VDI与VOI技术融合的高校计算机云端实验室建设

2023-06-15溪利亚程殊

计算机时代 2023年6期

关键词：融合

溪利亚程殊

摘要：为了满足各学科、专业、年级学生的实践需求，高校公共计算机实验室需要在业务体量大且复杂的环境中完成场景快速部署及其管理。因此提出运用VDI（Virtual Desktop Infrastructure）与VOI（Virtual OS Infrastructure）技术融合的云桌面架构，依据场景特性、现场网络、软硬件配置等设计多场景的桌面交付方案，为学生构建个性化的实践教学环境。

关键词： VDI； VOI；融合；多场景

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1006-8228（2023）06-161-04

Construction of university computer cloud laboratory based on

the integration of VDI and VOI technology

Xi Liya， Cheng Shu

（Wuchang Shouyi University， Wuhan， Hubei 430064， China）

Abstract： In order to meet the practical needs of students in various disciplines， majors and grades， public computer laboratories in universities need to accomplish rapid deployment and management of scenarios in large volume and complex business environment. Therefore， a cloud desktop architecture that integrates VDI and VOI technologies is proposed to design a multi-scenario desktop delivery scheme based on scenario features， onsite network， hardware and software configuration. It builds a personalized practice teaching environment for students.

Key words： Virtual Desktop Infrastructure （VDI）; Virtual OS Infrastructure （VOI）; integration; multi-scenario

0 引言

在高等教育中，计算机技术与各个学科、各个专业领域相互融合，在现代人才培养中发挥着重要作用。高校公共计算机实验室面向全校各专业开放，旨在为各个专业的各门课程提供上机实践、上机考试、培训、自主学习与实践创新等教学环境。由于专业课程实践需求的不同，对计算机系统的应用配置和性能要求也不同，例如不同的操作系统、不同的应用软件及版本等，这就要求一台计算机的操作系统和软件的部署要根据每门课程的具体要求来实现个性化安装配置。然而，公共计算机实验室管理和维护的计算机体量大，场景复杂，在一台计算机上往往需要配置几套个性化系统，并且还要随着需求的变化不断调整，这降低了计算机资源的利用率，同时增加了实验室系统维护难度，更影响了师生的实践体验，有时甚至会因为应用的不兼容性，被迫降低实践要求。

云计算采用虚拟化技术，以按需分配的方式为用户提供存储、计算、软件、管理等个性化服务，其资源利用率高，受到高度重视，已在各行各业中得到广泛应用[1]。在高校各实验室的建设中，虚拟化技术发挥着重要作用，然而单一的虚拟化技术不能满足各专业对计算机系统的应用配置和性能要求。本文以高校公共计算机实验室的建设为背景，通过对VDI（英文全称：Virtual Desktop Infrastructure）与VOI（英文全称：Virtual OS Infrastructure）技术融合，探索满足多场景适应的实践教学的方案，满足不同专业和课程的应用需求，实现高效的实验教学管理。

1 关键技术

云计算通过服务器虚拟化、存储虚拟化、应用虚拟化、桌面虚拟化为用户提供服务[2]。在桌面虚拟化中，用户基于网络，通过终端设备，如瘦/胖终端、PC、手机等，远程连接到云端的虚拟化桌面，使用其存储、计算、软件、管理等资源 [3]。VDI、IDV（英文全称：Intelligent Desktop Virtualization）和VOI技术是实现桌面虚拟化的主流技术[4]。VDI、IDV和VOI技術对照表如表1所示。

⑴ VDI，即虚拟桌面基础架构。该架构将全部的计算资源部署在云端服务器上，并采用桌面虚拟化技术在服务器上生成多个虚拟机，用户通过网络访问服务器上的虚拟机，获取自己的专有应用场景，就像是访问传统的本地安装桌面一样[5]。VDI容灾性、异构硬件兼容性较好，能够较好的适应移动桌面需求，用户体验好，但是服务器的负载重，所以适合计算量适中的场景。

⑵ IDV（Intelligent Desktop Virtualization），即智能桌面虚拟化。该架构通过下发虚拟机文件交付桌面，虚拟机文件镜像由服务器制作后下发给终端，由终端通过本地的计算资源渲染出相应的桌面。与VDI相比，降低了对网络的依赖程度，计算的工作在终端完成，能够一定程度减少服务器的负载，虽然本地有虚拟化层（虚拟化程序）的损耗，但是对计算量较大的系统应用优于VDI。

⑶ VOI，即虚拟操作系统基础架构。该架构由服务器来管理操作系统镜像，并直接将操作系统镜像下发给终端，在终端硬件上直接运行，无需虚拟机[6]。与VDI相比，计算工作在终端完成，能够一定程度减少服务器的负载，降低了对网络的依赖程度；与IDV相比，本地无虚拟化层，无终端损耗，所以，更适合计算量较大的系统应用[7]。

VDI、IDV和VOI技术采用了集中的服务器管理方式，方便统一管理，能够解决体量大、任务紧急的场景快速部署，提高了管理效率[8]。而实际应用中，根据不同的应用场景去选择不同的产品进行方案组合[9]。

