基于VOI模式的多媒体教学环境构建研究

刘期建+冯灵林+张大敏+程宏伟

摘要：针对目前高校多媒体教学环境功能单一、维护困难、定制能力不足等问题，将桌面虚拟化技术应用到多媒体教学环境设计中，提出了一种基于虚拟操作系统基础构架（VOI）的应用方案。在分析高校多媒体教室使用现状的基础上，结合桌面虚拟化的主要技术和发展方向，重点描述了桌面虚拟化系统模型、体系结构及终端管理平台设计。与传统多媒体教室相比，VOI模式的多媒体教学环境能有效提高教学资源利用率，优化多媒体教学环境，实现复杂教学资源的定制化设计。

关键词：桌面虚拟化；VDI；VOI；多媒体教室；教学环境

中图分类号：TP37 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）34-8289-02

多媒体教学作为高校主要的教学手段，能够灵活组织教学资源，改善教学环境，达到激发学生学习兴趣、提高教学质量的目的。在传统多媒体教学环境建设中，由于计算机大多采用胖客户机模式，在使用和管理上存在着用户数据冗杂、操作系统单一、软件依赖性较大、教学资料不易保存等问题。虚拟化技术的出现为高校多媒体教育环境建设提供了一种新构建思路，采用桌面虚拟化技术进行多媒体教学环境部署已经成为高校现代教育技术应用的一种优化方案。

1 桌面虚拟化

虚拟化技术的工作原理是直接在计算机硬件或主机操作系统上嵌入一个精简的软件层，该软件层以动态和透明方式调度硬件资源的虚拟化管理程序，它使得多个操作系统可同时运行在单台物理机上并彼此之间共享硬件资源[1]。桌面虚拟化[2-3]是指将计算机的桌面进行虚拟化，采用基于服务器的计算模型，依赖于服务器虚拟化，生成大量的独立的虚拟机或虚拟桌面，并根据专有的虚拟桌面协议发送给客户端设备。桌面虚拟化是计算机虚拟化技术的应用方向之一，是目前快速发展、应用性较强的主流技术[4]。计算机桌面虚拟化应用主要有虚拟桌面基础构架（Virtual Desktop Infrastructure，VDI）和虚拟操作系统基础构架（Virtual OS Infrastructure，VOI）两种构建模式。

1.1 VDI模式

VDI的基本原理是通过后台服务器生成虚拟机，再由虚拟机向前台客户端交付虚拟桌面，提供操作系统、应用服务及用户定制的各类软件服务。虚拟化桌面会话管理服务器将对模板虚拟机进行统一协调管理，客户机在需要使用虚拟桌面时，使用客户端程序或浏览器窗口登录[5]，身份认证通过后，远程模板系统运行桌面将呈现在终端操作系统的新建窗口中，这个桌面即为虚拟桌面。用户对虚拟桌面上所有的操作实际都是对模板虚拟机的操作。通过专用传输协议，可以将终端的输人流发送到模板虚拟机，模板虚拟机的输出流则被传回到终端。

VDI模式通过在服务器上运行操作系统，将用户桌面进行虚拟化，而不必给每个用户配置桌面计算机。用户通过来自客户端设备的协议与虚拟桌面连接访问。通过计算机网络，能够快速部署通用桌面环境，并对桌面映像的集中管理和快速恢复。由于VDI模式采用硬件仿真和瘦协议，在流媒体、多媒体的计算和应用方面适用性不强，而VOI模式既对于服务器端的操作系统、应用服务以及用户定制的支持良好，也能有效实现客户端缓存操作系统、应用服务以及用户定制。这样，在处理各类流媒体数据、多媒体素材以及大型软件等方面，能有效利用终端资源和外部设备。大大降低对网络环境和硬件的依赖，确保终端在各种复杂情况下的正常运行。数据可实现集中存储或终端加密存储，而且终端应用数据的安全性得到有效保护，不会因网络或服务端故障而丢失[6]。

1.2 VOI模式

在对VDI模式的实际应用中发现存在一些不足或难于满足用户需求的情况。比如：终端对于服务器的压力非常大，流媒体和IP语音等应用的效率大打折扣；由于VDI模式需要保证网络质量，客户端必须保持网络通畅才能正常使用各种应用，而移动应用将遇到很多困难；对外设部件的兼容性不够全面。VOI模式灵活独创的架构可解决传统VDI模式难以解决的问题。

VOI模式以客户端虚拟容器技术为底层基础，将客户端完全虚拟化，建立虚拟容器池，在容器池上部署操作系统。VOI的特点主要表现在集中管理、本地运算，单镜像异构桌面交付，管理模式灵活，安全可靠，成本控制深入等方面。使用VOI构架部署的桌面虚拟化系统能够大幅降低终端运维成本，实现集中、统一、灵活的客户端管理，大幅提升管理人员的工作效率。

