桌面云系统在艺术设计专业实训室中的应用
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摘要：艺术设计专业实训课程因有图形图像处理、视频加工剪辑等需求，对计算机性能要求较高，特别是必须配套独立显卡，所以各大院校一般是采用图形工作站的模式部署实训机房。我院目前部署了艺术设计云终端实训室共4间，164台云终端设备。学院的艺术设计专业采用桌面云系统是一次大胆的尝试和挑战，采用了Nvidia GPU硬件虚拟化技术，将一块支持GPU硬件虚拟化的显卡虚拟成不同类型的多个vGPU，每个图形加速虚拟桌面绑定一个vGPU以满足图形软件的运行需求。
關键词：云计算;桌面云;艺术设计;实训
中图分类号：TP308 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2020）23-0057-02
1 背景
目前，大多数高职院校仍延续着传统计算机实训室的使用，主要是使用台式计算机作为教师端及学生端构建方式。随着云计算技术的成熟，传统计算机实训室并不是当下最理想的解决方案，另外还要采用安装硬件还原卡、电子课堂管理软件、网络同传软件等系统工具来满足管理的需要。云终端机房是根据不断整合和优化校园机房设备的工作思路，结合高职院校的实际情况而出现的新一代实训室建设方案。将计算机模块、存储模块、网络模块等整合在云计算数据中心，创建虚拟机并通过网络发送给实训室云终端设备。将桌面云系统和教育场景紧密结合，实现教学集中化，管理智能化，维护简单化。
艺术设计专业实训课程因有图形图像处理、视频加工剪辑等需求，对计算机性能要求是比较高的，特别是必须配套独立显卡，所以各大院校一般是采用图形工作站的模式部署实训机房，我院于2018年建设了桌面云系统，包括云计算数据中心及云桌面终端两部分。目前学院已将2174台云桌面终端分别部署于40余间实训教室，主要用于日常教学实训课程的开展。其中艺术设计云终端实训室共4间，部署有164台云终端设备。学院的艺术设计专业采用桌面云系统是一次大胆的尝试和挑战，在前期设计阶段经过多方考察、调研以及论证，最终确定建设方案并予以实施。自2018年建成投入使用以来，运行状况良好。下面我将从两个方面来具体进行论述。
2 艺术设计专业实训室桌面云系统部署方案
首先，由于虚拟显卡处理能力有限，图形软件在虚拟机上运行受到限制，比如3D软件无法安装，运行出错，或者渲染过程卡屏。因此为了解决图形软件（如Catia、3DMAX、UG、AutoCAD等）在虚拟机上的运行问题，学院采用了华为的GPU硬件虚拟化技术。
华为的GPU虚拟化图形桌面基于Nvidia GPU硬件虚拟化技术。Nvidia GPU硬件虚拟化技术使用单个显卡为多个图形桌面提供显卡能力。一块支持GPU硬件虚拟化的显卡可虚拟成不同类型的多个vGPU，每个图形加速虚拟桌面绑定一个vGPU以满足图形软件的运行需求。GPU硬件虚拟化采用的Nvidia GRID K2显卡按照数据中心级的功率效率的要求来设计。GPU硬件虚拟化虚拟机和GPU直通虚拟机一样，每个vGPU的虚拟机都可以通过NVIDIA的显卡驱动直接访问GPU硬件资源，具有与PC一样的性能和图形软件兼容性。如图1所示。
我院云计算数据中心使用的E9000 CH220 V3服务器每刀片可插1块显卡，每块K2虚拟16个vCPU，实际应用中每块K2显卡虚拟成几个vCPU应该根据实际的图形软件负载或工作负载来决定。因此，针对我院艺术设计专业日常的教学实训需求，共采购11块Nvidia GRID K2显卡，每块显卡虚拟16个vGPU，每台虚拟机可分配到的显存资源为512MB。同时，为保障传输速率，每间云终端艺术设计实训室通过光纤直连云计算数据中心。
3 艺术设计专业云终端实训室的应用效果
目前，我院的GPU硬件虚拟化服务器配置如表1。
教师及学生的瘦终端配置如表2。
教师及学生虚拟桌面配置如表3。
运行在云终端实训室的艺术设计专业图形处理软件如表4。
此表中平面设计类软件在教学实训过程中启动正常，运行速度较快，学生能够在云终端上完成教材中的制图作业，但处理高分辨率图片会显吃力。3D类软件启动正常，运行速度一般，学生能够在云终端上完成教材中的3D设计作业，但遇到复杂的3D设计作业时会显吃力。由于每台虚拟机可分配到的显存资源为512MB，因此目前无法实现视频编辑功能，此类课程仍需使用图形工作站来完成。
4 结束语
通过近两年的运行，艺术设计专业云终端实训室在使用过程中表现出了桌面云系统的优势。通过数据与用户隔离提升安全性，将原本分散在各PC上的用户桌面数据集中到数据中心，实现统一的安全管控。通过资源大集中提升运维效率，从分散的运维向集中化运维过渡，管理员通过后台便可处理用户的大多数问题，降低运维工作量并提升维护效率。采用先进架构支撑未来演进，未来能方便地扩展私有云架构。降低了能耗，传统的PC能耗在200瓦左右，而云终端能耗仅为45瓦，符合当今绿色环保、低碳经济的大趋势。
但GPU硬件虚拟化图形桌面也有部分不足之处。如绑定了vGPU的虚拟机不能进行迁移（包括磁盘迁移）以及HA。同一pGPU同时只支持一种类型的vGPU。GPU硬件虚拟化的虚拟机不支持内存复用功能。
总体来说，本次针对艺术设计类专业实训室采用桌面云系统的尝试基本成功，虽有不足，但能满足日常的教学实训需求。当然在资金充裕的情况下，购置足量的Nvidia系列虚拟化显卡，那么视频编辑也是能够实现的，真正实现艺术设计专业实训室全云终端的体验。
参考文献：
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【通联编辑：谢媛媛】
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