虚拟桌面技术 在多媒体教学管理中的应用研究*
姚倩 万利平
摘 要：随着教育信息化的不断推进，多媒体教学已成为各大高校常态化的教学模式，然而现有的多媒体教学管理方式却存在着分散化、低效率和高风险等问题，制约了教育教学的发展。虚拟桌面技术具有整合教学资源、提高管理效率等优点，将其应用于多媒体教学管理中，有利于管理模式的优化，支撑水平和服务能力的提升。
关键词：虚拟桌面技术;多媒体教学管理;多媒体教室
中图分类号：TP393? ? ? ? 文献标志码：A? ? ? ? ? 文章编号：1673-8454（2020）20-0094-03
一、高校多媒体教学管理的现状
1.分散化管理
以中国科学技术大学为例，公用多媒体教室约160间，分布于多个校区的多栋教学楼，导致只能以教学楼为单位进行分散化管理。目前，每栋教学楼安排一名管理人员，进行多媒体设备的定期检查、维护和更新，如遇突发问题需实时现场解决，加之管理人员数量有限，多媒体设备日趋多样化，越来越难以保障教学稳定而有序地开展。因而，这种分散化的管理模式导致多媒体教学管理效率低、运维难度大，严重影响了教学进度，增加了教学隐患[1]。
2.非个性化管理
由于公用多媒体教室是通用教学场所，面向全校师生提供各种类型的教学服务，因而在多媒体教学管理工作量大、难度高的现状下，只能以满足师生的基本需求为目标进行设计和建设，无法提供个性化服务。目前，我校采用的是系统还原的管理模式，通过网络同传技术实现操作系统和教学软件的安装，以提高运维效率，保障设备稳定。由于教师使用习惯以及不同课程之间的差异性，现有的多媒体管理模式难以满足教师个性化的教学需求。因此为师生提供个性化服务是多媒体教学管理中亟待解决的问题。
3.低安全性管理
多媒体教室作为通用教学场所，具有使用人员流动性大、使用频率高等特点，即使杀毒软件和防火墙等防备系统健全，在病毒程序不断更新换代的今天也难以阻挡各类病毒的入侵，加之在教学过程中，移动设备的高频使用加大了多媒体设备感染病毒的风险[2]。因而，仅靠系统还原的管理方式难以保障多媒体教学安全稳定地开展。
二、虚拟桌面技术
虚拟桌面是一种基于服务器的计算模型，它是以服务器为基础，结合传统的客户端模型，将终端系统进行虚拟化，在服务器端进行集成配置并统一管理，以达到桌面使用的灵活性和安全性。可以通过任何设备，在任何地点、任何时间通过网络访问属于我们个人的桌面系统。目前，桌面虚拟技术主要分为虚拟桌面基础架构（Virtual Desktop Infrastructure，简称VDI）和虚拟操作系统基础架构（Virtual OS Infrastructure，简称VOI）两种模式[3]。
虚拟桌面基础架构是基于早期的RDP协议和瘦客户机逐步演变而来的一种采用云端管理和云端运算的系统架构。通过用虚拟机在数据中心运行Windows桌面的方式，用戶可通过瘦客户端或安装了客户端软件的桌面进行连接和访问。VDI旨在为智能分布式计算带来出色的响应能力和定制化的用户体验，并通过基于服务器的模式提供操作和管理，因而它具有高效管理、灵活接入、资源可弹性分配等优势，但与此同时也存在对网络环境及服务器配置过度依赖等问题，其可行性在多媒体教学管理的应用中受到了一定程度的限制。
虚拟操作系统基础架构是一种由云端服务器集中管理和控制，客户端本地访问和执行的系统架构[4]。通过将桌面操作系统和应用软件集中部署在云端并在启用时传送至客户端的方式， VOI不仅可实现基于服务端的按需交付，也可实现客户端的本地缓存。同时，它大大降低了对网络和服务器的依赖性，即使遇到网络中断或服务器故障等突发情况，客户端仍可利用本地缓存继续工作，增强了系统的可用性、数据的安全性和用户的体验感，因此，在多媒体教学管理的应用中具有较高的可行性。
