云數字語言實驗室的虛擬仿真環境部署與應用

黃勁，聶琳

（中山大學公共實驗教學中心，廣州510006）

0 引言

云服務技術發展及其廣泛應用，為實驗室建設和改造帶來了全新的解決方案。結合我們新建的云數字語言實驗室，利用實驗室的云實驗平臺，部署各種虛擬仿真教學環境，不僅能夠徹底解決外語課程教學中，教學環境多樣化、復雜化的問題，而且還能把過去單一化語言教學功能的音室，改造成為具有多室合一功能應用的云環境數字語言實驗室，這將是數字語言實驗室升級改造的一個新的發展方向。

1 構建虛擬化教學環境應用的云實驗平臺

采用桌面云的虛擬化技術來部署實驗室教學環境，已逐步成為了一種新趨勢，這將對實驗室教學環境部署和應用帶來了極大的方便性。目前，在多功能實驗室仿真環境部署和應用中，主要采用了桌面云的虛擬化VDI和VOI技術。我校區云數字語言實驗室的云實驗平臺，利用了校園高速網條件，采用混合云結構體系方式。云服務系統可以是多種云的綜合應用，可使用云晫（Vinzor）云VDI服務，也可使用海耘云VOI服務，還可以是將要擴展使用的其他如噢易云、VMware云等云服務。結合我們實際教學應用需要，云應用既有私有云應用方式，也有開放性公有云應用方式。采用多種云的混合應用方式，還能夠更好地解決各類課程教學環境的兼容性使用問題。

圖1東校區云數字語言實驗室的云實驗平臺結構示意圖

我校區的云實驗平臺，主要融合了云晫（Vinzor）云服務和海耘云服務的桌面云應用。云晫云服務采用桌面云VDI應用方式，可滿足實驗室內外的教學環境部署和應用需要。海耘云服務系統采用桌面云VOI方式，能夠更好地利用實驗室的硬件資源，滿足對硬件要求較高的教學環境部署和應用需要。采用云服務應用方式，能夠更方便地對實驗室內外的課程教學環境實施動態部署和管理。

1.1 桌面云VDI平臺

桌面云VDI平臺，能夠把大量桌面云以高度集中化管理方式進行部署和調度。不僅使實驗室云端能夠共享集中部署的仿真教學環境，還能夠使實驗室外的合法用戶也能共享集中部署的仿真教學環境，進一步拓寬了實驗室的教學空間。建立桌面云VDI的云端非常簡單，只需在云端上運行VDI云客戶端軟件來使用，或以云端瀏覽器訪問方式來使用。

云晫云服務平臺使用了2臺華為服務器，可為9間云數字語言實驗室內的450個云端，提供云晫云VDI應用及管理，或為授權的100個并發用戶提供VDI仿真環境應用。云晫云的桌面云VDI功能主要有：建立桌面云資源池，并根據課程表進行任務調度；制作相應的桌面云（有固定桌面、課程桌面2種）快照；按課室、課程需求進行快速部署和擴容；支持多云端應用和管理；監控云服務數據中心運行；存儲和備份用戶數據等教學應用服務。

1.2 桌面云VOI平臺

由于桌面云VDI架構，所有VDI桌面的虛擬機都集中在云服務端運行，其應用完全依賴云服務器。受云服務器性能和網絡傳輸的限制，容易帶來性能、成本、兼容性等諸多問題。桌面云VOI應用，既繼承了桌面云VDI的集中管理優勢，又充分利用了本地客戶端的計算處理能力和硬件資源，更適合實驗室內的多媒體類課程教學使用。其離線式運行，使虛擬仿真教學環境使用如同運行在本地一樣，減少了對云服務器和網絡傳輸的依賴。云管理服務器僅作為桌面云管理，各種桌面云的虛擬仿真環境都集中到云管理服務器來保存和管理。在客戶端需要時，將選用的系統環境直接調用到本地運行使用。

海耘云服務平臺，使用了1臺高性能PC作為管理服務器，實現對2間云數字語言實驗室（原第5、6語音室）內100個云客戶端的VOI應用和管理，能夠在實驗室內快速部署各種桌面云的仿真教學環境。利用實驗室本地客戶端強壯硬件的性能優勢，實現離線式的本地運行，可使運算速度、圖形顯示、用戶體驗以及外部設備兼容性跟本地PC使用一致。

2 桌面云的虛擬化VDI和VOI仿真環境部署

在桌面云VDI和VOI的云實驗平臺上，能夠實現本地或異地桌面云的仿真教學環境部署。利用VDI云服務管理平臺，可把桌面云VDI的虛擬仿真環境部署到云數字語言實驗室內外，并在線運行。為充分利用云數字語言實驗室的本地資源，提高運行效率，可利用VOI云服務管理平臺，把桌面云VOI的虛擬仿真環境部署在云數字語言實驗室上，并離線運行。

