虚拟化环境下的多媒体教室设计.docx

十一. 虚拟化环境下的多媒体教室设计
（一）项目背景
某学院的实践教学中心目前拥有10个多媒体教室，主要针对学生和教师上课、实验项目、考试中心所使用。每个多媒体教室设立30—40台PC机和1-2台服务器不等。分散放置服务器的原因在于，原来学院并没有自己的中心机房，所以将多媒体教室按照学科分类，每个多媒体教室部署不同的教学软件的应用，同时保障教学中的网路速度响应。
首先，从计算机中心的管理运维来看，这种分散部署服务器方式，降低了计算机中心的维护和管理效率。如果针对300—400台PC机以及分散在各个教室的服务器进行维护和部署新教学应用，对于计算机中心的管理运维人员是非常复杂而繁重的。
其次，从教学的连续性和延续性角度来看，每台PC机用“系统保护卡”和屏蔽I/O硬件的方式，去保护单点PC的数据安全，防止学生随意安装软件，破坏原有由管理人员部署的教学环境，但与此同时，系统保护卡也限制了老师和学生的课件、作业的拷入拷出和留存。然而，对于服务器目前并没有很好的方式去保护，一旦多媒体教室中的服务器宕机，很有可能造成授课中断，教学软件等应用的连续性保护也是院方十分关心的问题。
第三，从教学的先进性角度来看，尤其对于信管类专业的学生，他们实际所学习的软件开发类、数据库类等信息化类教学软件，比社会、市场的主流软件至少落后2年以上，甚至有些教学软件根本在学校中是无法了解到的。使这些专业的学生在毕业后，与社会需求脱节，就业压力增大。而造成这种情况主要由于高效采购周期较长，基本在一年以上，有些软件的部署复杂程度较高，不能标准的快速部署，而且对于硬件和网络环境也是有要求的，所以如何加快新技术、主流软件的上线应用和快速部署也是校方关注的问题。
第四，从硬件安全和追责的角度来看，对于多媒体教室不仅要保护好应用和软件，同时要保护好硬件的安全，从而保障教学环境。但是仍然会出现PC硬件丢失，系统崩溃等事情，所以需要监控学生的上机情况，保障硬件安全。
最后，从经济的角度看，高效的资金来源都是财政拨款，并不是个盈利单位，所以多媒体教室的硬件性能一般，尤其是PC机中，有很多性能落后需要淘汰的机器。而这种反复采购、淘汰、再采购、在淘汰的方式实际上是一种严重的资源浪费。如何在保障教学环境的前提下，降低校园计算机中心的资金投入也是院方一直在探讨的问题。
（二）项目功能
1 系统管理员
（1） 系统登录
系统初始化时已经创建系统管理员账号，登录系统后可修改密码等。
（2） 班级管理（专业管理）
根据专业不同分班级，或者根据选修专业分班级。即可能一个学生属于多个班级（专业版、选修班）。
（3） 教师管理
创建教师账号，以及设置教师所教的班级，教师登录后可对所教班级进行管理。
（4） 学生管理
包括学生的资料录入、分班等。
（5） 权限管理
配置教师权限；配置学生权限。
（6） 创建虚拟桌面
管理员可创建虚拟桌面模板供教师快速部署临时虚拟桌面群；创建教师专用虚拟桌面供教师网上办公；创建学生专用虚拟桌面保存学生的学习历程信息。
（7） 收费系统
学生专用虚拟桌面可启动租赁收费管理。
（8） 备份恢复
对教师资料、学生资料、以及任何一个虚拟桌面系统都可进行备份恢复。
（9） 服务器资源查看
可查看服务器负载性能等信息；查看虚拟桌面的使用状态。
2、 教师
（1） 登录系统
教师的登录账号由系统管理员创建，登录成功后可修改自己的资料。
（2） 创建虚拟桌面模板
教师可根据自己的课程创建安装有相应的应用程序的操作系统作为模板，以便快速部署临时桌面群进行教学。
（3） 班级管理
教师可以管理所教的班级、增添班级的学生等。
（4） 部署临时桌面群
教师选择一个虚拟桌面模板，快速复制多个一模一样的临时桌面供学生上课使用。
（5） 备份/清除临时桌面
学生下课后，教师可备份学生使用的桌面，或者快速恢复为初始的模板。
（6） 查看学生虚拟桌面
教师可任意进入学生的虚拟桌面考察学生的学习情况。
（7） 学生权限配置
教师可配置学生的权限，比如学生是否有拷贝文件到本地。
（8） 专用虚拟桌面
教师可向系统管理员申请专用的虚拟桌面进行网上办公。
3、 学生
（1） 登录系统
学生的账号由管理员创建，登录成功后可修改自己的资料。
（2） 进入教师创建的临时虚拟桌面
教师部署临时虚拟桌面时，自动分配虚拟桌面到每个学生账号，学生登录成功后，只能进入教师分配的虚拟桌面。
（3） 拷贝文件
学生可向教师申请拷贝文件到本地的权限，以便带走学习成果。
（4） 专用虚拟桌面
学生可向系统管理员申请专用虚拟桌面，记录本学生的学校学习历程，毕业时可带走虚拟桌面。是否付费视管理员后台设定。

