云数字语言实验室的虚拟仿真环境部署与应用

黄劲，聂琳

（中山大学公共实验教学中心，广州510006）

0 引言

云服务技术发展及其广泛应用，为实验室建设和改造带来了全新的解决方案。结合我们新建的云数字语言实验室，利用实验室的云实验平台，部署各种虚拟仿真教学环境，不仅能够彻底解决外语课程教学中，教学环境多样化、复杂化的问题，而且还能把过去单一化语言教学功能的音室，改造成为具有多室合一功能应用的云环境数字语言实验室，这将是数字语言实验室升级改造的一个新的发展方向。

1 构建虚拟化教学环境应用的云实验平台

采用桌面云的虚拟化技术来部署实验室教学环境，已逐步成为了一种新趋势，这将对实验室教学环境部署和应用带来了极大的方便性。目前，在多功能实验室仿真环境部署和应用中，主要采用了桌面云的虚拟化VDI和VOI技术。我校区云数字语言实验室的云实验平台，利用了校园高速网条件，采用混合云结构体系方式。云服务系统可以是多种云的综合应用，可使用云晫（Vinzor）云VDI服务，也可使用海耘云VOI服务，还可以是将要扩展使用的其他如噢易云、VMware云等云服务。结合我们实际教学应用需要，云应用既有私有云应用方式，也有开放性公有云应用方式。采用多种云的混合应用方式，还能够更好地解决各类课程教学环境的兼容性使用问题。

图1东校区云数字语言实验室的云实验平台结构示意图

我校区的云实验平台，主要融合了云晫（Vinzor）云服务和海耘云服务的桌面云应用。云晫云服务采用桌面云VDI应用方式，可满足实验室内外的教学环境部署和应用需要。海耘云服务系统采用桌面云VOI方式，能够更好地利用实验室的硬件资源，满足对硬件要求较高的教学环境部署和应用需要。采用云服务应用方式，能够更方便地对实验室内外的课程教学环境实施动态部署和管理。

1.1 桌面云VDI平台

桌面云VDI平台，能够把大量桌面云以高度集中化管理方式进行部署和调度。不仅使实验室云端能够共享集中部署的仿真教学环境，还能够使实验室外的合法用户也能共享集中部署的仿真教学环境，进一步拓宽了实验室的教学空间。建立桌面云VDI的云端非常简单，只需在云端上运行VDI云客户端软件来使用，或以云端浏览器访问方式来使用。

云晫云服务平台使用了2台华为服务器，可为9间云数字语言实验室内的450个云端，提供云晫云VDI应用及管理，或为授权的100个并发用户提供VDI仿真环境应用。云晫云的桌面云VDI功能主要有：建立桌面云资源池，并根据课程表进行任务调度；制作相应的桌面云（有固定桌面、课程桌面2种）快照；按课室、课程需求进行快速部署和扩容；支持多云端应用和管理；监控云服务数据中心运行；存储和备份用户数据等教学应用服务。

1.2 桌面云VOI平台

由于桌面云VDI架构，所有VDI桌面的虚拟机都集中在云服务端运行，其应用完全依赖云服务器。受云服务器性能和网络传输的限制，容易带来性能、成本、兼容性等诸多问题。桌面云VOI应用，既继承了桌面云VDI的集中管理优势，又充分利用了本地客户端的计算处理能力和硬件资源，更适合实验室内的多媒体类课程教学使用。其离线式运行，使虚拟仿真教学环境使用如同运行在本地一样，减少了对云服务器和网络传输的依赖。云管理服务器仅作为桌面云管理，各种桌面云的虚拟仿真环境都集中到云管理服务器来保存和管理。在客户端需要时，将选用的系统环境直接调用到本地运行使用。

海耘云服务平台，使用了1台高性能PC作为管理服务器，实现对2间云数字语言实验室（原第5、6语音室）内100个云客户端的VOI应用和管理，能够在实验室内快速部署各种桌面云的仿真教学环境。利用实验室本地客户端强壮硬件的性能优势，实现离线式的本地运行，可使运算速度、图形显示、用户体验以及外部设备兼容性跟本地PC使用一致。

2 桌面云的虚拟化VDI和VOI仿真环境部署

在桌面云VDI和VOI的云实验平台上，能够实现本地或异地桌面云的仿真教学环境部署。利用VDI云服务管理平台，可把桌面云VDI的虚拟仿真环境部署到云数字语言实验室内外，并在线运行。为充分利用云数字语言实验室的本地资源，提高运行效率，可利用VOI云服务管理平台，把桌面云VOI的虚拟仿真环境部署在云数字语言实验室上，并离线运行。

