张宸玮

（深圳大学外国语学院，广东 深圳 518000）

随着信息化的快速发展，学校的机房管理维护也经历了几代变革，从刚开始的单机GHOST[1]模式，到后来的保护还原和网络拷贝模式，到无盘工作站[2]模式再到现在的桌面云模式，机房的管理效率和教学的使用效果都有了极大的提升。

经过近几年技术的不断发展和积累，桌面云产品的成熟度已经非常高，在教育、政府、企业、制造、医疗、金融等多个领域都有广泛应用，每个行业都有自己独特的需求和特质，不同厂商针对其布局行业也都进行了特质性的开发。建设桌面云的意义在哪，他能解决现有的哪些问题呢？简单来说，桌面云[3]实现了终端的统一管理，物理使用空间的大幅提升，教学资源的弹性利用，终端耗能的大幅降低，教学办公的使用提升，数据的远程交付，终端数据的安全容错，总体建设维护成本的收缩。

1.桌面云技术选型分析

面对现在市场上如此多的桌面云产品，又该如何选择适合学校建设特点的桌面云方案呢。市场上桌面云主要架构有三种，分别是全云端方式的VDI,云端管理本地计算数据的VOI与IDV[4]，没有完美的技术，每一种技术都有他的优势与劣势，下面将从目前市场上的三种主流桌面云架构进行深入分析。

1.1 VDI架构桌面

VDI属于现在桌面云行业的主要发展方向和趋势，以全云的方式向用户提供的桌面，所有计算与管理都是在云端执行。完全依靠服务器的计算性能和存储空间进行数据的交互和远端使用。

目前国内绝大多数桌面VDI的就是通过KVM[5]的虚拟化技术进行开发，以服务器资源去承载虚拟桌面，将虚拟桌面可视化界面的视频流通过网线来交付到用户终端，用户终端通过解码视频流变成可视化图像展示在用户面前，用户端的外设及I/O操作信号及数据都通过网线传输回服务器中的虚拟桌面，实现与普通PC几乎没有差别的使用体验。通过这种技术方式可以将用户从机箱附近解放出来，通过任何接入网络的智能设备即可使用桌面。在该种方式下，可以获得高性能的资源，同时不需要在用户端考虑发热、功耗等问题，将用户应用体验释放到最大化。在该种技术架构下虚拟桌面运行在虚拟划分的硬件之上，而逻辑的划分是可以变动的，某个桌面需要多高的性能只需要通过虚拟化层向其划分更多的硬件资源即可满足需求，由于这种特性，硬件在没有损坏的情况下就可以一直为系统提供算力，不存在资源淘汰换大幅度地降低幅度的降低了硬件资源换代成本。从以前的买硬件变成了现在的买性能，划算又方便。在同一个桌面云系统内，可以根据实际情况划分不同量的硬件资源，在低性能需求的时候可以承载更多的桌面，也可以将资源集中的划分到某几个桌面，可以获得极强的性能。

但是在VDI架构下，由于所有的可视化界面是由CPU完成编解码的，受制于CPU的结构设计，它在视频数据编解码过程中表现效率比较低，所以VDI架构在大型3D类软件运算以及高性能需求的时候表现并不好。而且视频流数据和I/O数据是通过网线传输的，网线的传输稳定性并不如专用的视频信号线，因此其对于网络环境的要求很高。

优势：弹性资源，外网移动访问

劣势：终端性能虚拟化出来，因此在重3D及高性能计算需求下表现较差；对网络质量要求比较高，需要实时与服务器进行数据交互，有网络波动或断开的情况会导致所有虚拟机变卡或掉线。

1.2 IDV架构桌面

IDV架构出现的契机是随着现在终端CPU的不断升级，新一代的CPU无法支持如Windows XP和Windows 7这些系统的使用，对部分需要使用到相关系统的软件环境的用户提出的解决思路。

IDV通过在本地硬件之上加一个虚拟化层，操作系统部署在虚拟化层上。与VDI相比，它是由本地资源去承担计算的，但是由于技术的限制性，还做不到分布式的硬件资源调度，每一个虚拟桌面能划分的硬件性能只能在本地硬件性能范围之内，多余的性能并不能划分到其他桌面，他既做不到外网访问，也做不到弹性资源，他带来的优势仅仅是获得类似于VDI桌面的管理方式。而且由于系统运行在本地的虚拟化层中，所有数据和操作都需要穿透虚拟化层，在适配性上会产生一定问题，会耗费一定的本地硬件性能（约10%-15%），外设的兼容性也无法达到传统PC机水平，在市面上属于非主流方案，在用户有新机器使用老系统的需求时才会有推广。