附录：“虚拟化环境下的多媒体教室设计”技术方案建议书
1. 项目背景
1．1．项目背景
某学院的实践教学中心目前拥有10个多媒体教室，主要针对学生和教师上课、实验项目、考试中心所使用。每个多媒体教室设立30—40台PC机和1-2台服务器不等。分散放置服务器的原因在于，原来学院并没有自己的中心机房，所以将多媒体教室按照学科分类，每个多媒体教室部署不同的教学软件的应用，同时保障教学中的网路速度响应。
首先，从计算机中心的管理运维来看，这种分散部署服务器方式，降低了计算机中心的维护和管理效率。如果针对300—400台PC机以及分散在各个教室的服务器进行维护和部署新教学应用，对于计算机中心的管理运维人员是非常复杂而繁重的。
其次，从教学的连续性和延续性角度来看，每台PC机用“系统保护卡”和屏蔽I/O硬件的方式，去保护单点PC的数据安全，防止学生随意安装软件，破坏原有由管理人员部署的教学环境，但与此同时，系统保护卡也限制了老师和学生的课件、作业的拷入拷出和留存。然而，对于服务器目前并没有很好的方式去保护，一旦多媒体教室中的服务器宕机，很有可能造成授课中断，教学软件等应用的连续性保护也是院方十分关心的问题。
第三，从教学的先进性角度来看，尤其对于信管类专业的学生，他们实际所学习的软件开发类、数据库类等信息化类教学软件，比社会、市场的主流软件至少落后2年以上，甚至有些教学软件根本在学校中是无法了解到的。使这些专业的学生在毕业后，与社会需求脱节，就业压力增大。而造成这种情况主要由于高效采购周期较长，基本在一年以上，有些软件的部署复杂程度较高，不能标准的快速部署，而且对于硬件和网络环境也是有要求的，所以如何加快新技术、主流软件的上线应用和快速部署也是校方关注的问题。
第四，从硬件安全和追责的角度来看，对于多媒体教室不仅要保护好应用和软件，同时要保护好硬件的安全，从而保障教学环境。但是仍然会出现PC硬件丢失，系统崩溃等事情，所以需要监控学生的上机情况，保障硬件安全。
最后，从经济的角度看，高效的资金来源都是财政拨款，并不是个盈利单位，所以多媒体教室的硬件性能一般，尤其是PC机中，有很多性能落后需要淘汰的机器。而这种反复采购、淘汰、再采购、在淘汰的方式实际上是一种严重的资源浪费。如何在保障教学环境的前提下，降低校园计算机中心的资金投入也是院方一直在探讨的问题。
综上所述，针对院方对于提高实践教学质量和管理效率的信息化环境改造的需求和目标如下所示：
(1) 保障教学的连续性；
(2) 提高教学的先进性；
(3) 提供灵活便利的授课教学环境；
(4) 在保障教学质量的前提下，降低计算机中心的运维的复杂程度，提高计算机中心的部署效率；
(5) 充分合理的利用IT资源，节能降耗，降低信息化成本。

