信息技術專業實訓室云桌面改造方案研究與實踐

摘要：職業院校信息技術類專業實訓室的核心功能在于承擔信息技術課程的實踐教學、各類專業培訓及社會化考試任務。鑒于信息技術課程高度強調實踐操作性，專業實訓室面臨著軟件種類繁多、計算機性能要求嚴苛、管理維護復雜以及軟硬件環境持續更新等多重挑戰。傳統的基于硬件還原卡的管理模式已難以適應當前的管理需求，因此，引入易于管理的云桌面技術進行升級改造勢在必行。目前存在多種虛擬云桌面技術。考慮到信息技術專業實訓室相較于公共機房，對計算機性能具有更高的標準和特殊性，本研究旨在結合職業院校的實際需求，對比分析現有云桌面技術，并提出一種適用于高性能要求的專業實訓室的云桌面改造方案。

關鍵詞：信息技術；專業實訓室；云桌面；虛擬化技術；實訓教學

中圖分類號：TP308；G647" " " 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）28-0117-03

開放科學（資源服務） 標識碼（OSID）

隨著信息技術的飛速發展，高校信息技術類專業實訓室的規模持續擴大，不僅計算機數量與型號日益增多，所需安裝的軟件及其版本也愈發復雜多樣。傳統上，高校計算機實訓室多采用硬件還原卡進行管理。盡管該技術歷經發展，功能有所優化，但其核心管理模式未能根本性突破，難以應對日益增長的管理挑戰。加之實訓室管理人員普遍短缺，使得傳統管理模式在滿足當前復雜需求方面更顯捉襟見肘。具體體現如下幾點：

1） 軟件部署與更新效率低下：傳統模式下，軟件安裝與更新流程煩瑣且耗時。管理員需先配置樣機，再通過數據對拷方式部署至其余終端，此過程通常耗時4～6 h，且任何網絡波動均可能導致對拷失敗，需要重復操作，嚴重影響效率。維護窗口受限與個性化配置煩瑣：軟件更新和個性化配置等操作僅能在非教學時段進行，進一步增加了管理難度和時間成本。

2） 硬件兼容性瓶頸：隨著計算機硬件的快速迭代，硬件還原卡與新型號計算機之間的兼容性問題日益突出，部分新設備無法得到有效支持。

3） 缺乏集中化管理能力：基于還原卡的管理系統通常無法實現跨網段的集中管控，管理員必須親赴各實訓室進行逐一維護，管理效率低下。

4） 硬件可靠性與維護難題：還原卡本身的物理接口（如PCI插槽的接觸引腳） 易因氧化導致接觸不良。一旦還原卡損壞或移除，終端計算機將無法正常啟動，顯著增加了維護工作的復雜性。

1 信息技術系實訓室計算機軟硬件情況及性能需求分析

1.1 信息技術類專業課程及軟件需求情況

以筆者所在院校信息技術系為例，該系共設有7個信息技術類專業，開設相關課程高達63門。為滿足教學需求，實訓室需安裝逾70種專業應用軟件，同時還需配備各類輔助工具軟件、實訓室管理系統及廣播教學軟件，軟件環境具有高度的復雜性和多樣性。

1.2 實訓室計算機配置情況

信息技術系實訓中心目前擁有21間專業實訓室，共計1 100余臺計算機。這些設備自2013年至2024年間分9批次購置，形成了11種不同型號的計算機并存的局面。鑒于信息技術類專業對計算性能的嚴苛要求，所配備計算機多為工作站級別，其主要硬件配置詳見表1。

實訓室網絡情況：實訓室已部署千兆以太網，核心交換設備為RG-S2928G-E型千兆三層智能交換機。客戶端接入及骨干鏈路均為千兆速率。

綜上所述，信息技術系實訓室的軟硬件環境復雜，且課程對計算機性能有較高要求，這構成了其與公共計算機實訓室的主要區別。

1.3 信息技術類專業計算機實訓室與公共計算機實訓室的區別

1） 服務對象差異：專業實訓室主要面向信息技術類專業的師生，提供專業課程的實踐教學與研究支持；而公共機房則服務于全校范圍內的基礎計算機應用需求。

2） 軟件環境復雜度差異：公共機房通常僅需預裝基礎辦公軟件（如Microsoft Office套件） 。相比之下，信息技術專業實訓室需承載超過70種專業應用軟件，軟件環境更為復雜多樣。

3） 計算機性能要求差異：公共機房所運行軟件對硬件性能要求不高，標準配置計算機即可滿足。而信息技術專業實訓室運行的專業軟件（如大型IDE、設計渲染軟件、虛擬化平臺等） 則對CPU、內存、顯卡等硬件資源有顯著更高的要求，需配備高性能計算機以保障流暢運行。在存儲需求方面，公共機房操作系統及應用軟件占用磁盤空間通常不超過50 GB。而專業實訓室中，單個大型專業軟件安裝后可能占用數GB至數十GB空間，承載全部專業軟件的操作系統鏡像所需磁盤空間通常在80 GB～300 GB。在實際運行中，特定專業應用對硬件性能的依賴尤為突出。例如，影視動畫制作類軟件在渲染過程中對圖形處理單元（GPU） 性能要求極高；網絡技術相關課程則常需同時運行多個虛擬機，對中央處理器（CPU） 及內存（RAM） 容量和性能均有較高需求。

