服務器；配置服務器的多網(wǎng)卡負載均衡，減輕流量并發(fā)時造成的服務器壓力；設置服務器密碼；配置服務器高級選項，根據(jù)網(wǎng)絡情況改變服務器的性能。

⑶ 鏡像管理模塊。客戶端計算機要獲取的系統(tǒng)在服務器端以鏡像形式存在，根據(jù)不同的系統(tǒng)和不同的應用需求，可以制作不同的鏡像，方便客戶端調用。鏡像可分為基本鏡像、快照鏡像等，可以在基本鏡像的基礎上將增加的部分作為快照鏡像，更加方便鏡像的制作和管理。

⑷ 客戶端設置模塊。該模塊由多個小功能模塊組成，“新增/刪除客戶端”和“客戶端屬性修改”可以修改客戶端名稱、物理地址、網(wǎng)絡地址等；“重建客戶端緩存”用于本地系統(tǒng)緩存遭到破壞而無法啟動時重建本地系統(tǒng)緩存；“客戶端啟動設置”可以設置客戶端啟動鏡像的方式是本地還是網(wǎng)絡啟動；“客戶端功能禁用/啟用”可以禁用USB設備、禁用CDROM、禁止設置IP、禁用網(wǎng)關和DNS、禁用本地磁盤或其他的外圍設備等。

⑸ 客戶端操作模塊。主要用于對分散的計算機進行遠程操作和管理，以便管理人員快速解決多媒體教室的計算機問題，提高管理效率。該模塊由多個小功能模塊組成，“遠程維護”可以在服務器上對客戶機進行網(wǎng)絡配置、系統(tǒng)調試等操作；“遠程控制”用于對客戶機進行遠程開/關機、重啟等操作；“遠程命令”可對選定的一臺或多臺客戶機發(fā)送遠程命令，比如對選定的客戶機的本地硬盤上進行格式化；“OS分發(fā)”可以將選定的鏡像分發(fā)給選定的客戶機，實現(xiàn)操作系統(tǒng)遠程集體部署。

⑹ 桌面漫游模塊。主要給教師分配用戶名和密碼，這樣用戶在任意的多媒體教室上課都能登錄桌面虛擬化平臺，使用自己定制的操作系統(tǒng)，例如教師教學所需的特定語種和特殊軟件，或是符合日常使用習慣的個性化系統(tǒng)設置等。

⑺ 群組管理模塊?？梢愿鶕?jù)需要對客戶機進行分組，以方便對客戶機的管理?？梢园严嗤渲玫目蛻魴C分到一組，也可以按教學樓和院系進行分組，以便對每組客戶機進行統(tǒng)一的配置和管理，分配統(tǒng)一的鏡像系統(tǒng)等。

4 桌面虛擬化系統(tǒng)的測試

4.1 功能測試

功能測試的目的就是要檢測系統(tǒng)各功能是否達到設計的要求。本文對新增客戶機和制作鏡像快照兩個最常用的功能進行了測試。

首先是新增客戶機的測試。測試過程：

第一步，客戶端計算機BIOS里修改為網(wǎng)絡啟動，通過PXE網(wǎng)絡啟動查看客戶端計算機的MAC地址；

第二步，在服務端手動添加客戶機的詳細內容，如MAC地址、計算機名稱、IP地址等；

第三步，將客戶端計算機進行分區(qū)，分為系統(tǒng)區(qū)、插件區(qū)、DATA區(qū)、客戶端緩存區(qū)；

第四步，將客戶端插件安裝至分好的插件區(qū)；

第五步，進入插件設置界面設置靜態(tài)網(wǎng)絡設置模式，填寫服務器地址、客戶端DNS、客戶端網(wǎng)關、客戶端子網(wǎng)掩碼、客戶端IP地址等信息；

第六步，在服務端虛擬化管理軟件查看到成功添加的計算機。

測試結果：各測試點客戶端插件能夠正確安裝并進入插件設置界面；插件設置界面能夠正常填寫客戶端屬性信息并能成功保存；服務器端虛擬化管理軟件能正常打開并切換到客戶端設置頁面；點擊新增按鈕能正常啟動新增客戶端頁面；在頁面里能正常填寫客戶機屬性信息并正常保存；能正確生成新加入的客戶端計算機；新增的客戶端計算機與服務器端正常連接。

其次是制作鏡像快照的測試。測試過程：

第一步，打開客戶端高級屬性對話框，選擇“服務端緩存模式”，然后點擊“確定”按鈕；

第二步，在客戶端屬性頁面將“還原操作系統(tǒng)”選項取消勾選，點擊“確定”按鈕，完成服務器設置；

第三步，在選定的PC機上安裝軟件或者部署課件，安裝完成以后關閉選定的PC機；

第四步，鏡像管理窗口，點擊快照管理，進入快照管理窗口；

第五步，選擇對應的鏡像，點擊“生成快照”按鈕，打開生成快照對話框，選擇對應的PC機，輸入新生成的快照名稱，然后點擊“確定”按鈕；

第六步，將之前做的快照調用到客戶端計算機啟動菜單中。

測試結果：各測試點均能正常打開桌面虛擬化系統(tǒng)的客戶端屬性頁面；頁面信息能正常顯示并使用；能正確輸入快照的名稱和信息；能正確生成快照；能將新生成的快照調用到客戶端計算機啟動菜單中。