1．2．客户需求概要
a) 对硬件的要求
(1) 保证教学应用软件的业务连续性；
(2) 提高应用上线的速度；
(3) 进行集中管理，降低管理中心的工作量；
(4) 充分的整合计算资源，节能降耗；
(5) 延缓服务器等硬件采购的周期，从而降低IT成本。

b) 对软件的要求

(1) 标准、灵活、快速的部署教学环境给学生和老师使用；
管理人员可以再View架构上，根据授课内容提前创建不同的虚拟模板。每种虚机模板只创建1个。然后根据排课安排手动、自动或者半自动的部署教学环境。
此外，部署的时间需要很快，因为下课的时间有限。部署的方式可以采用以下2种方式：
A． 使用Link clone技术：将虚拟快速克隆成多个虚机，下课后由老师统一删除所有的克隆虚机，第二次上课重新创建。
B． 使用snapshot技术：将模板转成虚机，统一快照后进行教学，下课后由老师统一恢复快照，第二次上课继续使用快照的虚机。
C． 在夜间或者非工作根据排课系统，自动生成第二天的教学环境。
(2) 应用的集中部署：通过ThinApp使管理员可以将一些通用的软件应用，集中部署在一个应用服务器上，节省存储空间。
(3) 文件的输入与输出： 为方便学生文件的拷入拷出，需要灵活控制前端PC或者瘦前端的USB、光驱、打印及端口、网络等外设端口。防止病毒侵入。
单独创建一个虚机，作为文件服务器，通过脚本处理，为每个域账号在服务器上创建一个文件夹，使授课虚拟机的我的文档都指向文件服务器对应的文件夹，以保存老师或学生上课时的文件。即使授课使用的虚机被删除，但只要文件服务器还在，就可以保护老师和学生的文件不受损坏，且可以随时拷出。
(4) 老师个人虚拟机本地或远程登录：为流动授课老师分配自己的虚拟机，处理日常工作。而且老师可以不受地理位置限制，即使在家也可以远程登录自己的办公环境。
(5) 环境的打包迁入迁出：为老师提供虚拟机的打包、迁出、签入功能。
(6) 学生使用的日志记录，便于时候追责。
1．3．公司简介
济南银泉科技有限公司是济南市第一家在美国上市的山东省高新技术企业和“双软认证企业”，专业从事虚拟化技术和容灾软件系统的研发及推广应用。
     公司以“为社会创造财富”为己任，长期以来重视管理、创新和客户服务。经过多年的研发攻关，拥有多项具有完全自主知识产权的软件系统产品，并得到广泛应用。多年来，公司已取得计算机软件著作权6项，软件产品登记6项，高新技术产品登记3项；曾获得国家科技部创新基金奖励、山东省计算机优秀应用科技成果二等奖；承担国家级项目课题2项、省级项目课题5项、市级项目课题8项。本单位非常注重科技投入，每年销售收入的8%作为科研经费，用于新项目及新技术的研发。公司目前拥有办公研发生产厂地2300平方米，在山东省17地市、北京、浙江、上海、安徽、河南、河北、山西等省市建立了完善的销售和服务体系，已成为中国虚拟化技术和信息化建设的知名企业。
2. 需求分析
2．1．需求理解
1)硬件需求