2 現有虛擬云桌面技術比較及可行性分析

目前，主流的虛擬云桌面技術主要可分為以下三種類型：

1） VDI （Virtual Desktop Infrastructure，虛擬桌面基礎架構）：VDI的優勢在于集中管理資源、保障數據安全、簡化運維并支持桌面漫游。其顯著缺點包括：高度依賴服務器性能與網絡帶寬；圖形/計算密集型應用體驗不佳；同等成本性能低于傳統PC；存在外設兼容局限[5]。

2） IDV （Intelligent Desktop Virtualization，智能桌面虛擬化）：IDV采用“集中存儲、分布運算”架構，系統鏡像統一部署于服務器并下發至終端硬盤運行。終端通過本地虛擬機運行桌面，降低網絡依賴，支持離線操作，同時保留集中管理能力[1]。相比VDI，其優勢在于減少帶寬壓力并支持離線使用；但需終端硬件支持虛擬化技術（如VT-x） ，且性能與外設兼容性仍弱于傳統PC[4]。

3） VOI （Virtual OS Infrastructure，虛擬操作系統基礎架構）：VOI是在IDV基礎上的進一步發展，其核心改進在于剝離了硬件虛擬化層，使得操作系統直接運行在本地物理硬件之上。系統鏡像及數據仍集中存儲于服務器，終端啟動時通過網絡重定向技術加載少量引導數據，并支持將完整系統緩存至本地運行，從而實現離線操作和集中安全管理。VOI的主要優勢包括：顯著提升了桌面性能，基本達到與傳統PC相當的本地體驗；解決了由虛擬化帶來的硬件兼容性問題；支持無盤工作站啟動，有助于實現硬件精簡、提升標準化程度和數據安全性[2]。

三種方案各具特點：VDI需替換主機為瘦客戶端，顯示器可利舊，但服務器端投入巨大導致總成本高，且造成現有高性能工作站浪費[3]；IDV可基本保留現有硬件，初期成本較低，但因依賴本地虛擬機運行，存在性能損耗，可能無法滿足圖形渲染、大數據處理等高要求專業軟件需求[6]；相比之下，VOI方案優勢明顯：充分利用現有硬件，終端在本地物理機直接運行，性能無損，能勝任專業軟件；服務器僅需承擔鏡像存儲分發與管理，配置要求不高；其集中管理機制也優于傳統還原卡模式。因此，VOI方案在性能、成本效益和資源利用方面展現出更高的契合度。

3 基于VOI的云桌面改造方案實施

3.1 服務器端部署與網絡優化

1） 服務器硬件架設與軟件安裝：根據規劃（詳見表2） ，完成VOI云桌面管理服務器的物理架設，并安裝配置相應的云桌面管理平臺軟件。

2） 網絡基礎設施升級：對現有網絡進行優化，重點強化實訓室交換機至VOI服務器集群間的鏈路。將原單一千兆上行鏈路升級為千兆雙鏈路聚合（或冗余鏈路） ，以確保鏡像分發和管理通信的帶寬與可靠性。

3.2 客戶端系統鏡像制作與管理

1） 基礎鏡像構建：針對實訓室中存在的11種不同硬件配置的計算機型號，分別為每種型號制作標準化的學生用操作系統鏡像和教師用操作系統鏡像。

2） 多系統鏡像支持：若教學中需要使用多種操作系統環境（如Windows、Linux等） ，則需為每種操作系統分別制作學生版和教師版鏡像。

3） 鏡像優化：在制作過程中，應注意對鏡像進行精簡和優化，去除不必要的組件和服務，以控制鏡像文件大小，提高部署效率。

3.3 客戶端改造與配置

1） 硬件調整：移除客戶端計算機原有的硬件還原卡。

2） 客戶端軟件部署：在每臺客戶端計算機上安裝VOI云桌面客戶端管理程序。

3） 連接參數配置：配置客戶端程序，使其能夠正確連接至指定的VOI管理服務器，并設定相應的啟動模式和網絡參數。

3.4 鏡像分發與緩存

1） 鏡像指派：通過服務器端的云桌面管理平臺，為各實訓室或特定客戶端計算機組指派預定的操作系統鏡像。

2） 本地緩存：啟動鏡像下發任務，將選定的系統鏡像通過網絡預緩存至對應客戶端計算機的本地硬盤。此舉可大幅提升客戶端系統啟動速度，并支持離線運行。

服務器1—4主要承擔在線鏡像服務與管理功能。其硬盤配置均采用HDD與SSD組合方案：1 TB HDD配置為RAID 5陣列，用于承載服務器操作系統及日常數據備份，確保系統穩定性和數據安全；2 TB（或1 TB） 企業級SSD則配置為高速存儲池配置為RAID 5陣列，專門用于存放活動狀態的虛擬操作系統鏡像，以滿足客戶端鏡像快速緩存和加載的需求。服務器5則主要定位為大容量數據存儲與備份中心，配置38 TB HDD存儲空間為RAID 0陣列，用于所有操作系統鏡像的完整備份；同時，該服務器也兼顧為少量特定需求（如工作室） 的計算機提供云桌面服務。