2.1 桌面云VDI部署

首先在云晫云服务器上，安装桌面云VDI系统，并进行初始化配置，然后用虚拟机模板来创建虚拟机。设置虚拟机存储位置，选择运行操作系统，分配虚拟机的CPU、内存、磁盘空间等硬件资源。通过光驱引导ISO文件来安装操作系统，将虚拟机转为模板，在资源池中将模板生成类型相同的多个虚拟机。创建多个虚拟桌面集合组成的桌面池，这过程就是通过模板来创建若干虚拟桌面，最后通过桌面管理将用户和虚拟桌面关联。

桌面云VDI资源的开放控制，主要是按教学安排和课程进度，通过云服务管理系统进行规划、配置、调度和管理。课程教学之外不需要的课程桌面云资源，将由云服务管理系统来统一回收，以节省云资源开销。

2.2 桌面云VOI部署

在海耘云服务器上，首先安装操作系统及VOI业务系统，开启DHCP服务，将云客户端设置为开机网卡启动PXE。通过服务器DHCP服务自动获取IP地址，并选用对应镜像下载来安装，进入Windows 7系统后，可打开VOI云客户端查看下载进度。在镜像批量下载前，需要先制作好镜像模板。

海耘云VOI管理服务器只负责镜像的上传、分发和管理，以及远程控制云端应用的策略、调度和使用管理等，可随时、随地在任意云客户端上，进行桌面云的操作管理。云客户端完成下载镜像后，将离线运行，教学环境桌面将不再依赖云服务器，不受外网影响，还可直接使用本地来存储数据，保证了教学使用的安全性和连续性。

3 虚拟仿真环境在教学上的应用

在云数字语言实验室的教学应用中，一方面是在外语课程教学的课堂使用，能够通过桌面云的虚拟化仿真环境，满足各种特定环境的外语课程教学使用需要；另一方面是在外语课程之外，满足计算机类课程的小班教学需要。此外，通过云实验平台，还能够推送各种课程教学的虚拟仿真环境到实验室外应用。

3.1 桌面云VDI部署的课程教学应用

在云数字语言实验室的外语课程教学上，可对外语课程的特殊教学环境建立桌面云VDI的虚拟仿真环境部署和应用，从而为外语课程教学提供全方位的环境保障。如为9间数字语言实验室的教师端（lab1-lab9）建立云晫云VDI的固定桌面，提供了特殊教学环境的虚拟仿真应用，解决了低版本电子教案PPT在高版本教师端环境下，不能链接视音频源播放等诸教学问题。

图2云实验平台的云晫（Vinzor）云管理系统

在外语课程外的其他课程教学上，可利用云实验平台进行虚拟仿真教学环境部署和应用，实现在教师和学生的云端，完成各种课程教学环境的桌面云推送。此外，还能够以桌面云VDI形式，把课程教学环境的课程桌面推送到实验室外，供学生自行建立云端共享使用。学生能够在校园内，随时、随地进行课程的自主学习和实训，保证了学生在课外的实践环境与实验室教学环境的一致性。

利用校园网条件，课程任课老师还能够用账号和密码进行登录，即使在异地校区，也能够访问专属的桌面云VDI固定桌面或课程桌面，进行教学环境的搭建、部署和管理。方便了课程任课老师对课程进行教学设计、教学内容调整，以及对教学资源的整合。部署好的课程教学环境，能够以桌面云VDI课程桌面，推送到校区实验室内外的云端使用。

3.2 桌面云VOI部署的课程教学应用

在外语课程外的课程教学实践中，我们选择了多媒体技术类的《电子音乐合成技术与应用》和《数字影视技术》课程，作为课程教学典型案例，进行了云环境下的示范性课程教学改革探索。在桌面云VDI应用基础上，进一步融合桌面云VOI应用，利用其中2间实验室硬件资源，搭建了海耘云VOI服务器和100个VOI桌面云客户端，开展课程教学实践。

使用桌面云VOI课程教学环境进行教学，需预先创建好操作系统镜像，然后上传到桌面云VOI管理服务器保存和部署。教学使用时，由桌面云VOI管理服务器统一管理调度，分发给实验室的客户端。客户端下载操作系统镜像后，保存在本地，离线运行于本地硬件上。桌面云VOI充分利用了云客户端的本地计算处理能力和硬件资源，兼容性好，尤其适合多媒体技术类课程的教学使用。