2)软件功能需求
根据操作人员的不同分为以下功能:
1、 系统管理员
（1） 系统登录
系统初始化时已经创建系统管理员账号，登录系统后可修改密码等。
（2） 班级管理（专业管理）
根据专业不同分班级，或者根据选修专业分班级。即可能一个学生属于多个班级（专业版、选修班）。
（3） 教师管理
创建教师账号，以及设置教师所教的班级，教师登录后可对所教班级进行管理。
（4） 学生管理
包括学生的资料录入、分班等。
（5） 权限管理
配置教师权限；配置学生权限。
（6） 创建虚拟桌面
管理员可创建虚拟桌面模板供教师快速部署临时虚拟桌面群；创建教师专用虚拟桌面供教师网上办公；创建学生专用虚拟桌面保存学生的学习历程信息。
（7） 收费系统
学生专用虚拟桌面可启动租赁收费管理。
（8） 备份恢复
对教师资料、学生资料、以及任何一个虚拟桌面系统都可进行备份恢复。
（9） 服务器资源查看
可查看服务器负载性能等信息；查看虚拟桌面的使用状态。
2、 教师
（1） 登录系统
教师的登录账号由系统管理员创建，登录成功后可修改自己的资料。
（2） 创建虚拟桌面模板
教师可根据自己的课程创建安装有相应的应用程序的操作系统作为模板，以便快速部署临时桌面群进行教学。
（3） 班级管理
教师可以管理所教的班级、增添班级的学生等。
（4） 部署临时桌面群
教师选择一个虚拟桌面模板，快速复制多个一模一样的临时桌面供学生上课使用。
（5） 备份/清除临时桌面
学生下课后，教师可备份学生使用的桌面，或者快速恢复为初始的模板。
（6） 查看学生虚拟桌面
教师可任意进入学生的虚拟桌面考察学生的学习情况。
（7） 学生权限配置
教师可配置学生的权限，比如学生是否有拷贝文件到本地。
（8） 专用虚拟桌面
教师可向系统管理员申请专用的虚拟桌面进行网上办公。
3、 学生
（1） 登录系统
学生的账号由管理员创建，登录成功后可修改自己的资料。
（2） 进入教师创建的临时虚拟桌面
教师部署临时虚拟桌面时，自动分配虚拟桌面到每个学生账号，学生登录成功后，只能进入教师分配的虚拟桌面。
（3） 拷贝文件
学生可向教师申请拷贝文件到本地的权限，以便带走学习成果。
（4） 专用虚拟桌面
学生可向系统管理员申请专用虚拟桌面，记录本学生的学校学习历程，毕业时可带走虚拟桌面。是否付费视管理员后台设定。
2．2．业务视图
一、 概述
系统主要是以三种角色（系统管理员、教师、学生）的操作为线索，体现各个功能模块之间的关系。以下是整个系统的架构图：

系统架构图

从架构图可看出，需要配备服务器。
应用服务器：主要是部署虚拟学校的业务应用系统，包括班级、教师、学生等信息的存储与管理。
虚拟机服务器：主要是响应应用服务器的指令，创建教师或学生的账号对应的虚拟桌面，或者是创建临时的桌面供课程教学使用。

根据操作人员的不同分为以下功能:
系统管理员
系统管理员具有最高的操作权限，从初始化系统到系统使用过程的各个模块和角色的管理，具体操作流程图如下：

管理员操作流程图

（1） 本账号信息修改
系统初始化时，存在一个名为“admin“，密码为”admin”的管理员账号，为了保证安全性，管理员登录之后修改密码。
（2） 学校信息修改
系统初始化时，学校的基本信息已经存在。如果初始的学校信息与本校信息不符，或者以后信息更改，管理员可以修改学校信息。
字段：学校名称
学校地址
备注

（3） 系别管理
根据学校的具体系别进行添加、修改、删除等操作。
字段：系名称
系主任
办公室电话
备注

（4） 班级管理
根据各个系的具体班级情况进行创建班级，以及修改、删除等操作。
字段：班级名称
专业
所属系别
班主任
辅导员
班长
学习委员
备注

（5） 教师管理
创建教师账号，以及设置教师所教的班级，教师登录后可对所教班级进行管理。可以从excel文件等数据源导入导出教师名单。
字段：姓名
密码
性别
职称
头衔
出生年月
所属系别
办公室电话
手机
Email
QQ
Msn
备注

（6） 学生管理
学生的资料录入，指定所在班级等。可以从excel文件等数据源导入导出学生名单。
字段：学号
姓名
密码
性别
出生年月
所属班级
电话
Email
QQ
Msn
备注
（7） 课程管理
课程根据学校所涉及的全部课程统一由管理员定义，然后由教师选择。
字段：课程名称
描述
（8） 权限管理
为了保证系统的安全性，有必要给不同的角色设置不同的操作权限。主要分为配置教师权限；配置学生权限。
（9） 桌面管理
桌面是给每个用户分配的虚拟机，用户通过View工具进行桌面远程登录，然后使用桌面操作系统。
a. 增删改
主要是安装各种操作系统，供教师的具体教学使用。
b. 模板转换
桌面安装完操作系统后，转化成模板，供教师使用来部署桌面。
c. 备份恢复
对桌面系统或者模板的备份和恢复，可以使用户的桌面遭到破坏时尽可能减少数据损失。
d. 分配桌面
每个用户的独立桌面由管理员分配，“独立”桌面相对“临时”桌面而言，是用户的专用桌面。“临时”桌面由教师为上课而部署的桌面，“临时”桌面在下课时被删除。
e. 桌面使用控制
由于桌面系统时会占用服务器资源，必须控制桌面的运行时段与运行时长，使服务器资源得到最大的利用。
（10） 专用目录管理
每个用户都有自己的专用目录在服务器，以便个人数据的存放。专用目录由系统自动产生，目录的权限设置由管理员配置。
（11） 日志管理
为了保证系统的安全性，用户的操作过程都将自动记录日志，以便管理员查询，反追踪系统遭到破坏的行径。随着日志的增长占用存储空间，管理员可定时清空日志。
字段：操作名称
操作时间
操作模块
用户id
教师
教师的账号由系统管理员创建。教师的角色仅可以操作所负责班级和课程相关的模块和数据。具体操作流程图如下：