2.1 桌面云VDI部署

首先在云晫云服務器上，安裝桌面云VDI系統，并進行初始化配置，然后用虛擬機模板來創建虛擬機。設置虛擬機存儲位置，選擇運行操作系統，分配虛擬機的CPU、內存、磁盤空間等硬件資源。通過光驅引導ISO文件來安裝操作系統，將虛擬機轉為模板，在資源池中將模板生成類型相同的多個虛擬機。創建多個虛擬桌面集合組成的桌面池，這過程就是通過模板來創建若干虛擬桌面，最后通過桌面管理將用戶和虛擬桌面關聯。

桌面云VDI資源的開放控制，主要是按教學安排和課程進度，通過云服務管理系統進行規劃、配置、調度和管理。課程教學之外不需要的課程桌面云資源，將由云服務管理系統來統一回收，以節省云資源開銷。

2.2 桌面云VOI部署

在海耘云服務器上，首先安裝操作系統及VOI業務系統，開啟DHCP服務，將云客戶端設置為開機網卡啟動PXE。通過服務器DHCP服務自動獲取IP地址，并選用對應鏡像下載來安裝，進入Windows 7系統后，可打開VOI云客戶端查看下載進度。在鏡像批量下載前，需要先制作好鏡像模板。

海耘云VOI管理服務器只負責鏡像的上傳、分發和管理，以及遠程控制云端應用的策略、調度和使用管理等，可隨時、隨地在任意云客戶端上，進行桌面云的操作管理。云客戶端完成下載鏡像后，將離線運行，教學環境桌面將不再依賴云服務器，不受外網影響，還可直接使用本地來存儲數據，保證了教學使用的安全性和連續性。

3 虛擬仿真環境在教學上的應用

在云數字語言實驗室的教學應用中，一方面是在外語課程教學的課堂使用，能夠通過桌面云的虛擬化仿真環境，滿足各種特定環境的外語課程教學使用需要；另一方面是在外語課程之外，滿足計算機類課程的小班教學需要。此外，通過云實驗平臺，還能夠推送各種課程教學的虛擬仿真環境到實驗室外應用。

3.1 桌面云VDI部署的課程教學應用

在云數字語言實驗室的外語課程教學上，可對外語課程的特殊教學環境建立桌面云VDI的虛擬仿真環境部署和應用，從而為外語課程教學提供全方位的環境保障。如為9間數字語言實驗室的教師端（lab1-lab9）建立云晫云VDI的固定桌面，提供了特殊教學環境的虛擬仿真應用，解決了低版本電子教案PPT在高版本教師端環境下，不能鏈接視音頻源播放等諸教學問題。

圖2云實驗平臺的云晫（Vinzor）云管理系統

在外語課程外的其他課程教學上，可利用云實驗平臺進行虛擬仿真教學環境部署和應用，實現在教師和學生的云端，完成各種課程教學環境的桌面云推送。此外，還能夠以桌面云VDI形式，把課程教學環境的課程桌面推送到實驗室外，供學生自行建立云端共享使用。學生能夠在校園內，隨時、隨地進行課程的自主學習和實訓，保證了學生在課外的實踐環境與實驗室教學環境的一致性。

利用校園網條件，課程任課老師還能夠用賬號和密碼進行登錄，即使在異地校區，也能夠訪問專屬的桌面云VDI固定桌面或課程桌面，進行教學環境的搭建、部署和管理。方便了課程任課老師對課程進行教學設計、教學內容調整，以及對教學資源的整合。部署好的課程教學環境，能夠以桌面云VDI課程桌面，推送到校區實驗室內外的云端使用。

3.2 桌面云VOI部署的課程教學應用

在外語課程外的課程教學實踐中，我們選擇了多媒體技術類的《電子音樂合成技術與應用》和《數字影視技術》課程，作為課程教學典型案例，進行了云環境下的示范性課程教學改革探索。在桌面云VDI應用基礎上，進一步融合桌面云VOI應用，利用其中2間實驗室硬件資源，搭建了海耘云VOI服務器和100個VOI桌面云客戶端，開展課程教學實踐。

使用桌面云VOI課程教學環境進行教學，需預先創建好操作系統鏡像，然后上傳到桌面云VOI管理服務器保存和部署。教學使用時，由桌面云VOI管理服務器統一管理調度，分發給實驗室的客戶端?？蛻舳讼螺d操作系統鏡像后，保存在本地，離線運行于本地硬件上。桌面云VOI充分利用了云客戶端的本地計算處理能力和硬件資源，兼容性好，尤其適合多媒體技術類課程的教學使用。