三、虚拟桌面技术在多媒体教学管理中的应用
鉴于VOI具有支持客户端断网脱机离线运行、对网络和云端服务器依赖小等优势，因而将VOI技术应用于高校多媒体教学管理是最符合需求、性价比最高且用户体验最好的选择。笔者以中国科学技术大学为例，介绍虚拟桌面技术在多媒体教学管理中的建设方案、部署实施和应用场景。
1.建设方案设计
本次建设范围包括第二教学楼、第三教学楼和第五教学楼内的公用多媒体教室，分别位于东西两个校区。由于参与建设的多媒体教室分布在不同教学楼和不同校区，相互间跨越了多个虚拟网段，且需途径多个聚类交换机和路由器才可建立联系，因此与服务器之间的通信不适用于通过PXE协议进行网络引导的方式，采用的是生成本地菜单进而与服务器进行连接，具体建设方案如图1所示。
在客户端，将引导菜单img文件写入本地磁盘后生成本地菜单，通过本地菜单可连接服务端的Boot服务，客户端便能够进入启动镜像配置界面，配置服务器网段信息，从而连接至服务端的IO服务，因而服务器端的操作系统和各类软件则通过网络以文件流的方式传输至客户端并保存下来。经缓存镜像文件后的客户端在下次启动时便可以本地缓存的方式启动或与服务器间仅进行必要的增量通信。该方案不仅降低了多媒体教学对网络环境的依赖，还降低了与服务端的耦合性，保障了教学活动安全而稳定地运行。
2.部署与实施
服务端采用主从机制，部署主服务器的同时还需从服务器作为备份，主服务发生数据变更时从服务器自动实现数据同步，不仅能够在主服务意外宕机的情况下从服务器能够作为援手继续与客户端进行通信，还能通过负载均衡的机制分解客户机对于主服务器网络和数据存储的压力[5]，如图2所示。主从服务器均以x86服务器、千兆网络和Server 2008 R2 SP1操作系统为基础，保留200G以上空间为数据文件存储区，将其分为基础盘目录、汇出盘目录和存储盘目录三个部分，分别用于群集文件的生成、更新和备份。
客户端在保障基础配置的前提下，通过使用PE系统对客户端磁盘进行格式化，再在其本地磁盘上写入引导菜单并生成本地菜单，随后将BIOS设置为本地硬盘启动，进入启动镜像配置界面，对客户端名称、本机IP地址、主从服务器IP地址等网段信息进行配置，再从客户端本地引导，通过选择“网络磁盘启动”连接到服务端。
在管理端创建多种适用于多媒体教学的操作系统和应用软件，将其作为客户机的镜像模板，并根据系统类型进行分类，目前主要分为XP、Win 7 和Win 10三种类型。此外，根据公用多媒体教室的地理位置，管理端对参与本次建设的客户机进行了如下分组：第二教学楼、第三教学楼和第五教学楼。在每个分组下创建与各教学楼多媒体教室数量相等的客户端节点，并对客户端的网段信息、数据盘分区以及启动菜单等参数作统一配置，如图3所示。
3.教学应用场景
虚拟桌面技术为多媒体教学管理提供了多种应用场景，在保证统一管理的同时还能满足师生的个性化需求，目前使用较多的是还原模式、更新模式和学习模式。
在多媒体教学中，随来随用、随走随关已成为多媒体设备的使用常态，加之多媒体教室的公用性，保障教学过程中师生数据私密无痕以及减少不同学科在使用过程中的相互干扰已成为多媒体教学管理中的重点工作。因此，在正常的教学运行中，大多数客户端采用了系统还原模式，即每次使用中产生的各类设置和数据既不会被保存在本地，也不会同步更新至服务端，计算机在每次启动后便会还原成最初始的系统环境。
