云桌面系统在艺术设计类专业实训室建设中的应用与实践

王彦敏 姜美宁

（昆明冶金高等专科学校 云南·昆明 650033）

0 引言

随着教育信息化建设的发展，如何管理好、维护好、使用好多媒体教室和实训室，充分发挥其效能，更好地为师生服务，是学校管理部门所关心的热点问题。作为信息技术第三次浪潮的云计算，随着其技术的日益成熟，大规模应用的积累及成本的下降，应用领域也在近年得到了极大的拓展。云桌面虚拟化建设模式可有效解决建设成本高、管理维护难和扩展性差等不足，还可以解决移动办公数据存储、同步及安全的需求，同时还可以解决当前疫情常态化形势下远程教学实训的需求。目前，云桌面在教育行业内普通的计算机应用情景相关的建设中得到了日益广泛的应用，但在艺术设计类专业的计算机实训室建设方面应用仍然较少，原因是3D类软件和photoshop等图形图像处理软件对计算机图像处理运算的 GPU资源占用较高，大部分云桌面厂家缺乏成熟可行的显卡虚拟化技术（vGPU），还未支持显卡虚拟化，遇到有显卡需求场景时，往往还是采用物理PC来代替，不能提供一整套的云机房的建设方案。本文以应用云桌面虚拟化技术来建设使用3dsMax等大型软件的计算机辅助设计实训室为实例，针对项目建设的目标、方案设计和实施效果等进行论述，以作为对相关建设的借鉴。

1 存在问题与建设目标

1.1 传统PC建设模式问题分析

首先是运维成本高。表现在硬件不统一，管理维护困难。由于投入经费、采购时间等诸多限制因素，电脑通常是多批次采购的，通常不同批次的设备品牌、型号和性能差异很大，这对于管理人员来说，必然增加了维护难度。

其次是资源利用率低。一方面是受固定场所限制。传统物理PC机房教学资源受到固定场所限制，对于想要在家或者寝室自主学习的师生需要用到桌面资源的需求，特别是在疫情防控背景下，高校无法远程开展实训教学。

另外是扩容成本较高。计算机软件更新较快，特别是艺术设计类专业常用的3ds Max、Maya、Photoshop、Premiere等计算机辅助设计软件，随着升级占用资源日益增加，使用5年左右的计算机基本上难以流畅运行上述软件。如果需要扩容硬件，必须购买相同配件，且需要计算机支持扩容槽位，对于跨越度较大的扩容需求，增加配件已无法满足需求，只能重新采购，扩容成本花费较高。

1.2 建设目标

本项目的建设目标是以服务器虚拟云桌面的模式建设具有100终端的云桌面平台，主要应用于艺术设计学院创新创业实践及课程实训使用，同时可满足教学场景和考试场景的使用需求，并且可以提供一种简单高效的使用方式。具体包括一间具有50个终端可以流畅运行3DsMax等大型图形图像处理软件的计算机辅助设计实训室，20间多媒体教室教学用终端和专业工作室内30个终端。通过使用服务器虚拟云桌面模式建设达到便于实训室管理人员和多媒体教室管理人员轻松管理计算机实训室和多媒体教室；通过使用服务器虚拟桌面的模式建设，达到实训室后期硬件升级的便利性和较好的扩展性；通过使用该模式，达到根据计算机实训室实训内容，灵活配置计算机硬件资源。实现师生远程使用实训室软硬件资源，支持计算机辅助设计专业实训课程实现远程教学，达到资源使用的最优化。

2 建设方案设计

2.1 方案的软硬件构成

本方案需要由服务器虚拟化、分布式存储、桌面虚拟化、安全网关、广域网加速设备SD-WAN、瘦客户机等构成一整套解决方案（见图1）。

图1

2.1.1 云桌面承载节点

云桌面承载节点由服务器、服务器交换机、存储设备等硬件和服务器虚拟化软件构成。服务器主要配置为：计算核心：Gold系列，单节点24个及以上核物理计算核心，单核心运算频率2.9GHz及以上；内存容量368GB及以上；存储：1.6TBPCI-E、5*4TSATA；显卡：32GB。服务器虚拟化软件使用云之翼服务器虚拟化软件 yiServer。软件支持异构资源池，当多台服务器使用同一品牌、不同型号的CPU时，能够建立异构的物理资源池；支持将物理服务器虚拟成多个逻辑上相互独立的虚拟机，虚拟机之间可实现隔离保护，任何一个虚拟机发生故障时都不会影响同物理机上的其他虚拟机运行；支持GPU虚拟化技术，可将一张物理显卡最少虚拟成32虚拟显卡。

2.1.2 桌面虚拟化软件

桌面虚拟化软件使用云之翼桌面虚拟化（yiDesktop）。软件可将Windows和Linux桌面转变为一种任何用户、任何设备、任何地点都可以使用的按需服务，可以快速、安全地向所有PC、Mac、平板电脑、智能电话、笔记本电脑和瘦客户端交付任何类型的虚拟桌面或Windows、Web和SaaS应用。软件可提供可设置的还原与不还原模式，可托管Yi Server、VMware vCenter、Microsoft SCVMM、Amazon EC2等云平台，其开放、可扩展和经过验证的架构可以大幅简化虚拟桌面的管理、支持和系统集成工作，优化性能，提高安全性，降低成本。