优势：桌面断网可用，终端性能使用，新机器使用老系统

劣势：外设兼容性差，硬件资源会被虚拟化层消耗一部分，资源固定，无法做到外网访问。

1.3 VOI架构桌面

VOI也是本地计算的方式，系统直接部署在本地硬件上，不经过虚拟层，但获得了云桌面便捷的管理体验。

VOI架构是IDV架构的改进版，它抛弃了虚拟化层的使用，直接将需求的系统下发到本地进行使用，并且通过异构兼容技术实现多种品牌的电脑的统一管理。它将本地终端的计算性能全部发挥出来，计算能力由终端本地硬件性能来决定，通过一台低配的服务器进行终端本地系统的存储和各种教学数据的存储，解决了IDV架构外设兼容性差的弊端。由于现在软件开发流程越发标准化，也更加强调兼容性与跨平台特性，所以现在大多数情况下，软件都是可以正常运行的， VOI架构也逐渐成为用户在高性能计算下的选择架构。

优势：管理便捷，充分释放本地硬件性能，外设兼容性与PC一致，服务器宕机不影响终端使用，终端系统存在本地断网可用，支持新旧计算机进行分期部署。

劣势：资源相对固定，无法做到外网访问。

2.硬件方案选型

在VDI架构下，所有的计算性能全部由云端承担，用户使用性能取决于服务器的性能，本地主要进行显示，同时承载一部分性能，市场上VDI架构使用的终端被称为瘦终端（瘦客户机、云终端），本地性能不高，服务器则需要较高配置。

在VOI和IDV架构下，所有的计算性能全部由终端承担，所有的性能都取决于本地终端的性能，服务器主要起到存储管理的作用，因此服务器性能不需要配置太高，市场上VOI和IDV架构的桌面云使用的终端被称为胖终端（胖客户机），CPU性能更高。

目前市场上常用的瘦终端都是基于ARM和x86两种架构，胖终端都是采用Intel 高性能处理器的x86架构。瘦终端中，采用CISC（复杂指令集）的x86架构云终端的性能高于采用RISC（精简指令集）的ARM云终端，具体对比如下：

虽然在VDI架构桌面云中所有的资源都来自于服务器，但对用户操作指令的处理还是需要通过本地客户端接收处理后再传送至服务器，由服务器处理完后将虚拟机画面推送至云终端显示给用户，由于x86架构和ARM架构的工作机制不同，处理速度还是不一样，用户体验也不同；特别是在图形图像应用层面，由于本地也会进行图像的处理，在PS、DW，CAD等图形类软件应用中，针对图片拖动等设计图片变化的操作，x86架构的终端效果明显好于ARM架构的终端（比如不存在拖影，阻滞等）。

x86架构的云终端的网络支持千兆网卡，而大部分ARM架构云终端网络通常为百兆网卡，VDI架构桌面云对网络的依赖性较高，网络带宽的不同给用户的使用体验带来极大差异。

x86架构下，CPU、内存、硬盘等都为标准硬件配置，只是在功耗方面做了低压处理，而ARM的CPU、内存、硬盘（实际为闪存）等都是焊接集成在主板上的，这个和工厂制造工艺、批次相关，因此x86终端的使用稳定性要优于ARM终端。

ARM云终端对显示器分辨率的支持也是有上限的，通常19.5英寸显示器，部分厂家有优化。并不是真正意义上的不支持高分辨率，是因为大显示器、高分辨率的同时意味着全屏广播、全屏看视频等功能都要支持，ARM架构下常用的A9处理器性能有限。

x86架构底层兼容微软Windows操作系统和Linux操作系统，而ARM架构通常采用定制化的操作系统。在VDI架构中，云终端中内置了VDI客户端软件用于和服务器管理端软件进行通信，因此，在x86架构下既可以根据实际的需求安装基于Windows操作系统的客户端软件，也可以安装基于Linux操作系统的客户端软件；而在ARM架构中只能支持各厂商定制化的客户端软件。因此，由于x86架构本地支持Windows操作系统，所以x86架构对于在底层需要和第三方系统集成的兼容性要更好。另外，由于ARM架构下的操作系统和客户端软件都为各厂商定制化开发，后期也无法实现利旧（即A厂商的ARM终端对于B厂商来说是无法使用的）；而x86架构的终端经过调试是可以实现利旧的。