由于各种操作系统面临着发布更新和修补漏洞等问题，对操作系统进行定期升级以及补丁安装也是日常维护工作的重点之一。此外，各类教学软件更新迭代，新增、删除和替换更是常态。此时，还原模式已不能满足管理工作的需求，需要在服务端对系统模板和镜像文件进行更新，即更新模式。选取一台客户机修改为更新模式后，便可在该机器上做更新升级工作，并且所有操作会同步保存至服务端，之后服务器便会将该次更新分发至与之相连的客户机，实现所有客户端的同步更新。
公用多媒体教室的用户对象是全校师生，因此在保障基本教学需求的基础上还要满足不同学科和不同教师对多媒体教学的个性化需求。比如，特定操作系统的切换、相关教学软件的安装以及部分教学资源的共享等。在这些情况下，需要采用虚拟桌面提供的学习模式，可以单独对某个客户端进行设置，设置为学习模式的客户端可以在本机保留所有的个性化操作，包括系统软件的更改和磁盘数据的保存，且每次重新启动后不会被还原。若想再恢复到客户端的初始设置，在管理界面将该客户端的缓存清空即可。
四、虚拟桌面技术在多媒体教学管理中的应用效果
1.统一集中化管理，运维效率大大提升
傳统的多媒体教学管理方式只能以单个教室为单位进行管理和维护，不仅繁琐还费时费力。通过使用虚拟桌面技术，管理人员可以通过可视化的界面操作对一个分组下的所有客户端进行统一设置和集中管理，也可以通过部署一台客户端实现所有设备的更新，将地理位置分散的多媒体教室进行归一化和集中化。即使在遇到多个客户端发生故障的情况下，管理人员也只需要远程协助解决，缩短了响应时间，保障了教学平稳有序地运行。
2.满足个性化需求，改善用户体验
将虚拟桌面技术应用到多媒体教学管理中，不仅实现了多个操作系统的按需切换，还可根据不同学科、不同师生的教学需求安装教学软件以及进行个性化配置，提升了系统的可用性和用户的体验感，为实现个性化教学提供了平台。
3.教学数据更安全，容错机制更健全
虚拟桌面技术提供的还原模式，能够清空用户的使用痕迹，保证个人信息的私密性和教学数据的安全性，另外，即使在遇到病毒入侵时，也能快速地恢复到系统的初始状态，无法造成系统的损伤和破坏。由于客户端本地磁盘保留有系统镜像缓存，在网络发生故障的情况下，客户端可以采用离线模式运行本地操作系统，从而不影响正常的教学活动。除此以外，如果本地镜像文件遭到破坏无法启动，清空缓存的机制可快速地从服务端重新载入系统镜像，大大减少了教学事故的发生[6]。
虚拟桌面作为一项新兴技术，为多媒体教学的管理提供了一种新的思想理念和解决方案，一定程度上整合了教学资源，提高了管理水平，增强了教学活动的灵活性和安全性，在高校的多媒体教学管理中得到了广泛应用，对高校的教育信息化建设和发展有重要意义。
参考文献：
[1]刘文茜.虚拟化技术在高校多媒体管理系统中的应用[J].科教导刊（上旬刊），2018（1）：14-15.
[2]孙飞龙.虚拟桌面技术在高校教育教学中的应用[J].无线互联科技，2017（7）：131-132.
[3]张凯，杨再明，宋慧宁.桌面虚拟化在多媒体教室管理中的应用[J].实验技术与管理，2017，34（6）：131-134+138.
[4]成晋军，张晓娟.云桌面VDI和VOI工作模式的协同研究[J].现代计算机，2019（31）：38-41.
[5]曾宇胸.基于虚拟桌面计算机实验室的构建与应用[J].中国现代教育装备，2017（11），16-18.
[6]周芹.虚拟桌面技术在高校多媒体教室管理中的应用[J].电脑知识与技术，2013，9（8）：1944-1945.
（编辑：鲁利瑞）
