摘要：目前随着传统语音室配置的计算机PC终端数量的增加，逐渐暴露出语音室中严重的网络安全、系统安全以及数据安全等问题，这些问题给语音室管理维护工作带来了巨大的挑战，因此迫切需要一种新的技术使得语音室管理更加高效化、集中化及网络化。随着Web技术和云计算技术的发展，云桌面语音室以其易维护、高性价比、功能强大以及性能优越等特点在各大高校得到了广泛应用，为师生提供更多的学习和训练资源。基于此，笔者介绍了云计算技术在语音室的应用与实现方式，同时探讨了未来实验室网络化的发展方向。
关键词：虚拟化；语音室；云计算；KVM
1传统语音室存在的问题
语音室是全校学生进行语言训练的场所，学生数量众多可能会对语音室带来不同程度的损坏，从而大大增加了管理员的工作量，严重的甚至会影响到正常的教学活动。常见的硬件问题一般有主板或内存条有灰尘、显示器主机电源线或VGA线没插紧以及耳机键盘线没插紧或损坏等，常见的软件问题一般有软件关键文件丢失、病毒感染以及文件夹伪装病毒等。一旦大量学生电脑出现问题，就会大大增加管理人员工作的复杂度和烦琐度[1]。管理员除了要保证软硬件的正常运行外，在课程大纲发生变化时每学期还需要根据要求来更新升级教学课件和相应的配套软件，需要花费大量的时间和精力来保障教学活动的进行[2]。此外，当系统被病毒感染而无法正常工作时，如果该计算机没有安装还原卡或软件，那么管理员就需要增加检查的时间来发现问题，同时修复系统。总而言之，传统语音室的问题设备数量多、类型杂乱且难以被及时监控发现，问题积累爆发时甚至会影响到正常教学活动的进行。
2云桌面语音室介绍
随着技术的发展，传统的语音室已经逐步被大部分高校淘汰，取而代之的是以云技术为主的新型云桌面语音室[3-4]。云桌面语音室在传统语音室的基础上增加了桌面虚拟化技术，该技术支持对多种操作系统和硬件资源的虚拟化，可以实现对二进制指令的转化映射，各终端通过Web或者远程桌面（RDP）访问云服务器的虚拟主机[5-6]。在管理主机的控制下，每台终端既可以通过原始的教学系统进行语言学习，也可以被当作普通的计算机进行更加丰富的学习活动或者项目实践。和上一代传统的数字语音室相比，新的云桌面语音室经过了一段时间的发展，无论是从技术层面还是从教学层面，都有了质的飞跃。传统数字语音室学生端配置的是个人电脑计算机，而使用了云桌面技术的语音室使用了ARM嵌入式终端设备，在功能和性能上可以取代传统的个人电脑计算机。云桌面语音室的出现是信息技术与教学深度融合的结果，体现了未来教室信息化的发展方向。新的发展方向需要有新技术的支持，相关的系统集成公司必须要与时俱进，在原有的技术基础上结合更多的先进技术才能在市场上占有一席之地。当前教育产品和服务方面的公司主要有蓝鸽科技公司、宁大易方科技公司以及格陵兰科技公司等，各家公司核心技术体现在通信技术、音视频处理技术以及基于不同虚拟化软件的云服务器技术上。所选用的云桌面语音室方案要具有实时性和高并发性，以确保数据及时传输和呈现。
3基于KVM的云桌面系统的架构
语音室云桌面系统采用的是基于KVM框架的完全虚拟化解决方案。KVM是一个开源的系统级虚拟化模块，被集成到Linux2.6.0以后的版本中，目前已成为学术界主要的虚拟机监控器（VirtualMachineMonitor，VMM）。KVM作为一个独立的模块被打包在Linux系统中，工作在内核模式时具有较高的权限。在执行虚拟化时，KVM直接和物理硬件通信，无需通过操作系统。KVM是一种全虚拟化的技术，其工作过程需要有IntelVT或AMDV硬件技术的支持。IntelVT包含多种硬件技术，这些技术可以减少虚拟机资源的争夺，消除VMM执行中断对性能的影响，实现虚拟机在不同服务器中的迁移，同时支持直接I/O来减轻VMM访问CPU的负担以及分配专线链路直接访问网络接口。由于KVM只负责与控制虚拟化硬件进行数据交换，因此在创建出来的虚拟机里还需要为其提供模拟的计算机硬件环境。KVM使用Qemu来执行硬件环境的虚拟化工作。Qemu是一种纯软件模拟技术，可以模拟多种CPU及其他硬件设备，Qemu工作在用户模式中可以对绝大部分模拟环境提供支持。一旦进行I/O操作，所有的请求会被重新发送到给Qemu。接到操作指令后，Qemu先将原始二进制指令翻译为TCG中间代码，然后将中间代码翻译为宿主机机器执行指令。Spice支持音视频传输、键盘鼠标USB的重定向等，在终端设备和云服务器之间使用Spice技术实现对虚拟机的远程访问。Spice技术主要由Client、Agent以及Server组成，它们分别位于终端机、虚拟机以及服务器中。基于KVM的云桌面系统结构如图1所示。