2 基于VOI模式的教学环境

2.1 虚拟化系统模型

采用VOI构架对多媒体教学环境进行设计，总体上按应用层、虚拟机管理层、虚拟硬件层三个层次进行设计[7]。

1） 应用层直接面对终端用户，用户借助客户端，完成远程登陆虚拟机并组织教学资源、进行教学环境部署。

2） 虚拟机管理层集中完成虚拟化管理、基于用户需求的虚拟机管理部分负责虚拟机资源的管理、虚拟机生命周期管理等工作，虚拟机访问管理部分负责用户与虚拟机之间的映射，完成用户访问虚拟机的任务。虚拟机的生命周期管理将由用户的计划安排、所需虚拟机配置等因素来决定，比如：根据课程安排、课件要求、教学环境配置等，自动产生虚拟桌面，使用完成后，虚拟桌面自动注销，完成系统的生命周期。这样，按照不同教师的教学要求和教学资源配置方案，生成不同配置的虚拟桌面，实现教学资源按需定制。

3） 硬件虚拟层分为硬件资源层和虚拟化层，硬件资源层由虚拟化服务器集群组成，虚拟化层则使用虚拟化的分层抽象技术对硬件资源层进行虚拟抽象，提供一个完整的虚拟硬件接口并且调度操作系统在虚拟机监视器上执行，为虚拟机管理层提供运行的环境和资源。

2.2 系统结构与部署

桌面虚拟化教学环境的网络拓扑结构如图1所示，虚拟机服务器集群连入校园网核心交换机，包括虚拟化服务器、桌面虚拟化服务器、应用管理及数据存储等硬件。部署上，将桌面虚拟化管理软件安装在虚拟机服务器上，建立教师个人定制的操作系统镜像文件，多媒体教学环境的客户端通过网络启动的方式通过校园网加载服务和数据，不用逐一安装客户端代理软件。endprint

2.3 终端管理平台

通过VOI虚拟终端管理系统的构建可满足不同教师的教学环境需求，包括各类多媒体设备使用与共享、应用软件支持、流媒体资源服务，使教学资源更具针对性和实用性。应用配置信息迁移（Profile Move to Save Private Space，PMSP）机制将教师的个性化信息迁移到个人私有空间中，为其恢复个人教学环境。私有空间独立于OS Mapping Stream之外，受自身文件访问权限的限制，可以从本机存储中开辟，也可以从服务器或私有云存储中分配。VOI虚拟终端管理系统架构如图2所示[8]。

3 结论

桌面虚拟化给高校现代教育技术发进步供了新思路和发展方向，基于VOI架构的桌面虚拟化技术在多媒体教学环境的应用，能够进行快速的按照部署操作系统，维护便捷，使客户端资源得以合理利用，减少硬件投入。教师能够灵活掌握教学资源的使用，按照实际需求配置教学软件，教学资源独立分离存储，降低计算机病毒感染。VOI整体架构设计利用成熟的虚拟化及安全管理技术并加以创新，克服了VDI模式局限，能更好地为多媒体教学环境建设提供更好的基础平台，为教师提供更加个性化的教学资源服务。

参考文献：

[1] 曲郁生. 虚拟机技术在网络课程实验中的应用研究[J]. 成都工业学院学报， 2013， 16（4）： 98-100.

[2] 沈尧林. 桌面虚拟化技术在高校中的应用[J]. 时代教育， 2010（8）： 106-107.

[3] 黄华. 桌面虚拟化技术的现状及未来发展研究[J]. 福建电脑， 2009（9）： 38-39

[4] 黄金敢. 高校教学环境中桌面云架构研究与实现[J]. 计算机技术与发展，2013， 23（12）： 222-225.

[5] 孙宇， 陈煜欣. 桌面虚拟化及其安全技术研究[J]. 信息安全与通信保密， 2012（6）： 87-88.

[6] Luis M V， Rodero L， Caceres J， et al. A break in the clouds： Toward a cloud definition[J]. ACM SIGCOMM computer communication review， 2009（1）： 50-55.

[7] 田高成. 面向高校实验室的虚拟化计算资源优化模型研究[D].济南：山东财经大学，2012.