圖3海耘云桌面管理系統與數字影視技術課程VOI云端

3.3 云實驗平臺與課程教學網站有機結合，有利于自主學習

在課程教學過程中，特別是實踐性課程的教學上，把云實驗平臺與課程教學網站有機整合起來，將有助于學生隨時、隨地進行課程自主學習。利用桌面云VDI推送的桌面云教學環境，更好地保證了學生學習環境的一致性使用，尤其適合在實驗室外，進行課程實訓時使用。同時，也能適合在異地的課程教學使用。

結合課程的實際教學需要，還可以使用云實驗平臺的云存儲功能，為學生配置云存儲空間（一般為8G）。以方便學生把課程學習過程中的工程文件、臨時文件和實驗數據保存起來，日后繼續進行編輯修改使用，為課程實訓帶來便利。

4 虛擬化仿真教學環境應用的問題探討

在云數字語言實驗室的虛擬仿真環境部署和應用中，結合我們對課程教學改革實踐的經驗體會，我們認為利用桌面云VDI+VOI技術應用，不僅能夠為多功能實驗室教學環境部署帶來便利，而且還能夠為實驗室維護管理帶來許多好處，降低了運維壓力，節省了人力，提高了工作效率。通過示范性課程教學的具體實踐，我們認為云實驗室的虛擬仿真環境部署和應用有其自身特點和整體優勢。

4.1 云虛擬仿真環境部署，更適合多室合一功能的教學應用

在實際教學使用中，總會有部分課程教學環境是實驗室無法滿足的，通過云環境的桌面云應用，能夠把這些特殊的教學環境部署后，推送到實驗室云端上使用。桌面云VDI采用在線式應用，桌面云VOI采用離線式應用。

對于多媒體類課程的教學環境，更適合使用桌面云VOI方式部署使用。教學環境的操作系統鏡像推送到強壯云客戶端后，可享用本地客戶端的運算處理，以及外設資源。文件、數據可采用集中云存儲，也可使用云客戶端的本地存儲?？蛻舳吮镜卮鎯Φ臄祿?，不受網絡或云服務端的故障影響。

4.2 開放式云服務適合多校區、多環境下的應用

開放式的云實驗平臺，不僅能夠把教學環境推送到實驗室云端上使用，而且還能夠在課余，推送虛擬化桌面到實驗室外的校區云端上使用，即使在異地校區的云端上也能使用。教師和管理員還可以在異地校區，進行云桌面的教學環境部署和調度管理，非常方便。結合云盤功能等云應用服務，課程教學的使用效果更佳。至于云實驗平臺系統的規模和性能，資源的分配和管理，涉及到云應用的整體規劃和調度策略，還涉及到成本投入和授權使用等問題。

4.3 采用VOI解決方案，可對電腦病毒、流量異常等進行有效控制

實驗室采用了桌面云VOI應用，可在驅動層面實現對ARP病毒、流量異常、USB等外設的有效控制。其所具備的網站動態防護技術，能夠快速地將安全策略下發到客戶端，有效避免訪問網站時帶來的安全隱患。而且還具備磁盤還原保護功能，能夠對課程資源分離存儲，有效避免還原系統下的客戶端病毒入侵。

4.4 虛擬仿真環境部署管理，更好地實現實驗室集中控制

一流實驗室的建設，不僅需要在實驗室的技術上、性能上、功能上、環境上具有先進性和創新性，而且還需要在實驗室管理層面上具有一定的先進水平。實驗室除了要有行之有效的教學環境部署和應用方式外，還需要有集中監控和集中管理手段，能夠對實驗室設備進行集中控制管理。利用桌面云的遠程開/關機、系統自動還原保護功能，并結合實驗室的視聽中控、視頻監控，以及遠程智能控制，最終實現實驗室整體的智能化集中控制管理。

5 結語

桌面云VDI+VOI技術應用的有機結合，實現了實驗室各種教學環境的快速部署和應用，教師和管理員能夠方便靈活地自行搭建、集中維護、動態管理專屬的桌面云。桌面云的虛擬仿真環境部署和應用，大量節省了部署教學環境的準備時間和系統空間，提高了課程教學的效率和質量。不但滿足了教師個性化教學的需求，保證了課程教學的安全性和私密性，為深化課程教學改革打下良好基礎，而且還提高了實驗室智能化管理水平，減少了運維的壓力和成本。新一代的云環境全數字語言實驗室，因其特點和優勢，將會成為今后數字語言實驗室建設發展的趨勢。