4 云桌面改造后的運行情況

4.1 云桌面實施效果

云桌面系統成功部署后，實訓室在管理效率與教學支持方面均取得了顯著提升。首先，實現了對所有終端的集中統一管理，操作系統及應用軟件的安裝與更新流程得到極大簡化。管理員能夠在正常工作時段內完成新系統或軟件的部署與切換，無需再受限于非教學時間，從而更高效地響應和滿足了教學活動對軟件環境動態調整的需求。其次，由于客戶端計算機主要從服務器緩存鏡像文件并具備即時還原功能，傳統PC常見的軟件系統故障發生率大幅降低。即使偶發客戶端本地緩存鏡像損壞，也僅需重啟計算機并重新從服務器獲取鏡像即可快速恢復，對正常教學秩序的影響微乎其微。此外，云桌面管理平臺賦予了管理員強大的遠程運維能力，包括對客戶端進行遠程開關機、重啟、信息推送、命令執行及文件分發等操作。管理員無需親臨現場，即可在辦公室集中高效地管理所有聯網實訓室的計算機終端。

4.2 云桌面系統運維注意事項

為使云桌面運行順暢，還需做好以下幾點：

1） 保障網絡鏈路的穩定與通暢：VOI云桌面系統的正常運行高度依賴于穩定的網絡連接，特別是服務器與客戶端之間的數據傳輸鏈路。應確保網絡帶寬充足，延遲低，并具備一定的冗余性；

2） 強化服務器及核心數據的備份機制：所有操作系統鏡像均集中存儲于服務器。一旦服務器發生硬件故障或數據損壞，將直接導致客戶端無法啟動或正常加載系統。因此，必須建立完善的服務器整機備份及鏡像文件定期備份策略，并進行恢復演練；

3） 優化鏡像文件大小并規范管理：在制作和維護系統鏡像時，應盡可能精簡不必要的組件和服務，以減小鏡像體積。過大的鏡像文件不僅會延長網絡部署和緩存時間，增加網絡負載，還會占用客戶端更多的本地存儲空間。同時，應對所有版本的鏡像文件進行規范命名、版本控制和存檔備份。

4.3 當前VOI云桌面方案的局限性與展望

1） 差異化配置與管理靈活性的不足：當前采用的VOI云桌面系統主要提供“不還原”和“自動還原”兩種保護模式。在教學或特定考試場景下（例如，需要為每臺計算機進行個性化環境配置或安裝特定授權的軟件） ，缺乏一種便捷的“臨時開放”或“差異化部署”模式。在保護模式下，對共享同一基礎鏡像的客戶端進行個性化修改較為困難，增加了此類場景下的管理復雜度。

2） 客戶端存儲空間與鏡像大小的限制：VOI系統的還原保存機制（通常指快照或差分磁盤技術） 要求客戶端本地磁盤預留額外空間。例如，一個50 GB的系統鏡像，在啟用還原保存功能后，實際可能占用高達100 GB的本地磁盤空間。這對客戶端硬盤容量提出了較高要求。同時，系統鏡像的大小直接影響網絡緩存效率和客戶端啟動速度。為保證體驗，操作系統主鏡像的體積通常建議控制在80 GB～150 GB。對于數據盤，雖然VOI系統支持掛載多個數據盤鏡像，但客戶端通常最多支持識別四個分區。若數據盤鏡像文件過大或數量過多，可能會引發數據盤符識別異常或丟失等問題，未來可探索支持更靈活的快照管理機制。

參考文獻：

[1] 謝賢春.基于智能云桌面架構的語言實驗室部署[J].廣東石油化工學院學報，2022 （2）：83-85.

[2] 周志成.基于虛擬化技術的桌面云在高校中的應用研究[J].信息與電腦（理論版），2020（20）：4-6.

[3] 黃斌.云桌面技術在高校實訓室管理與應用研究[J].長江信息通信，2024（1）：174-177.

[4] 李柏輝，駱其城.基于虛擬化技術的云桌面實訓室建設實踐[J].廣西開放大學學報，2024（4）：25-29.

[5] 邵雨萍，李小孟.基于VDI架構的云桌面實訓室運維管理研究[J].電腦編程技巧與維護，2021（9）：117-119.

[6] 廖淑華.云桌面技術在計算機實訓室中的應用與探索[J].中國現代教育裝備，2022（11）：34-36.

【通聯編輯：李雅琪】