[8] 何钦淋. 基于VOI的桌面虚拟化研究[J]. 专家新论， 2013（5）：49-51.endprint

2.3 终端管理平台

通过VOI虚拟终端管理系统的构建可满足不同教师的教学环境需求，包括各类多媒体设备使用与共享、应用软件支持、流媒体资源服务，使教学资源更具针对性和实用性。应用配置信息迁移（Profile Move to Save Private Space，PMSP）机制将教师的个性化信息迁移到个人私有空间中，为其恢复个人教学环境。私有空间独立于OS Mapping Stream之外，受自身文件访问权限的限制，可以从本机存储中开辟，也可以从服务器或私有云存储中分配。VOI虚拟终端管理系统架构如图2所示[8]。

3 结论

桌面虚拟化给高校现代教育技术发进步供了新思路和发展方向，基于VOI架构的桌面虚拟化技术在多媒体教学环境的应用，能够进行快速的按照部署操作系统，维护便捷，使客户端资源得以合理利用，减少硬件投入。教师能够灵活掌握教学资源的使用，按照实际需求配置教学软件，教学资源独立分离存储，降低计算机病毒感染。VOI整体架构设计利用成熟的虚拟化及安全管理技术并加以创新，克服了VDI模式局限，能更好地为多媒体教学环境建设提供更好的基础平台，为教师提供更加个性化的教学资源服务。

参考文献：

[1] 曲郁生. 虚拟机技术在网络课程实验中的应用研究[J]. 成都工业学院学报， 2013， 16（4）： 98-100.

[2] 沈尧林. 桌面虚拟化技术在高校中的应用[J]. 时代教育， 2010（8）： 106-107.

[3] 黄华. 桌面虚拟化技术的现状及未来发展研究[J]. 福建电脑， 2009（9）： 38-39

[4] 黄金敢. 高校教学环境中桌面云架构研究与实现[J]. 计算机技术与发展，2013， 23（12）： 222-225.

[5] 孙宇， 陈煜欣. 桌面虚拟化及其安全技术研究[J]. 信息安全与通信保密， 2012（6）： 87-88.

[6] Luis M V， Rodero L， Caceres J， et al. A break in the clouds： Toward a cloud definition[J]. ACM SIGCOMM computer communication review， 2009（1）： 50-55.

[7] 田高成. 面向高校实验室的虚拟化计算资源优化模型研究[D].济南：山东财经大学，2012.

[8] 何钦淋. 基于VOI的桌面虚拟化研究[J]. 专家新论， 2013（5）：49-51.endprint

2.3 终端管理平台

通过VOI虚拟终端管理系统的构建可满足不同教师的教学环境需求，包括各类多媒体设备使用与共享、应用软件支持、流媒体资源服务，使教学资源更具针对性和实用性。应用配置信息迁移（Profile Move to Save Private Space，PMSP）机制将教师的个性化信息迁移到个人私有空间中，为其恢复个人教学环境。私有空间独立于OS Mapping Stream之外，受自身文件访问权限的限制，可以从本机存储中开辟，也可以从服务器或私有云存储中分配。VOI虚拟终端管理系统架构如图2所示[8]。

3 结论

桌面虚拟化给高校现代教育技术发进步供了新思路和发展方向，基于VOI架构的桌面虚拟化技术在多媒体教学环境的应用，能够进行快速的按照部署操作系统，维护便捷，使客户端资源得以合理利用，减少硬件投入。教师能够灵活掌握教学资源的使用，按照实际需求配置教学软件，教学资源独立分离存储，降低计算机病毒感染。VOI整体架构设计利用成熟的虚拟化及安全管理技术并加以创新，克服了VDI模式局限，能更好地为多媒体教学环境建设提供更好的基础平台，为教师提供更加个性化的教学资源服务。

参考文献：

[1] 曲郁生. 虚拟机技术在网络课程实验中的应用研究[J]. 成都工业学院学报， 2013， 16（4）： 98-100.

[2] 沈尧林. 桌面虚拟化技术在高校中的应用[J]. 时代教育， 2010（8）： 106-107.

[3] 黄华. 桌面虚拟化技术的现状及未来发展研究[J]. 福建电脑， 2009（9）： 38-39

[4] 黄金敢. 高校教学环境中桌面云架构研究与实现[J]. 计算机技术与发展，2013， 23（12）： 222-225.

[5] 孙宇， 陈煜欣. 桌面虚拟化及其安全技术研究[J]. 信息安全与通信保密， 2012（6）： 87-88.

[6] Luis M V， Rodero L， Caceres J， et al. A break in the clouds： Toward a cloud definition[J]. ACM SIGCOMM computer communication review， 2009（1）： 50-55.

[7] 田高成. 面向高校实验室的虚拟化计算资源优化模型研究[D].济南：山东财经大学，2012.

[8] 何钦淋. 基于VOI的桌面虚拟化研究[J]. 专家新论， 2013（5）：49-51.endprint