教师操作流程图

（1） 本账号信息修改
教师账号由管理员创建，创建时管理员分配初始密码，教师登录修改密码，以及补全其他资料信息。
（2） 桌面使用
教师可以使用管理员分配的独立桌面，以及所教课程的全部相关的桌面。
a. 应用使用
教师也可以使用自己发布在服务器上的应用程序。
b. 专用目录数据交换
教师在使用独立桌面或者临时桌面时，可以把数据存放到服务器上自己的私有专用目录。
（3） 日志管理
教师可管理与本班级学生或课程的相关日志。
（4） 排课申请
向管理员申请周排课并且可按照周查看排课日程
学生
学生的账号由管理员或者班主任来创建，学生的权限仅可以操作与本人和选修课程相关的数据。具体操作流程图如下：

学生操作流程图

（1） 桌面使用
学生的“独立”桌面由管理员分配；“临时”桌面由任课教师分配。可使用view进行桌面远程登录，使用桌面操作系统。
a. 应用使用
应用主要是教师发布在服务器上的应用程序。学生操作桌面系统时，可从服务器上下载应用使用。
b. 专用目录数据交换
学生的私有数据可保存到服务器上自己的私有目录，以免“临时”桌面被删除时，数据的丢失。
3. 整体解决方案
3．1．体系架构

3．1．1．应用分发层
用来运行在服务器段产程的虚拟机。以及运行在虚拟机上的应用系统(虚拟机器分发和排课属于这个范畴)。
3．1．2．业务逻辑应用组件层
通过COM、COM+封装业务逻辑，实现业务逻辑。
3．1．3．安全防护层
通过设置拒绝访问、限制IP、隐藏外部IP、防火墙等多种安全策略。
3．1．4．负载均衡层
通过轮循、权重等多种负载均衡算法，使用访问负载的均衡。
3．1．5．虚拟机服务层(VC)
用于管理和分发虚拟机的服务端 在这里主要是指 VMWARE VC 服务。
3．1．6．容错层
通过追踪用户的访问线索及设置容错策略，使在部分服务异常时，用户访问可以平滑转移到正常工作的服务上。
3．1．7．虚拟机服务器
VMWARE 服务器软件 ESX Server
3．2．软件平台
3．2．1．基础软件平台
公司项目可行性分析小组就基本软件架构进行技术论证，通过软件架构体系的甄选。
决定使用Microsoft .net 2.0平台开发该软件。系统底层将使用win32 C
MS WINDOWS .NET FRAMEWORK架构
我们在此架构下已开发了多个应用系统，主要地业务逻辑封装于COM中。由于以下几个原因，我们慎重推荐该架构。
1、 稳定性、可扩展性、先进性的有机统一。
绝大多数系统问题，都是未能正确使用微软技术带来的。
2、 微软平台内可扩展性好，可以使用廉价的硬件设备，迅速扩大系统处理能力。不可跨平台移植。
3、 通过良好的系统设计，可以弥补跨平台扩展性的不足。
这点我们将在详细技术方案设计中的通途计划看到。
3．2．2．辅助软件平台
根据业务的需要，将来系统的部分可部分发布系统将建立在LINUX，或者精简得Linux系统上。
3．2．3．数据库服务器
介于部分业务需要使用数据库来实现。关于数据库 ：我们使用MS SQL SERVER 2005。原因有二：
1、 MS SQL 2005完成可以承受百万级的用户访问，
2、通过廉价的硬件设备，可以迅速实现负载分流、分散故障风险、数据冷、热备份、故障迅速恢复等数据安全策略。从而做到性能优良、数据安全前提下的数据维护成本最低化。
3．3．硬件平台