2.1.3 云桌面管理软件

为了方便系统运维，采用云之翼云桌面管理软件（yiCenter）和云之翼云桌面预警软件（yiDirector）对云桌面系统进行管理。yiCenter是针对云桌面系统运维管理所研发的综合操作平台，它从服务器，桌面，终端三个维度实行统一管理，全方位操作云桌面系统实施，交付，运维，更新等各类任务。yiDirector是一款针对云桌面所研发的主动运维产品，可对桌面云基础架构进行全方位侦测，提供故障预警与分析服务，使用户更全面、及时的了解云桌面、云服务器、网络等资源的健康状态，有效提升桌面云的稳定性。

2.1.4 安全网关

安全网关使用云之翼云网关。这是云桌面解决方案中的一款软硬件一体产品，可实现外网云桌面的访问加速和用户体验的提升，并确保其可用性和安全性；既能为用户提供简单安全的访问体验，也能为管理员提供有效的安全控制功能。随时随地应用访问云网关可让用户在任何时间、任何地点，通过任意设备连接网络访问云桌面，提高了工作效率。优化服务器使用云网关能够确保云桌面基础架构服务器可用性，避免了单点故障；同时可在多个数据中心间以智能方式有效地分配应用流量，成为极具弹性的灾难恢复解决方案。保障应用和数据安全作为一种安全的互联网访问云桌面解决方案，云网关为IT人员提供了细粒度的应用层策略和行为控制能力，可保障应用和数据访问的安全。

2.1.5 瘦客户机

瘦客户机采用云之翼YX系列产品，采用全新X86处理器，高核显处理能力，内存、硬盘可自由选配，独特无风扇设计，独立双显 HDMI+VGA，支持VDI桌面虚拟化的外设重定向，兼容市场90%以上外设，能耗低、稳定性更高，基本零维护。主要配置如下：CPU：x86双核 2.0GHz；内存：4GB；存储：32GB；I/O端口：1× USB 3.0、3 × USB 2.0；1×千兆 RJ-45网口；1×VGA，1×HDMI；1×耳机口；1×麦克风口，含壁挂、含终端客户端软件。

2.2 系统平台网络的架构

整个系统平台网络的架构分为：接入层、云桌面应用交付层、校园网核心应用层。接入层：教室接入交换机上行采用双链路光纤到服务器核心交换机，通过LACP方式进行链路捆绑，提升链路带宽以及物理链路冗余，当其中一根链路出现故障，不会影响到桌面的正常使用。接入终端全部千兆接到桌面。云桌面应用交付层：由服务器虚拟化组成服务器集群，里面包含云桌面运行的各个功能组件以及桌面资源，通过光纤双链路冗余连接到服务器核心交换机。校园网核心应用层：云桌面整体网络属于校园网一部分，需要访问校园网的某些应用资源，同时支持校园网整体网络规划的统一管理，云桌面连接服务器核心交换机，通过NAT或者路由方式连接到校园网中，实现整个网络层面的互通（见图2）。

图2：云桌面网络拓扑设计

3 方案的实施效果

3.1 管理较为便捷

云桌面应用后所有计算和存储设备集中在数据中心的服务器中，管理人员仅需对服务器和网络进行管理，终端免维护，应用程序后台一键更新所有云桌面，且更新时不影响用户使用，可在网络互通的任意地点，用任意的智能设备执行此操作，更新时长10分钟以内，相较于物理PC机房而言更新时间短并且灵活。CPU、内存、硬盘等可根据业务需求进行动态调整，当遇到需要布置考场时，同样通过模板的切换同时把所有的机房系统环境更新，将以前可能需要1-2天的工作量缩短到一个管理人员1个小时之内即可完成，管理极为便捷。

3.2 最大程度实现资源共享

2020年新冠疫情防控期间，因为教学软件安装复杂，对电脑配置要求高，学生自己安装较为困难，从而导致计算机辅助设计类课程远程教学难以实施。而通过云桌面系统的应用，较好地解决了这一问题，实现教学软硬件资源的远程共享。ICA协议的优势支持更低的桌面运行带宽，保证用户在低网速带宽下的良好用户体验，可以实现WIFI接入访问，学生可通过自己的笔记本连接WIFI登录到云桌面，使用相同的教学资源，最大限度地将资源灵活使用，打破传统物理机房受固定场所的限制，实现了较高的资源利用率，使教学的方式更加灵活。

3.3 节省成本

集中管理和安全提升意味着成本的降低，桌面虚拟化比传统PC有着更高的投资回报率。根据相关研究测算，使用云桌面虚拟化建设模式后，资源利用率提升10倍，24小时功耗节省71%业务服务器准备周期减少97%，维护效率提高9倍。配合瘦客户机使用时，可以真正实现客户端零管理，病毒、误操作都不会对系统产生太大影响，瘦客户机耗电量只有20瓦左右，尤其是在学校大规模终端设备的场景下，省电效果尤为明显，减少应用程序和桌面的部署管理工作量，延长终端设备的使用寿命。提升系统安全，提高工作效率。

4 结语

虽然云桌面在3D和图形图像处理相关计算机辅助设计实训室建设中的应用还处于不断探索中，在实际使用时，软件授权等部分技术和网络传输速度在一定程度上影响着使用效果，但随着5G网络的普及和技术的优化改进，云桌面在计算机辅助设计领域的应用将会不断扩大。通过云计算、云储存、物联网、大数据、人工智能和移动互联网的建设和综合运用，必定会将高校的教学、管理和服务等工作的信息化水平大幅度提升，最终促进高校教育教学和人才培养模式的变革，更好地服务于终生学习，实现人的全面发展。