4云桌面语音室优点
4.1造价低廉
云桌面语音室的造价一般在50万元左右，其中造价较高的有云服务器、教学软件以及专用交换机等。学生端使用的是嵌入式终端设备，其价格是一般个人电脑的五分之一左右，在云桌面系统环境下还能充当电脑来使用。该云桌面语音室大大降低了成本，且在功能上优于传统的实验室。此外，嵌入式终端的噪声小且工作功率仅有5w左右，远远低于个人计算机的功率，在一定程度上促进了语音室的节能减排。
4.2维护简单
云桌面语音室学生终端一般安装的是安卓操作系统，该系统下通常配备了厂家配套的语言学习训练软件，老师可以在该软件系统中进行教学活动。该系统下一般不产生新文件且无病毒感染，因此管理员无需对学生终端固有的软件系统进行维护。此外，学生终端可以通过远程桌面协议切换到云桌面模式。每台服务器一般可以虚拟出10～20台计算机，服务器和学生终端之间传输的是图像数据，在虚拟计算机下学生所有操作产生的数据全部存储在服务器端。管理员维护只需要操作服务器的虚拟计算机即可，通过配套的服务端管理软件可以批量对多个虚拟计算机进行软件安装、系统更新等操作，使得维护管理的工作量大大减少。
4.3部署灵活
管理员可以根据具体的语言教学和实训的需要，创建多个操作环境系统，如Linux操作系统、Win10操作系统等。同时，为了满足不同专业的具体需求，例如商务实训、翻译实训以及交替传译实训等，可以部署不同的应用组件。利用厂家提供的虚拟化服务器管理软件实现集中管理、动态部署及快速分发，充分利用服务器的存储空间。
4.4容易扩展
整个云桌面系统资源都是动态易扩展的，无论是软件还是硬件都采用标准化的接口，各功能部件模块化，可以为未来的语音室业务需求的发展变化提供可扩展基础，可以随着不同应用场景的变化而发生变化。高度模块化的云桌面系统可以较容易的适应变化，进行新的扩展升级时可以在原有的基础设施上进行，无需重新设计。
5云桌面语音室未来发展方向
随着云计算的发展，云桌面系统已经广泛应用于更多的领域，并得到普遍认可和好评。目前，云桌面系统主要使用的是桌面虚拟化（VirtualDesktopInfrastructure，VDI）技术。VDI技术主要传输的是图像数据，可以保障数据在客户终端的安全性。虽然VDI技术的数据安全性非常高，但是该技术十分依赖网络，在网络阻塞或断开的情况下客户端便无法工作。此外，客户终端运行依赖GPU渲染图像的软件时会加重服务器的负担，导致终端画面卡顿，影响终端用户的体验，严重时甚至会影响工作进度。针对VDI的缺点，已经有厂家结合VDI和VOI来搭建系统，以满足某些单位需要脱机和快速渲染图像的需求[7-10]。严格来说，虚拟操作系统基础架构（VirtualOperatingSystemInfrastructure，VOI）不属于云桌面技术，其将操作系统的指令数据直接分发到各个终端，使得操作系统在终端的使用完全脱离网络，可以大大减轻服务器的压力。VDI+VOI的虚拟桌面系统已经在许多院校得到应用，为不同的需求提供了灵活可实现的方案。目前的云桌面系统中，服务器设备一般都是由厂家打包销售的。考虑到网络速度会影响到终端虚拟操作系统的启动速度和客户的使用体验，服务器一般部署在教室或者单位的机房里。随着5G的发展，未来云桌面系统可能无需购买服务器设备，只需要将云服务器软件部署到提供云服务的厂家托管即可，这样可以降低购买服务器的成本、减少管理员维护服务器的工作量，且语音室搬迁时无需迁移服务器，既减少了开支，又符合云计算分布式资源共享的原则。
6结语
随着信息技术的进一步发展，语音室也随之不断创新发展。未来语音室必须紧跟时代的步伐，融合5G、物联网等新技术手段辅助教学科研开拓更多更有效的教学模式。云桌面语音室能为语言教学和实训提供可靠有效的保障，帮助提高教师的教学水平，因此未来将继续对其深入研究。
参考文献
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作者：李新 单位：广东海洋大学外国语学院