4. 开发规范
4．1．组队模型
团体的几种角色

程序管理
程序开发
产品管理

测试
系统实施
用户培训

产品管理：进行与客户的交流并将客户需求反馈到项目组，使系统向客户期望和产品化的方向进展，发布和控制产品的版本，安排交流的计划，处理商业事务（合同等）。
程序管理：控制整个开发的过程，管理资源的分配，管理项目的计划和进展情况及项目的规范，推动项目组内的交流与沟通。
程序开发：开发程序，参与设计，估计系统开发所需时间，提供项目所需的技术支持。
测试：提出测试的具体策略、计划，具体进行测试，控制产品的开发过程。
用户培训：进行与最终用户的沟通并反馈到项目组，了解最终用户的需求，规划出最终用户使用界面方案，设计用户支持系统（用户指南、日常工作流程、维护）
系统实施（后勤管理）：参与设计，系统最终实施安装，对产品进行β测试，设计和安排产品的正式运作和发布。
4．2．过程模型

螺旋过程模型是四个里程碑：构想方案 à 计划 à 完成 à 版本发布 的循环往复过程
成功过程的原则（贯穿过程的始终）：
A、建立活的文档
1、 越早建立基准线
2、 越晚终止文档
3、 避免分析停滞
4、 修改必须经过同意
B、使用版本发布
不仅外部，内部也一样，可分阶段一步一步达到大型项目的目的
C、项目权衡（考虑资源，时间，功能的接受程度）
本项目开发策略：

最佳
有限制接受
接受
资源

√

时间

√
功能
√

4．3．文档规范
需根据过程模型，提供相应的技术文档。
4．4．规范开发
我们遵照面向对象的分析方法，采用符合UML标准的Rose2000和PowerDesigner8进行分析和开发，保证构造的系统模型是标准，可扩展和领先业界的。采用微软的Visual Source Safe进行代码管理，保证了产品开发的条理性和版本发布的一致性，避免了多人开发产生的代码混乱、错误代码覆盖及发布版本不一致的情况。
4．5．严格测试
严格测试是保证系统质量的重要手段，系统的、严密的软件测试能最大限度的发现系统中的错误，从而减少系统中残留的错误，通过软件测试可以验证软件功能、性能、容量、约束、限制等指标是否满足规定的需求。所以我们会采用Visual Test工具进行测试，保证有专门人员进行各种单元、模块、联调、压力等测试。最后我们会提供《系统测试报告》（参见附件《系统测试报告》样板），以下附各类测试样表。压力测试，将模拟大访问量，由专业软件完成。
A、页面测试（样表）
测试人：XXX
测试时间：2000-12-25
测试页面名称：readme.html
测试内容：
结果
备注
页面要素(是否完整)
否
缺当前日期
页面布局(是否合理)
一般

页面操作(是否方便)
是

页面命名(是否正确)
是

页面操作流程(是否正确)
是

页面输出数据(是否正确)
是

注：测试结果大致分为三类
Ø 是：表示结果令人满意。
Ø 一般：表示结果正确，但还有可以或需要改进和地方。
Ø 否：表示结果有错误，需要改正。
B、组件测试（样表）
测试人：
测试时间：
测试组件的名称：
测试内容
测试结果
备注
输入、输出参数是否正常

功能是否正常

异常参数输入功能是否正常

出错处理信息是否完整

性能测试

C、单元测试报告（样表）
单元测试报告
项目名称：

测试时间：
至
测试人员：

辅助人员：

测试环境：

测试工具：

测试的模块/功能/应用
测试情况
问题描述
问题处理

附 件：

备 注：

D．整体测试报告（样表）
测试报告
项目名称：

测试时间：
至
测试人员：

辅助人员：

测试主题：
¨ 功能/应用/数据
¨ 性能/系统强壮性
¨ 系统完整性/链接
¨ 边界值/特例
测试目的：

测试环境：

工具和技术：

测试用例：

额外软件：

测试的模块/功能/应用
测试情况
问题描述
问题处理

附 件：

备 注：