总结以上对比，x86云终端和ARM云终端推荐在不同领域使用，如果功能单一又受到环境制约的应用场景，比如普教（课程一样）、服务窗口（收费窗口）等，可以采用ARM云终端；反之，在高校公共机房（承担多个院系不同课程，考试场景）、办公场景（个性化操作） 等场景下建议采用x86云终端。

3.针对多媒体教室的桌面云选择

多媒体教室会使用到各种外接设备，对系统的硬件兼容性要求比较高。同时，多媒体教室会经常进行视频的播放，因此对于终端的本地性能要求比较高。教师们通常使用课件进行课程讲解，对于网络的要求相对较少，必须实现断网使用，否则会产生教学事故。三种桌面云架构中，由于VDI在网络波动情况对使用效果有很大影响，且终端性能不高，在进行视频的在线播放时性能不好。IDV架构虽然也是跑本地终端性能，但由于有硬件性能和兼容性的一定损耗，因此，对于多媒体教室而言，选择VOI架构在进行统一升级维护的同时，使用无异于传统PC机的性能和硬件兼容性，将终端本地性能发挥到极致。推荐使用性能高的胖终端进行终端更换，保证性能的同时，功耗更低，采用一台低配置服务器进行统一管理即可。

3.1 简化管理，提升效率，推进教育信息化改革

进行相关多媒体教室的桌面云改造，使机房教育装备、教学管理上一个新台阶，集中统一管理的云数据中心，可以更好地为机房教学服务，可使IT设备使用周期更长，使用效率更高，降低运维成本，简化了关键IT 流程，例如资源调配、策略执行、性能监控和环境部署，软件更新。将终端系统镜像进行统一管理，跨VLAN终端统一调配，简化防病毒流程，以提高安全性和合规性，从而提高了IT长期投入回报，引领机房教学进入云时代。

3.2 提高应用访问、系统安全性

利用多种系统还原策略，进一步提升了桌面系统安全，所有桌面数据重启后进行还原。相对于传统的PC不同，数据更加安全，不易遭受恶意攻击。管理员可以将安全补丁在数据中心仅需对标准Windows映像进行安装，一次安装，所有用户的桌面都可以得到升级，将系统风险降低到最低。

3.3 提高终端使用和访问的灵活性

对于师生来说，可以将本地系统数据上传至云端进行管理，获得和PC完全一致的体验。同时结合平台的教学网盘功能，实现数据的移动存储和数据迁移需求，及时获取数据。

3.4 绿色环保，降低运维成本

终端使用一体化设计，散热少，风扇小，使用非机械硬盘等易损元件，能耗更低的教学云终端，其寿命比PC机更久，使用周期更长，节省更多开支。同时大大减少电子垃圾，响应国家倡导的绿色节能号召，同时从管理、维护、终端更新换代，业务扩展、终端用户持续增长等各方面综合考虑，长期投资回报率高。

3.5 数据灵活，科研教学无忧

通过教学网盘教师可以实时获取远端数据，结合个人桌面也可进行桌面环境以及数据的漂移。未来亦可拓展线上科研与考试环境，实现学生、教师资源环境的线上预约，资源到时自动分发，使用完毕自动回收，满足线上教学和远端资源获取需求，提升学生基础学习能力，优化教师科研资源。

3.6 整体架构对比

桌面云和传统PC相比有很多优势，下面就针对双方的特点进行分析。

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4．结语

教育桌面发展如火如荼，传统PC桌面时代已经难以适应爆发式增长下的教学和运管需求，计算机实验室除了要承担不同专业的信息化教学开展，同时还需承接不同专业的考试环境及国家级考试。VOI架构下支持多系统离线使用，管理端可以后台同时对多客户端进行多操作系统数据缓存下发，就可以实现多系统的离线启动和离线使用，并且能够保持原有的还原属性，从而避免了由于服务器宕机或网络故障造成的教学事故，保证教学的良好秩序。桌面云能够适应不同教学环境下的终端使用需求，针对公共教学机房、综合实训机房、图书馆阅览室、师生活动中心开放型机房、经管实训机房、外语语音机房、计算机专业机房、教师办公、多媒体教室多种教学环境进行定制化方案管控和环境交付，满足不同环境下的使用体验和效率提升。