4.2 性能測試

重點測試在使用客戶端本地緩存和服務器端緩存兩種模式時，客戶端啟動時間、服務器CPU使用率以及網(wǎng)絡和I/O流量的情況。每種種模式下選擇同時啟動5臺計算機進行測試，測試工具有秒表、System Explorer、NetWorx、桌面虛擬化系統(tǒng)自帶監(jiān)測工具等。

⑴ 使用秒表測得客戶端本地緩存模式進入系統(tǒng)所需的時間為1分21秒，而服務器端緩存模式則需要4分30秒。

⑵ 使用 System Explorer測得兩種啟動模式服務器CPU的使用率對比如圖2所示。

⑶ 使用NetWorx測得兩種模式從連接服務器到啟動系統(tǒng)進入桌面的服務器流量對比如圖3所示。

⑷ 使用桌面虛擬化管理端自帶的監(jiān)測軟件測得I/O流量對比如圖4所示。

4.3 測試分析

⑴ 關于啟動時間：使用客戶端本地緩存方式，從開始進入操作系統(tǒng)，到啟動完成正常進入桌面系統(tǒng)耗時1分20秒左右，這與單機正常啟動的時間差不多；而使用服務器端緩存方式，整個啟動過程耗時4分30秒左右，啟動更費時。

⑵ 關于服務器CPU使用率：采用客戶端本地緩存啟動時峰值為30%，基本穩(wěn)定在6%左右，而采用服務器端緩存啟動時峰值為36%，基本穩(wěn)定在18%左右，所以采用客戶端緩存啟動方式占用服務器CPU更低。

⑶ 關于服務器流量：以服務器端緩存方式啟動的流量明顯高于客戶端本地緩存方式啟動，流量分布也更密集。在客戶端本地緩存模式下，每臺客戶端計算機有450MB左右的系統(tǒng)緩存，當系統(tǒng)啟動時從服務器端接收的數(shù)據(jù)流量每臺為4.2MB左右，5臺共21MB左右；而在服務器端緩存模式下，每臺客戶端計算機只有47MB左右的系統(tǒng)緩存，當系統(tǒng)啟動時從服務器端接收的數(shù)據(jù)流量每臺為422MB左右，5臺共2TB左右，因此該啟動方式會對網(wǎng)絡造成巨大壓力。

以上比較測試所得數(shù)據(jù)說明，如果采用客戶端本地緩存的方式，系統(tǒng)啟動的時間正常，對網(wǎng)絡和服務器的壓力相對較輕，能讓師生有較好的體驗。此外，如果能夠增加桌面虛擬化系統(tǒng)所使用的網(wǎng)絡帶寬，網(wǎng)絡延遲會進一步減少，用戶體驗會更好。

5 結束語

本文圍繞高校多媒體教學服務中計算機的管理與維護工作，基于客戶端本地緩存方式，對桌面虛擬化系統(tǒng)進行了設計開發(fā)，并在現(xiàn)實環(huán)境中進行了應用與測試，基本實現(xiàn)了設計的功能，滿足教學和管理的要求。相比傳統(tǒng)模式，桌面虛擬化系統(tǒng)能對分散的單臺計算機進行統(tǒng)一管理，提高教學服務的效率；系統(tǒng)實現(xiàn)對客戶端計算機的硬件沒有特殊要求，可以在現(xiàn)有資源上建造[7]，能使不同硬件配置的計算機得到充分利用；能在人員短缺的情況下實現(xiàn)服務的及時響應，牢牢把握為教育教學主動服務的主線，創(chuàng)新工作思路和方法，以進一步提高工作成效[1]。

由于使用范圍和應用規(guī)模所限，本研究所設計桌面虛擬化系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性有待繼續(xù)觀察和優(yōu)化。相信隨著技術的日益成熟，桌面虛擬化將在高校獲得更廣泛和深入的應用，為多媒體教學提供更優(yōu)質高效的服務。

參考文獻（References）：

[1] 沈宏興.多媒體教學服務的創(chuàng)新模式——設備自動，服務主動[J].現(xiàn)代教育技術，2015.10：86-91

[2] 盧民榮，許鄧艷.基于桌面云的實驗室資源優(yōu)化研究[J].現(xiàn)代教育技術，2015.7：101-106

[3]金彪，鄭小建，姚志強等.桌面虛擬化與計算機實驗室管理[J].實驗技術與管理，2014.2：85-88

[4] 鄧少華.桌面虛擬化技術在多媒體教室管理中的應用[J].網(wǎng)絡安全技術與應用，2014.1：34，37

[5] 復旦大學并行處理研究所等.系統(tǒng)虛擬化—原理與實現(xiàn)[M].清華大學出版社，2009.

[6] 王卿海，楊立博.基于本地緩存的桌面虛擬化在高校機房的應用研究[J].電腦與電信，2015.Z1：93-95

[7] 余翀翀，黃麗萍.機房和多媒體教室管理系統(tǒng)的虛擬化建設[J].實驗室研究與探索，2014.4：228-232