2 计算机云端实验室的建设

2.1 方案设计

在公共计算机实验室的建设中，主要解决以下问题：

⑴ 实现多场景快速部署，不仅保证教学任务的顺利进行，也能满足实践环境个性化需求；

⑵ 提高管理效率，降低实验室的维护成本，减少停机停课进行维护的时间，保证机房教学的连续性，提高机房的使用效率；

⑶ 提高安全性，提升容灾能力。

在实际的应用中，由于学科、专业不同，实践场景不同，所以对于资源配比的需求也不一样。对于常规教学和实训，硬件配置要求适中即可；而对于3D应用、图形设计交互显示、计算处理的应用场景，终端计算和图形能力要求较高。

我们结合问题分析，需要从经济性、可持续性、安全性考虑，改革当前线下实验室建设模式，以利旧改造为主，将传统PC替换为虚拟桌面，并依据场景需求、现场网络状况、软/硬件配置等设计多场景的虚拟桌面交付方案，满足多专业实践应用需求，实现课堂内外的实验环境连续；在大规模的终端环境中，通过桌面云平台，解决实践环境快速的批量部署和管理问题，提高管理和维护效率，保证机房教学的连续性需求。然而无论是VDI、IDV，还是VOI技术，都不能独立的满足多场景的需求，按照优势互补的思路，提出基于技术融合的全场景覆盖的计算机云端实验室建设方案。对VDI、IDV、VOI技术的“管理方式”、“桌面交付方式”、“计算任务”、“终端损耗”、“异构硬件兼容性”和“容灾性”进行分析，从满足实践环境对计算资源的不同场景需求为标准，兼顾终端损耗问题，提出了采用VDI与VOI融合来构建计算机云实验室。基于VDI+VOI的融合云桌面架构，如图1所示。

方案设计中，虽然VDI技术交付的虚拟桌面终端无损耗，但是网络和服务器依赖性大，当服务器或网络故障发生，可能导致教学事故。为此，设计了两种模式。①终端无硬盘，实验室规模较大时，服务器需要数量较多，如果某台服务器出现故障，虚拟桌面采用自动迁移的方式到其他正常服务器，避免因服务器故障导致某间教室无法上课；实验室规模较小时，可能只有一台服务器，采用屏幕广播重定向方式，即使终端因服务器故障或者主干网络故障无法进入操作系统，教师也可通过离线屏幕广播进行教学。②终端有硬盘，采用虚实双系统，即使所有服务器及网络瘫痪，终端可自动感应，并切换到实系统。

其实施方案拓扑图，如图2所示。

2.2 建设成效

实践教学是人才培养的重要组成形式，是促进知识内化和提高动手能力的有效途径。由于课内实践学时有限，需要将课内实践延申到课外。然而，在实际的开展中，学生课外实践受环境的影响，很难落实。计算机云端实验室的建设实现了对数据、系统、应用等实践环境集中运维，统一管理，不仅降低了实验室维护成本，更加速了计算机实验室现代化管理机制的探索和实践教育信息化进程。方案提供“教学桌面”和“个人桌面”两种模式，构建课内课外一体化的、高性能的实践教学环境，为学生课外实践、教师科研、教研的开展提供了保障。在“教学桌面”模式下，管理员制作适应各专业应用需求实践环境模板，通过网络，快速分发虚拟桌面，实现多个专业上课环境自由切换需求，不仅能保证教学的连续性，也能充分利用计算资源，满足课内实践教学。在“个人桌面”模式，虚拟机数据不还原，虚拟机登陆跟随账号走，在任何设备、任何时间、任何地点都可以登陆到属于自己的桌面，以满足毕业设计，作业实验等应用，为学生提供专用桌面环境，满足课外实践需求。

3 结束语

本文方案中，通过先进技术（VDI与VOI技术融合云桌面）对高校计算机实验室建设架构进行了完善，整合现有资源，对公共计算机实验室进行实验环境的信息化改造，即确保实验室运行成本在合理范圍内，也创造出更为灵活多变且实用性较强的实验桌面场景，构建了开放共享、个性化的实践教学环境来满足个性化的场景需求；通过统一和规范化的管理，提高运维的效率和安全性。本文在技术分析、方案设计思路上探讨了将现代基础教育和信息技术融合发展的途径，推进先进技术在实验环境中的应用和改造，有助于实践教学信息化深度融合。

参考文献（References）：

[1] 刘金燕.探析云桌面技术在高校计算机实验室管理中的

应用[J].计算机产品与流通，2020（2）：241

[2] 令狐新荣.云桌面技术在经管类实验室建设中的应用[J].

信息记录材料，2022，23（8）：75-78

[3] 李毅.噢易桌面云虚拟化平台在高校计算机语音实验室的

应用探讨[J].数字技术与应用，2021，39（7）：56-58

[4] 闵昌兆.云桌面技术在高校计算机实验室建设中的运用[J].

轻工科技，2021，37（4）：83-84

[5] 何新彪.基于云终端算力提升VDI云桌面性能的融合架构[J].

科学技术创新，2022（31）：70-73

[6] 杨楠，赵骥，郑红英，等.基于VOI模式的高校多媒体教室桌面