图3海耘云桌面管理系统与数字影视技术课程VOI云端

3.3 云实验平台与课程教学网站有机结合，有利于自主学习

在课程教学过程中，特别是实践性课程的教学上，把云实验平台与课程教学网站有机整合起来，将有助于学生随时、随地进行课程自主学习。利用桌面云VDI推送的桌面云教学环境，更好地保证了学生学习环境的一致性使用，尤其适合在实验室外，进行课程实训时使用。同时，也能适合在异地的课程教学使用。

结合课程的实际教学需要，还可以使用云实验平台的云存储功能，为学生配置云存储空间（一般为8G）。以方便学生把课程学习过程中的工程文件、临时文件和实验数据保存起来，日后继续进行编辑修改使用，为课程实训带来便利。

4 虚拟化仿真教学环境应用的问题探讨

在云数字语言实验室的虚拟仿真环境部署和应用中，结合我们对课程教学改革实践的经验体会，我们认为利用桌面云VDI+VOI技术应用，不仅能够为多功能实验室教学环境部署带来便利，而且还能够为实验室维护管理带来许多好处，降低了运维压力，节省了人力，提高了工作效率。通过示范性课程教学的具体实践，我们认为云实验室的虚拟仿真环境部署和应用有其自身特点和整体优势。

4.1 云虚拟仿真环境部署，更适合多室合一功能的教学应用

在实际教学使用中，总会有部分课程教学环境是实验室无法满足的，通过云环境的桌面云应用，能够把这些特殊的教学环境部署后，推送到实验室云端上使用。桌面云VDI采用在线式应用，桌面云VOI采用离线式应用。

对于多媒体类课程的教学环境，更适合使用桌面云VOI方式部署使用。教学环境的操作系统镜像推送到强壮云客户端后，可享用本地客户端的运算处理，以及外设资源。文件、数据可采用集中云存储，也可使用云客户端的本地存储。客户端本地存储的数据，不受网络或云服务端的故障影响。

4.2 开放式云服务适合多校区、多环境下的应用

开放式的云实验平台，不仅能够把教学环境推送到实验室云端上使用，而且还能够在课余，推送虚拟化桌面到实验室外的校区云端上使用，即使在异地校区的云端上也能使用。教师和管理员还可以在异地校区，进行云桌面的教学环境部署和调度管理，非常方便。结合云盘功能等云应用服务，课程教学的使用效果更佳。至于云实验平台系统的规模和性能，资源的分配和管理，涉及到云应用的整体规划和调度策略，还涉及到成本投入和授权使用等问题。

4.3 采用VOI解决方案，可对电脑病毒、流量异常等进行有效控制

实验室采用了桌面云VOI应用，可在驱动层面实现对ARP病毒、流量异常、USB等外设的有效控制。其所具备的网站动态防护技术，能够快速地将安全策略下发到客户端，有效避免访问网站时带来的安全隐患。而且还具备磁盘还原保护功能，能够对课程资源分离存储，有效避免还原系统下的客户端病毒入侵。

4.4 虚拟仿真环境部署管理，更好地实现实验室集中控制

一流实验室的建设，不仅需要在实验室的技术上、性能上、功能上、环境上具有先进性和创新性，而且还需要在实验室管理层面上具有一定的先进水平。实验室除了要有行之有效的教学环境部署和应用方式外，还需要有集中监控和集中管理手段，能够对实验室设备进行集中控制管理。利用桌面云的远程开/关机、系统自动还原保护功能，并结合实验室的视听中控、视频监控，以及远程智能控制，最终实现实验室整体的智能化集中控制管理。

5 结语

桌面云VDI+VOI技术应用的有机结合，实现了实验室各种教学环境的快速部署和应用，教师和管理员能够方便灵活地自行搭建、集中维护、动态管理专属的桌面云。桌面云的虚拟仿真环境部署和应用，大量节省了部署教学环境的准备时间和系统空间，提高了课程教学的效率和质量。不但满足了教师个性化教学的需求，保证了课程教学的安全性和私密性，为深化课程教学改革打下良好基础，而且还提高了实验室智能化管理水平，减少了运维的压力和成本。新一代的云环境全数字语言实验室，因其特点和优势，将会成为今后数字语言实验室建设发展的趋势。